CN104030500B - 一种去除铝型材废水中镍离子的工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种去除铝型材废水中镍离子的工艺及设备，废水通过废水提升泵进入微电解反应器，加入硫酸a，反应后的废水进入中和调节反应器，加入双氧水和氢氧化钠经搅拌装置搅拌混合均匀并通过中间水泵I进入斜管沉淀池内加入PAM进行絮凝、沉淀，固、液分离，沉淀物通过污泥清除装置回收含镍污泥，废水经过袋式过滤器及终端离子吸附器对废水中低浓度的镍离子深度去除后排放。本发明通过利用微电解凝聚技术，有效破坏废水中的乳化液和络合物的结构，采用终端离子吸附器对废水中存在的低浓度镍离子进行深度去除，具有药剂使用量低、含镍废渣少、去镍效果好、效率高且处理性能稳定等优点，处理后的废水达到国家排放标准且将废水中的镍全部回收。

Description

一种去除铝型材废水中镍离子的工艺及设备

技术领域

本发明涉及废水处理的技术领域，尤其涉及一种去除铝型材废水中镍离子的工艺及设备。

背景技术

铝型材生产过程中主要包括对成型铝材的脱脂、碱蚀、酸洗、氧化、封孔及着色，而经上述工序处理后的型材需用水进行清洗，这部分型材清洗水以溢流形式排出清洗槽，是铝型材废水的主要来源。铝型材厂生产废水除含有大量的铝离子，还含有部分锌、镍、铜等金属离子。其中，金属镍是一种质坚硬而耐腐蚀的重金属，几乎没有急性毒性，一般的镍盐毒性也较低，但镍的化合物能刺激人体的精氨酶、羧化酶，引起各种炎症，伤害心肌和肝脏，人的镍中毒特有症状是皮肤炎、呼吸器官障碍及呼吸道癌。含有金属镍离子的生产废水如不进行处理直接排放，会对环境造成严重污染，因此国家对工业废水中镍含量有严格的排放要求。

传统的去除铝型材污水中主要金属离子的方法主要包括中和调节及混凝沉淀法、吸附法及膜分离法。

其中，中和调节及混凝沉淀法工艺主要流程如下：铝型材生产废水由车间排出后流入中和调节池，以均衡水质。废水经调节池均衡水质及水量后，加入碱调节pH至6～9，再用泵抽送至沉淀池中，在抽送过程中加入絮凝剂(PAM)。废水中的金属离子在与碱反应形成氢氧化物，与此同时，该氢氧化物在絮凝剂的作用下，形成较大颗粒矾花，在重力作用下快速沉降，沉淀池上半部清液可直接外排，沉淀池污泥经污泥池浓缩后用泵抽送入板框压滤机脱水后作卫生填埋或综合利用。该工艺能够完成铝型材废水中金属离子的去除工作，工艺简单，处理后的上半清部清液中金属离子含量较处理前有明显降低。但是该工艺也有很多缺点，如药剂消耗多、产生大量含镍废渣等。

其中，吸附法常用于处理镍离子浓度较低的废水，采用活性炭、树脂等作为吸附材料，饱和吸附量小、不易回收金属镍。

其中，膜分离技术通过把溶解在水中的物质与水分离出来，以达到去除镍离子的效果，是净化废水和富集溶解金属的一种方法。为防止膜面受到无机盐垢、微生物、胶体颗粒和不溶性有机物质的污染，需增加废水预处理系统，系统成本高。同时，膜面易受损，处理效果不稳定，且运营维护成本高。

作为一种新型废水处理工艺，微电解技术以其处理费用低、投资少的特点，已成为当前水处理的热点之一。微电解技术是采用工业铸铁屑为原料，利用微电池腐蚀原理所引起的电化学、化学反应和物理反应(包括氧化-还原、置换、絮凝、吸附、共沉过滤等诸多原理)综合作用，去除水中重金属的一门技术。截至目前，微电解技术已被广泛应用在废水处理领域，包括电镀废水、煤气洗涤废水和制药废水等难处理的工业废水。在实际使用过程中发现，因废水中包括铝、铜、镍等多种金属离子，因各离子的本质特性不同，各离子发生氧化-还原、置换、絮凝、吸附、共沉过滤时其对溶液环境的酸碱度及反应停留时间要求有所不同，所以镍离子的去除效果不能得到充分的保证。此外，在上述的金属表面处理过程中，为改善加工件表面特性会使用具有络合作用及溶液稳定作用各类有机或无机添加剂，这些物质存在于待处理的废水中会对化学中和反应产出负面影响，影响镍离子的去除效果。随着，国家对废水中镍离子排放标准的提高，该工艺因其本身的广口式处理特性使其去镍效果值得进一步商榷。

发明内容

本发明的一个目的是克服上述含镍废水工艺所存在的缺陷，利用微电解原理技术进行预处理，后经中和调节及沉淀混凝处理，再经吸附处理，以提供一种去除铝型材废水中镍离子的工艺，该工艺药剂使用量低、含镍废渣少、去镍效果好且稳定性高。

本发明解决所述技术问题的方案是：

一种去除铝型材废水中镍离子的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)预处理步骤，将废水引入微电解反应器，加入硫酸a，调节废水pH值至3～4，停留时间为5～6分钟；

(2)步骤(1)中反应后的废水进入中和调节反应器，加入氧化剂和碱性溶液，搅拌混合后，加入硫酸b，调节废水pH值为6～9；

(3)步骤(2)中混合均匀的废水经中间水泵I进入斜管沉淀池，加入PAM，进行固、液分离；

(4)斜管沉淀池内的上清液进入中间水箱II，通过中间水泵II引入袋式过滤器除尘除杂后达标排放；

(5)斜管沉淀池内的污泥排入污泥箱内，通过污泥泵抽入污泥压浆机，回收含镍污泥。

作为改进，所述中和调节反应器加入氧化剂和碱性溶液，搅拌混合后，废水进入中间水箱I，pH值为10～11.5，加入硫酸b，调节废水pH值为6～9。

作为改进，所述斜管沉淀池内的上清液进入中间水箱II，通过中间水泵II引入袋式过滤器除尘除杂后，进入终端离子吸附器进行吸附后，达标排放。

本发明的另一个目的是提供一种去除铝型材废水中镍离子的设备，该设备操作简单、自动化程度高、处理性能稳定，对废水中的镍离子进行深度净化并回收废水中的镍，使废水达到国家排放标准。

本发明解决所述技术问题的方案是：

一种去除铝型材废水中镍离子的设备，包括废水集水池、微电解反应器、中和调节反应器、斜管沉淀池、袋式过滤器和污泥清除装置，其特征在于:

所述微电解反应器入口通过废水提升泵与废水集水池连接，上方设有硫酸a投加装置，用于调节微电解反应器内废水酸碱度，提高破坏乳化液和络合物结构的能力，充分释放乳化液和络合物中的镍离子；

所述中和调节反应器的内部设有搅拌装置，入口与微电解反应器连接，出口设有硫酸b投加装置，其上部还设有氧化剂投加装置和碱性溶液投加装置，调节废水引入斜管沉淀池之前的pH值，保证废水中的高浓度镍离子在斜管沉淀池内发生絮凝、沉淀条件；

所述斜管沉淀池的上方设有PAM投加装置，入口通过中间水泵I与中和调节反应器连接，上部出口连接一中间水箱II，对引入斜管沉淀池内的废水投加PAM絮凝剂，加快废水中的镍离子絮凝、沉淀，使废水中高浓度镍离子以污泥形式沉淀、清除；

所述袋式过滤器通过中间水泵II与中间水箱II连接，上方连接硫酸b投加装置，袋式过滤器对废水进行除尘除杂后加入硫酸b调节pH为5.5～7.5后排放；

所述污泥清除装置包括污泥箱和污泥压浆机，污泥箱与斜管沉淀池底部连通，污泥箱出口连接污泥泵，污泥泵与污泥压浆机相连接，利于回收含镍污泥。

作为改进，所述中和调节反应器的出口连接一中间水箱I，中间水箱I的出口连接硫酸b投加装置，废水经中和调节反应器搅拌均匀后引入到中间水箱I内再次混合，混合后的废水pH值更稳定，数据更可靠。

作为改进，所述袋式过滤器入口通过中间水泵II与中间水箱II连接，出口连接终端离子吸附器，其上方连接硫酸b投加装置，终端离子吸附器对废水中低浓度镍离子进行深度去除，深度去除后的废水中镍离子含量小于0.06mg/L。

作为改进，所述终端离子吸附器数量为两个，并联连接，提高废水处理效率。

作为改进，所述微电解反应器的填料，为片状或圆形颗粒，直径为20mm，具有表面积大、反应速度快、不会发生板结等突出优点。

作为改进，所述中和调节反应器为一箱体，箱体上方设有一电机，搅拌装置包括螺旋桨，螺旋桨固定于电机轴上，并由电机带动其旋转；中和调节反应器的出口处连接一导管，该导管靠近主箱体内壁设置，末端与主箱体内的液体相通，中间水箱I进水口通过连接装置与所述导管连通。

作为改进，所述中和调节反应器出口附近还设有pH检测仪，用于检测其出口旁边的废水pH值。

所述硫酸b投加装置的作用，一是调节中间水箱I内的酸碱度使其pH为6～9，保证废水中的高浓度镍离子在斜管沉淀池内充分发生絮凝、沉淀的条件；二是调节终端离子吸附器内的酸碱度，使废水中的低浓度镍离子经终端离子吸附器进一步富集后，调节废水酸碱度使其pH为5.5～7.5，符合国家排放标准。

本发明的有益效果是：

(1)通过利用微电解凝聚技术，有效破坏废水中的乳化液和络合物的结构，达到破乳、破络合的目的，充分释放乳化液和络合物中的镍离子，具有表面积大、反应速度快、不会产生板结等优点；

(2)终端离子吸附器对废水中存在的低浓度镍离子进行深度去除，处理性能稳定、吸附量大，处理后的废水镍离子含量小于0.06mg/L达到排放标准；

(3)采用控制程序和计算机控制技术，控制化学法处理重金属废水核心化学反应过程，实现对整个废水处理系统进行监控、操作和管理。

综上所述，本发明具有药剂使用量低、含镍废渣少、去镍效果好、效率高且处理性能稳定等优点，不仅可以针对含高浓度镍废水进行处理，还可对含低浓度镍废水进行处理，处理后的废水达到国家排放标准且将废水中的镍全部回收。

附图说明

图1为本发明实施例1的工艺流程图；

图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3为本发明实施例2的工艺流程图；

图4为本发明实施例2的结构示意图；

图5为本发明中和调节反应器的结构示意图。

图中：1、废水集水池；2、废水提升泵；3、微电解反应器；4、中和调节反应器；41、框架；42、电机；43、螺旋桨；44、导管；45、pH检测仪；5、中间水箱I；6、中间水泵I；7、斜管沉淀池；8、中间水箱II；9、中间水泵II；10、袋式过滤器；11、终端离子吸附器；12、污泥箱；13、污泥泵；14、污泥压滤机；15、硫酸a投加装置；16、双氧水投加装置；17、氢氧化钠投加装置；18、硫酸b投加装置；19、PAM投加装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

图1为本发明实施例1的工艺流程图，如图1所示，一种去除铝型材废水中镍离子的工艺，该工艺包括如下步骤：

(1)通过废水提升泵2将废水集水池1里的废水引入微电解反应器3，加入浓度为10％～20％的硫酸a，调节废水pH值为3～4，停留时间为5～6分钟；

(2)反应后的废水进入中和调节反应器4，加入双氧水(H₂O₂)和浓度为5％的氢氧化钠(NaOH),搅拌混合后，加入浓度为20％～30％硫酸b，调节废水pH值为6～9；

(3)混合均匀的废水经中间水泵I6进入斜管沉淀池7，加入PAM，废水发生絮凝、沉淀，进行固、液分离；

(4)斜管沉淀池7内分离后的废水进入中间水箱II8，通过中间水泵II9加压进入袋式过滤器10除尘除杂，加入浓度为20％～30％硫酸b，调节pH值为5.5～7.5后达标排放；

(5)斜管沉淀池7内的污泥排入污泥箱12内，通过污泥泵13抽入污泥压浆机14，回收含镍污泥。

图2为本发明实施例1的结构示意图，如图2所示，一种去除铝型材废水中镍离子的设备，包括废水集水池1、微电解反应器3、中和调节反应器4、斜管沉淀池7、袋式过滤器10以及污泥清除装置；

所述微电解反应器3入口通过废水提升泵2与废水集水池1连接，上方设有浓度为10％～20％的硫酸a投加装置15，用于调节微电解反应器3内废水酸碱度，提高破坏乳化液和络合物结构的能力，充分释放乳化液和络合物中的镍离子。

所述中和调节反应器4的内部设有搅拌装置，入口与微电解反应器3连接，出口设有浓度为20％～30％的硫酸b投加装置18，其上部还设有双氧水投加装置16和浓度为5％的氢氧化钠投加装置17，调节废水引入斜管沉淀池7之前的pH值，保证废水中的高浓度镍离子在斜管沉淀池7内发生絮凝、沉淀条件；

所述斜管沉淀池7的上方设有PAM投加装置19，入口通过中间水泵I6与中和调节反应器4连接，上部出口连接一中间水箱II8，对引入斜管沉淀池7内的废水投加PAM絮凝剂，加快废水中的高浓度镍离子絮凝、沉淀，使废水中高浓度镍离子以污泥形式沉淀、清除；

所述袋式过滤器10通过中间水泵II9与中间水箱II8连接，上方连接浓度为20％～30％的硫酸b投加装置18，袋式过滤器10对废水进行除尘除杂后加入浓度为20％～30％的硫酸b调节pH为5.5～7.5后排放，经检测排放废水中镍离子含量为0.221mg/L，基本达到国家排放标准(0.20mg/L)；

所述污泥清除装置包括污泥箱12和污泥压浆机14，污泥箱12与斜管沉淀池7底部连通，污泥箱12出口连接污泥泵13，污泥泵13与污泥压浆机14相连接，利于回收含镍污泥。

实施例2

图3为本发明实施例2的工艺流程图，如图3所示，一种含镍废水处理的新工艺，该工艺包括如下步骤：

(1)通过废水提升泵2将废水集水池1里的废水引入微电解反应器3，加入浓度为10％～20％的硫酸a，调节废水pH值为3～4，停留时间为5～6分钟；

(2)反应后的废水进入中和调节反应器4，加入双氧水(H₂O₂)和浓度为5％的氢氧化钠(NaOH),搅拌混合后，废水进入中间水箱I5，PH值为10～11.5，加入浓度为20％～30％硫酸b，调节废水pH值为6～9；

(3)混合均匀的废水经中间水泵I6进入斜管沉淀池7，加入PAM，废水发生絮凝、沉淀，进行固、液分离；

(4)斜管沉淀池7内分离后的废水进入中间水箱II8，通过中间水泵II9加压进入袋式过滤器10除尘除杂，进入终端离子吸附器11进行吸附后，加入浓度为20％～30％硫酸b，调节pH值为5.5～7.5后排放；

(5)斜管沉淀池7内的污泥排入污泥箱12内，通过污泥泵13抽入污泥压浆机14，回收含镍污泥。

图4为本发明实施例2的结构示意图，如图4所示，一种去除铝型材废水中镍离子的设备，包括：废水集水池1、微电解反应器3、中和调节反应器4、斜管沉淀池7、袋式过滤器10、终端离子吸附器11以及污泥清除装置；

所述微电解反应器3入口通过废水提升泵与废水集水池连接，上方设有浓度为10％～20％的硫酸a投加装置15，用于调节微电解反应器3内废水酸碱度，提高破坏乳化液和络合物结构的能力，充分释放乳化液和络合物中的镍离子。

所述中和调节反应器4的内部设有搅拌装置，入口与微电解反应器3连接，出口连接一中间水箱I5，中间水箱I5的出口连接浓度为20％～30％的硫酸b投加装置18，废水经中和调节反应器4搅拌均匀后引入到中间水箱I内再次混合，混合后的废水pH值更稳定，数据更可靠；其上部还设有双氧水投加装置16和浓度为5％的氢氧化钠投加装置17，调节废水引入斜管沉淀池7之前的pH值，保证废水中的高浓度镍离子在斜管沉淀池内发生絮凝、沉淀条件；

所述斜管沉淀池7的上方设有PAM投加装置19，入口通过中间水泵I6与中和调节反应器4连接，上部出口连接一中间水箱II8，对引入斜管沉淀池7内的废水投加PAM絮凝剂，加快废水中的高浓度镍离子絮凝、沉淀，使废水中高浓度镍离子以污泥形式沉淀、清除；

所述袋式过滤器10入口通过中间水泵II9与中间水箱II8连接，出口连接终端离子吸附器11，其上方连接浓度为20％～30％的硫酸b投加装置18，袋式过滤器对废水进行除尘除杂后加入浓度为20％～30％的硫酸b调节PH为5.5～7.5后排放，终端离子吸附器11对废水中低浓度镍离子进行深度去除，深度去除后经检测废水中镍离子含量为0.05mg/L，小于国家排放标准(0.20mg/L)。

袋式过滤器10可滤除废水中的泥沙、含镍废渣及其他杂质，有利于保护终端离子吸附器11内的吸附材料，提高其使用寿命。

所述污泥清除装置包括污泥箱12和污泥压浆机14，污泥箱12与斜管沉淀池7底部连通，污泥箱12出口连接污泥泵13，污泥泵13与污泥压浆机14相连接，利于回收含镍污泥。

所述硫酸b投加装置18的作用，一是调节中间水箱I5内的酸碱度使其pH为6～9，保证废水中的高浓度镍离子在斜管沉淀池7内充分发生絮凝、沉淀的条件；二是调节终端离子吸附器11内的酸碱度，使废水中的低浓度镍离子经终端离子吸附器11进一步富集后，调节废水酸碱度使其pH为5.5～7.5，符合国家排放标准。

优选双氧水作为氧化剂，由于双氧水腐蚀性小，有利于保护操作人员的人身安全，碱性溶液可根据不同类型的工业废水进行选择，本发明是去除铝型材废水中的镍离子，采用氢氧化钠形成氢氧化物絮凝沉淀，效果好、成本低。

所述微电解反应器3的尺寸根据废水反应时的流速和流量设计，其上还设有流量计和pH检测仪；微电解反应器3的填料采用高温烧结合成，为片状或圆形颗粒，直径为20mm，具有表面积大、反应速度快、不会发生板结等突出优点。

微电解反应器4利用微电池原理，自发产生电化学氧化还原、电附集、催化、混凝等综合作用，通过在设备内形成无数微小铁碳原电池、铁氢原电池、铁-硫化亚铁原电池等，在阴极产生具有很高活性的新生态氢H·和·OH自由基，有效破坏部分乳化液和络合物的结构，达到破乳、破络合的目的；在原电池阳极溶出的亚铁离子是具有较强络合能力的中心离子，反应中产生的Fe²⁺-Fe³⁺体系具有很高的吸附、絮凝特性，通过降低ζ电位压缩双电层混凝，达到净化水质的目的。

所述终端离子吸附器11数量为两个，并联连接，同时当一个终端离子吸附器11不工作时，另一个可接替，提高废水处理效率。

终端离子吸附器11由基于物理吸附作用的无机材料和基于离子交换作用的有机材料为组分材料复合而成，能够同时发挥物理吸附作用和离子交换作用，并产生协同效应，克服基于物理吸附作用的活性炭和基于离子交换作用的有机材料各自的不足；利用无机材料的物理吸附作用将废水中存在的低浓度镍离子集中到复合材料的孔结构内部和表面，形成物理吸附平衡，同时，富集于复合材料内部和表面的镍离子与有机材料发生离子交换作用，镍离子进入有机材料粉体中，原来建立的物理平衡被打破，进一步推动镍离子向复合材料富集，降低废水中的镍离子浓度，可使废水中的镍离子含量<0.06mg/L，完全达到国家排放要求的镍离子含量<0.20mg/L，对重金属离子具有深度去除要求的废水处理系统可达到稳定的处理效果。

图5为本发明中和调节反应器的结构示意图，如图5所示，所述中和调节反应器4为一箱体，箱体外部设有框架41，在位于箱体上方固定一电机42，所述搅拌装置包括螺旋桨43，螺旋桨43固定于电机42轴上，并由电机42带动螺旋桨43旋转；中和调节反应器4的出口处连接一导管44，该导管44靠近主箱体内壁设置，末端与主箱体内的液体相通，中间水箱I5进水口通过连接装置与所述导管44连通，经螺旋桨43搅拌均匀后的废水通过导管44自动流入中间水箱I5内进行再次混合，混合后的废水pH值更稳定，采集数据更可靠；位于中和调节反应器4出口附近还设有pH检测仪45，用于检测出口旁边的废水pH值，保证废水在沉淀池内发生絮凝、沉淀的条件。

本发明中的PAM为常见的絮凝剂，微电解反应器采用上海上德环保技术有限公司生产制造。

Claims (6)

1.一种去除铝型材废水中镍离子的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)预处理步骤，将废水引入微电解反应器，加入硫酸a，调节废水pH值至3～4，停留时间为5～6分钟；

(2)步骤(1)中反应后的废水进入中和调节反应器，加入氧化剂和碱性溶液，搅拌混合后，废水进入中间水箱I，pH值为10～11.5，加入硫酸b，调节废水pH值为6～9；

(3)步骤(2)中混合均匀的废水经中间水泵I进入斜管沉淀池，加入PAM，进行固、液分离；

(4)斜管沉淀池内的上清液进入中间水箱II，通过中间水泵II引入袋式过滤器除尘除杂后，进入终端离子吸附器进行吸附后，达标排放；

(5)斜管沉淀池内的污泥排入污泥箱内，通过污泥泵抽入污泥压浆机，回收含镍污泥。

2.一种去除铝型材废水中镍离子的设备，包括废水集水池、微电解反应器、中和调节反应器、斜管沉淀池、袋式过滤器和污泥清除装置，其特征在于:

所述微电解反应器入口通过废水提升泵与废水集水池连接，上方设有硫酸a投加装置；

所述中和调节反应器的内部设有搅拌装置，入口与微电解反应器连接，出口连接一中间水箱I，中间水箱I的出口连接硫酸b投加装置，其上部还设有氧化剂投加装置和碱性溶液投加装置；

所述斜管沉淀池的上方设有PAM投加装置，入口通过中间水泵I与中和调节反应器连接，上部出口连接一中间水箱II；

所述袋式过滤器入口通过中间水泵II与中间水箱II连接，出口连接终端离子吸附器，其上方连接硫酸b投加装置；

所述污泥清除装置包括污泥箱和污泥压浆机，污泥箱与斜管沉淀池底部连通，污泥箱出口连接污泥泵，污泥泵与污泥压浆机相连接。

3.如权利要求2所述的一种去除铝型材废水中镍离子的设备，其特征在于：所述终端离子吸附器数量为两个，并联连接。

4.如权利要求2所述的一种去除铝型材废水中镍离子的设备，其特征在于：所述微电解反应器的填料，为片状或圆形颗粒，直径为20mm。

5.如权利要求3或4所述的一种去除铝型材废水中镍离子的设备，其特征在于：所述中和调节反应器为一箱体，箱体上方设有一电机，搅拌装置包括螺旋桨，螺旋桨固定于电机轴上，并由电机带动其旋转；中和调节反应器的出口处连接一导管，该导管靠近主箱体内壁设置，末端与主箱体内的液体相通，中间水箱I进水口通过连接装置与所述导管连通。

6.如权利要求5所述的一种去除铝型材废水中镍离子的设备，其特征在于：所述中和调节反应器出口附近还设有pH检测仪。