CN104478117A

CN104478117A - 含重金属废水的处理回用方法及装置

Info

Publication number: CN104478117A
Application number: CN201410736007.XA
Authority: CN
Inventors: 白志山; 姚本飞; 赵双良; 宣晋; 杨晓勇
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-04-01

Abstract

本发明涉及含重金属废水的处理回用方法及装置，提供了一种含重金属废水的处理回用方法，该方法包括以下步骤：(a)将吸附颗粒和含重金属废水原料分别送入混合装置中进行混合，使得混合和吸附作用同时进行；(b)将均匀地混合了吸附颗粒的含重金属废水进行水力旋流，以强化吸附颗粒的吸附作用，并预分离吸附颗粒和含重金属废水；以及(c)将经预分离的吸附颗粒返回混合装置中与含重金属废水原料进行混合，将经预分离的含重金属废水进行过滤，以进一步分离含重金属废水中的吸附颗粒，并将经进一步分离的吸附颗粒返回混合装置中与含重金属废水原料进行混合，同时排出经过滤的含重金属废水送入后续工艺回用。还提供了一种含重金属废水的处理回用装置。

Description

含重金属废水的处理回用方法及装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及含有重金属的污水处理，具体地说，本发明涉及含重金属废水的处理回用方法及装置。

背景技术

重金属废水是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中排出的含重金属的废水。重金属(如含镉、镍、汞、锌等)废水是对一环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，其水质水量与生产工艺有关。

重金属污染主要有以下特点：

(1)天然水体中的重金属浓度虽低，但其毒性长期持续。水体中某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属有机化合物。

(2)生物富集浓缩，构成食物链，危机人类。生物从环境中摄取重金属，并在体内或某些器官中富集，其富集倍数可高达成千上万倍，水生动植物、陆生农作物都有这种现象。然后作为食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来构成慢性中毒，严重危害人体健康。

(3)重金属无论用何种处理方法或微生物都不可能降解，只会改变其化合价和化合物种类。天然水体中OH^-、Cl^-、SO₄ ^2-、NH₄ ⁺有机酸、氨基酸、腐植酸等，都可以同重金属生成各种络合物或螯合物，使重金属在水中的浓度增大，也可能使沉入水中的重金属又释放出来而迁移。

(4)在天然水体中只要有微量重金属，即可产生毒性反应，一般重金属产生毒性的范围大约在1.0～10mg/L之间，毒性较强的重金属如汞、镉等毒性浓度范围在0.001～0.1mg/L等等。

我国工业废水污染现象严重，主要是水体污染，目前全国500多条主要河流中，有80％以上受到不同程度的污染，这主要是由于工业废水的排放造成的。流经全国40多个大城市的河流，有90％以上受到污染，对环境和居民身体健康产生了较大的影响。我国流域水资源基本分为长江、黄河、海河、松花江、淮河、珠江和辽河七大水系，其沿岸汇集了全国80％以上的城市及乡镇，是全国流域污染治理最重要的区域。我国水资源污染严重，河流水质方面，西南诸河区、西北诸河区、长江区、珠江区和东南诸河区水质较好，符合和优于Ⅲ类水的河长占95％～64％；海河区、黄河区、淮河区、辽河区和松花江区水质较差，符合和优于Ⅲ类水的河长占35％～47％。从我国工业废水排放量上看，从2005年到2008年三年一直保持在240亿吨左右的水平，2009年下降到了234.4亿吨。根据我国环保部的统计，近几年我国工业废水达标排放率一直在提高，除了2006年小幅回落，其他年份都在逐年增高。到2009年末，达标排放率达到94.2％。据环境统计公报的数据，2009年我国工业废水的排放量占全部废水排放量的40％左右，工业废水对水环境污染的比重较大，已成为当今环境工作亟待解决的重大问题之一。

不同于有机物可以被分解破坏，重金属只能转移其存在位置和改变它们的物理和化学状态。目前常用的重金属废水处理方法主要包括化学沉淀法、还原法、吸附法、膜分离法、混凝法、离子交换法、电化学法等。针对运行稳定、处理效果好、投资少及运作费用低、易于管理和操作、不产生二次污染等要求，上述方法还不能完全满足要求。

因此，本领域迫切需要开发出一种满足运行稳定、处理效果好、投资少及运作费用低、易于管理和操作、不产生二次污染等要求的重金属废水处理工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有工艺中存在的能耗大、低浓度废水难以处理、处理效率不高、难以长期稳定运行等问题，提供一种操作条件适应性好，流程简单，占地面积小，能够长期稳定达到排放标准的重金属废水处理工艺。

本发明提供了一种新颖的含重金属废水的处理回用方法及装置，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本发明提供了一种含重金属废水的处理回用方法，该方法包括以下步骤：

(a)将吸附颗粒和含重金属废水原料分别送入混合装置中进行混合，使得混合和吸附作用同时进行；

(b)将均匀地混合了吸附颗粒的含重金属废水进行水力旋流，以强化吸附颗粒的吸附作用，并预分离吸附颗粒和含重金属废水；以及

(c)将经预分离的吸附颗粒返回混合装置中与含重金属废水原料进行混合，将经预分离的含重金属废水进行过滤，以进一步分离含重金属废水中的吸附颗粒，并将经进一步分离的吸附颗粒返回混合装置中与含重金属废水原料进行混合，同时排出经过滤的含重金属废水送入后续工艺回用。

在一个优选的实施方式中，该方法还包括：

(d)把吸附颗粒定期从混合装置中排出，以更新吸附颗粒。

在另一个优选的实施方式中，所述吸附颗粒是具有多孔结构的树脂吸附剂，根据所处理的含重金属废水中重金属的成分和含量，视需要在其表面上嫁接所需的官能团。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(a)中，根据含重金属废水原料的流量定期加入所需量的吸附颗粒。

在另一个优选的实施方式中，每立方米含重金属废水原料中加入300～400g吸附颗粒。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(b)中，在水力旋流中，吸附颗粒产生公转并伴随自转，以强化吸附颗粒的吸附作用，并预分离吸附颗粒和含重金属废水。

另一方面，本发明提供了一种含重金属废水的处理回用装置，该装置包括：

混合装置，用于对吸附颗粒和含重金属废水原料进行混合，使得混合和吸附作用同时进行；

与混合装置连接的水力旋流器，用于将均匀地混合了吸附颗粒的含重金属废水进行水力旋流，以强化吸附颗粒的吸附作用，并预分离吸附颗粒和含重金属废水；

与水力旋流器连接的过滤装置，用于将经预分离的含重金属废水进行过滤，以进一步分离含重金属废水中的吸附颗粒，并将经进一步分离的吸附颗粒返回混合装置中与含重金属废水原料进行混合，同时排出经过滤的含重金属废水送入后续工艺回用。

在一个优选的实施方式中，该装置还包括置于混合装置与水力旋流器之间的泵，用于将均匀地混合了吸附颗粒的含重金属废水泵送至水力旋流器进行水力旋流。

在另一个优选的实施方式中，所述水力旋流器的入口呈与其主体区域相切布置，其入口管径为(0.15～0.25)D，底部出口管径为(0.07～0.10)D，顶部出口管径为(0.20～0.30)D，其中D为水力旋流器的公称直径；所述水力旋流器的分流比为30～40％。

在另一个优选的实施方式中，所述过滤装置内陶瓷膜管密布微孔，其孔径为0.02～0.07μm。

附图说明

根据结合附图进行的如下详细说明，本发明的目的和特征将变得更加明显，附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的含重金属废水的处理回用工艺流程图。

具体实施方式

本申请的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，针对现有工艺中存在的能耗大、低浓度废水难以处理、处理效率不高、难以长期稳定运行等问题，采用吸附颗粒旋流吸附的方法来实现废水中的重金属与废水的分离，并辅以陶瓷膜过滤装置的作用，实现了重金属废水一体化处理，使处理后的废水中重金属含量远远低于国家规定的排放标准，并能够再次用于工业生产。基于上述发现，本发明得以完成。

本发明的技术构思如下：

将含重金属废水送入混合装置，吸附颗粒定期定量送入混合装置，混合和吸附同时进行；

混合均匀后经泵送入水力旋流，吸附颗粒公转并伴随自转，强化吸附，同时进行预分离；

预分离后的大量吸附颗粒从底流口返回至混合装置，预分离后大量的含重金属废水从溢流口流出，送入过滤装置；少量的吸附颗粒被拦截返回至混合装置，过滤后的含重金属废水排出进入后续工艺；

最后，把吸附颗粒定期从混合装置中排出，更新吸附颗粒。

在本发明的第一方面，提供了一种含重金属废水的处理回用方法，该方法包括：

将吸附颗粒和含重金属废水分别通过各自的加料管道加入混合装置，其中吸附颗粒根据含重金属废水的流量定期加入所需的量，混合和吸附作用同时进行；

然后将混合均匀的重金属废水通过泵送入水力旋流器，在强大的离心力场作用下，吸附颗粒产生公转并伴随着自转，以强化吸附颗粒的吸附作用，并预分离吸附颗粒和重金属废水；

预分离后的大量吸附颗粒从底流口返回至混合装置，预分离后大量的含重金属废水从溢流口流出，送入过滤装置，以进一步分离重金属废水中的吸附颗粒，然后重金属废水由出口排出；

把吸附颗粒定期从混合装置中排出，更新吸附颗粒。

在本发明中，所述吸附颗粒是具有多孔结构的树脂吸附剂，是由苯乙烯和二乙烯苯等单体，在甲苯等有机溶剂存在下，通过悬浮共聚法制得的鱼籽样的小圆球。根据所处理的废液中重金属的成分和含量，在树脂微球表面嫁接对特定金属离子吸附性能好、吸附效率高的官能团，用于处理不同的含重金属的废液。

在本发明中，水力旋流和过滤装置分离后的吸附颗粒均返回至混合装置。

在本发明的第二方面，提供了一种含重金属废水的处理回用装置，该装置包括：混合装置，泵，水力旋流器，过滤装置。

在本发明中，所述水力旋流器入口呈与水力旋流器主体区域相切布置，所述水力旋流器入口管径为(0.15～0.25)D，底部出口管径为(0.07～0.10)D，顶部出口管径为(0.20～0.30)D，其中D为水力旋流器的公称直径。

在本发明中，所述过滤装置内陶瓷膜管密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜管外侧流动，小分子物质(或液体)透过膜，大分子物质(或固体)被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的；过滤装置内膜管孔径为0.02～0.07μm。

以下根据附图详细说明本发明的装置结构及方法。

图1是根据本发明的一个实施方式的含重金属废水的处理回用工艺流程图。如图1所示，将含重金属废水(污水)送入混合装置1，且吸附颗粒定期定量送入混合装置1，其中混合和吸附同时进行；混合均匀后经过泵2送入水力旋流器3，强化吸附，同时进行预分离；预分离后的大量吸附颗粒从水力旋流器3底流口返回至混合装置1，预分离后大量的含重金属废水从水力旋流器3溢流口流出，送入过滤装置4；少量的吸附颗粒被拦截从过滤装置4底流口返回至混合装置1，经过滤后的含重金属废水(净化污水)从过滤装置4溢流口排出进入后续工艺；同时，把吸附颗粒定期从混合装置1中排出，更新吸附颗粒。

本发明的主要优点在于：

本发明采用吸附颗粒旋流吸附的方法实现废水中的重金属与废水的分离，实现了重金属废水一体化处理工艺，其中采用了水力旋流器加速了树脂微球颗粒吸附和分离的过程，从而达到快速高效处理含重金属废水的目的；水力旋流器对流量的适应好，能在不同的流量下和不同重金属含量浓度下都正常的工作；之后再辅以陶瓷膜过滤装置的作用，使处理后的废水中重金属含量远远低于国家规定的排放标准，并能够再次用于工业生产。

本发明具有设备简单、易于操作、维护方便、占地面积小、能耗低、处理流量大效率高等一系列优点。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：含重金属废水的吸附分离

1.物料性质

(1)含重金属废水：物料为工业生产中产生的含有镉、镍、锌、汞等重金属的工业废水，重金属含量在40～80mg/L内波动，pH值在4～5之间，额定流量为2t/h，温度为60-80℃，平均约为70℃。

(2)吸附颗粒(大孔弱碱性阴树脂，含水量为50-60％，质量全交换容量>4.8mmol/g，湿视密度为0.65-0.75g/ml，湿真密度为1.02-1.08g/ml)：每立方米含重金属废水加入300～400g吸附颗粒。

2.工艺流程

如图1所示。

工作时，吸附颗粒和含重金属废水通过各自的进料管道通入混合装置，在混合装置中搅拌均匀后，混合液通过泵泵入水力旋流器；进入水力旋流器后，在其中形成强大的离心力场，在离心力场的作用下，吸附颗粒产生快速公转并伴随自转，加强吸附颗粒对重金属的吸附过程，使其在短时间内完成重金属捕捉，并且利用离心力的作用完成树脂吸附微球与废水的预分离。

大量吸附了重金属的树脂微球通过水力旋流器的底流口返回至混合装置，其余废液通过水力旋流器溢流口经过管道流入过滤装置。在过滤装置中，废液中残留的一些树脂微球颗粒被截流下来伴随部分废液通过陶瓷膜过滤装置底部出口经过管道返回至电动混合装置。过滤后的废液通过陶瓷膜过滤器顶部出口流入后续工艺进行回用。

在短时间内，加入的吸附颗粒未能全部有效的发挥其效能，吸附重金属。本发明利用吸附颗粒在装置系统中多次的循环，使得吸附颗粒得到充分的利用，并使得吸附过程得以充分的进行。

3.工艺条件

水力旋流器的分流比为30～40％。

重金属含量测定方法：原子吸收分光光度法。

4.应用效果

(1)加入吸附颗粒600g，吸附重金属30分钟后，吸附颗粒吸附完成量达到80％，吸附重金属达3g，废水中的重金属含量减小至2mg/L以下。

(2)含重金属废水中的重金属被吸附分离后，处理后的含重金属工业废水又能继续用于工业生产，避免了环境污染，提高了水的利用效率，从而提高了经济、社会效益。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种含重金属废水的处理回用方法，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

(d)把吸附颗粒定期从混合装置中排出，以更新吸附颗粒。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸附颗粒是具有多孔结构的树脂吸附剂，根据所处理的含重金属废水中重金属的成分和含量，视需要在其表面上嫁接所需的官能团。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，根据含重金属废水原料的流量定期加入所需量的吸附颗粒。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每立方米含重金属废水原料中加入300～400g吸附颗粒。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，在水力旋流中，吸附颗粒产生公转并伴随自转，以强化吸附颗粒的吸附作用，并预分离吸附颗粒和含重金属废水。

7.一种含重金属废水的处理回用装置，该装置包括：

混合装置(1)，用于对吸附颗粒和含重金属废水原料进行混合，使得混合和吸附作用同时进行；

与混合装置(1)连接的水力旋流器(3)，用于将均匀地混合了吸附颗粒的含重金属废水进行水力旋流，以强化吸附颗粒的吸附作用，并预分离吸附颗粒和含重金属废水；

与水力旋流器(3)连接的过滤装置(4)，用于将经预分离的含重金属废水进行过滤，以进一步分离含重金属废水中的吸附颗粒，并将经进一步分离的吸附颗粒返回混合装置中与含重金属废水原料进行混合，同时排出经过滤的含重金属废水送入后续工艺回用。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括置于混合装置(1)与水力旋流器(3)之间的泵(2)，用于将均匀地混合了吸附颗粒的含重金属废水泵送至水力旋流器(3)进行水力旋流。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述水力旋流器(3)的入口呈与其主体区域相切布置，其入口管径为(0.15～0.25)D，底部出口管径为(0.07～0.10)D，顶部出口管径为(0.20～0.30)D，其中D为水力旋流器(3)的公称直径；所述水力旋流器(3)的分流比为30～40％。

10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述过滤装置(4)内陶瓷膜管密布微孔，其孔径为0.02～0.07μm。