CN104556501A - 一种去除膜浓水中cod的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除膜浓水COD的方法,其包括紫外线辐照下的循环氧化处理、絮凝沉淀、达标排放三个工艺单元。本发明通过紫外辐照下的Fenton氧化实现了膜浓水的达标放。同时通过本发明的方法实现了COD去除达标排放和重金属离子达标排放,取代了膜浓水处理中高耗能的蒸发法,实现了低设备投资、少场地占用、少设备改造及低运营成本的目的;同时,消除了蒸发法中需要专门的储存蒸发后可溶性固体废弃物仓库的问题。
Description
技术领域
本发明属于工业废水处理技术领域,具体涉及一种去除膜浓水中COD及重金属离子的方法。
背景技术
膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或有机高分子材料,它能把流体分隔成不相通的两个部分,使其中的一种或几种物质能透过,而将其他物质分离出来。膜分离是在某种推动力的作用下,利用某种隔膜特定的透过性能,使溶质或溶剂分离的方法。随着处理,膜一侧水中盐分含量会越来越高。膜浓水来自电镀废水处理中中水回用过程中无法继续通过膜分离净化的高盐分含量废水。膜浓水中含有较高的COD,而且其中的可溶性盐分含量很高,按照通常的生化法去除COD的方法,膜浓水中的盐分过高,生化处理过程中使用的各种菌群均无法在这种高盐分浓度的水中生存。所以,也就无法使用通常的生化方法去除膜浓水中的COD。目前,电镀行业膜浓水的处理方式是采用蒸发的方法,蒸发出的水既可以直接排放也可以用于电镀过程进行水回用,而蒸发出的盐分则作工业固体废弃物处理。由于使用蒸发的方法,不论是使用电加热还是蒸汽加热,其成本均很高。作为工业固体废弃物而蒸发出的盐分,主要是一些可溶性的碱金属氯化物、硫酸盐等,同时会含有一定量的可溶性重金属盐分。该固体废弃物相较于一般非水溶性的工业固体废弃物,处理成本较高,而且需要专门的仓库储存,所以也增加了场地占用。所以实现膜浓水的非蒸发方法直接达标排放具有非常重要而且现实的意义。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有问题,根据膜浓水与电镀过程其它废水的区别,结合Fenton氧化法,设计一种能够高效去除膜浓水中COD的方法,实现膜浓水直接达标排放,并且由于使用普通的化学、物理处理方法,降低了处理膜浓水的运营成本,降低了设备投资,减少了场地占用。
本发明的目的可以通过以下措施达到:
一种去除膜浓水中COD的方法,该方法主要由紫外线辐照下的循环氧化处理、絮凝沉淀、达标排放三个工艺单元组成,其具体包括如下步骤:
(1)紫外线辐照下的循环氧化处理:电镀废水处理中中水回用后的膜浓水,加入Fenton试剂后流经紫外线辐照装置再返回氧化池,形成一个循环往复过程;
(2)絮凝沉淀:经过步骤(1)紫外线辐照下循环氧化处理的膜浓水,根据是膜浓水重金属离子是否达标加入不同药剂进行絮凝沉淀;
(3)达标排放:步骤(2)中混合液沉淀完全后,上清液直接排放,沉淀污泥按照电镀废液处理过程中产生的污泥处理方式处理。
在步骤(1)中,Fenton试剂的投加顺序为:先投加硫酸亚铁和草酸,待硫酸亚铁与草酸完全溶解后调节溶液pH值至3~4,最后加入双氧水;对具体某一家电镀企业的膜浓水按照国标GB11914-89化学需氧量的测定方法测定CODCr值,加入的双氧水释放出的氧的重量为CODCr值的115%~150%,优选120%;所述硫酸亚铁和双氧水的摩尔比为1:15~40,优选1:15~25;所述硫酸亚铁和草酸的摩尔比为1:2.5~4.0,优选1:3。
加入Fenton试剂后,膜浓水经过循环泵开始在氧化池→紫外线辐照装置→氧化池中进行循环处理;该循环过程的pH值为3~4,持续时间为1~3h,优选为2h;流速200~500L/min。
在步骤(2)中,根据膜浓水中重金属离子含量是否达到《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准(GB8978-1996)》要求,进行下述操作:a、重金属离子含量达标的,调节pH值至8~9,边搅拌边加入PAC和PAM进行絮凝;b、重金属离子含量超标的,先调节pH值至7~8,加入硫化钠,搅拌8~15min,优选10min;然后调节pH值至8~9,加入PAC和PAM,搅拌8~15min,优选10min,进行絮凝。加入药剂的混合液泵入二沉池,在二沉池停留时间为20~60min,优选30min。本发明对絮凝沉淀过程不做特殊要求,絮凝剂的加入量是本领域公知的,一般加至不再产生沉淀为止。
在步骤(3)中,溶液经过絮凝沉淀以后,上清液直接排入清水池中,二沉池下部形成的污泥通过污泥泵抽出至污泥池。经过絮凝沉淀后的上清液的CODCr值可以达到《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准(GB8978-1996)》表4中CODCr不高于100mg/L的标准直接排放。如果膜浓水中含有重金属离子,经过上述处理以后,重金属离子的含量也同时达到《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准(GB8978-1996)》中关于重金属离子的排放标准。
循环紫外处理工艺中不同参数的确定:
FeSO4·7H2O与H2O2摩尔比(以n(FeSO4)/n(H2O2)表示)的确定,实验中FeSO4·7H2O与H2C2O4·2H2O的摩尔比均为3:1。所有药品投入顺序及pH值调节顺序均按照本发明中描述的方式进行。实验中所有样品pH均为3.1。实验结束后,对最终得到的上清液进行取样,采用国标GB11914-89化学需氧量的测定方法测定CODCr值,得到如图3结果。
最终确定合适的n(FeSO4)/n(H2O2)应当在1/15~1/40之间,低于1/40的比例将会使最终絮凝阶段产生的絮凝物漂浮在溶液表面而不下沉,高于1/15的比例,COD去除效果不好。
按照同样方法,取n(FeSO4)/n(H2O2)=1/20,溶液初始pH=3.1,采用紫外线循环处理。实验中随时调节溶液pH值在3~4之间与在实验中不调节pH比较,最终水样的COD值,随时调节pH值在3~4之间的比不调节的要低大约25%。所以,确定实验中要自动调节pH值,维持处理体系的pH值在3~4之间。可以确定草酸与硫酸亚铁的摩尔比应该在2.5~3.5之间,最佳值为3。也通过本发明所述的方法确定了双氧水与膜浓水COD之间的比例是115%~150%之间,高的H2O2投入比例虽然去除效果更好,但是导致成本上升而得不偿失,低的H2O2投入比例导致COD去除率下降,故而确定最佳比例是120%。
所以,最优的生产工艺条件确定为:H2O2的投入量按照膜浓水COD值的120%计算;草酸与硫酸亚铁的摩尔比是3:1;pH值自动调节,始终维持紫外循环处理体系的pH在3~4之间。
本发明还提供了一种去除膜浓水中COD的系统,包括循环紫外线氧化处理系统、絮凝沉淀系统以及清水排放系统;所述循环紫外线氧化处理系统包括氧化池、紫外线处理装置、双氧水储存箱、硫酸储存箱和循环泵,所述氧化池和所述紫外线处理装置连接成闭合循环管路,在所述紫外线处理装置的进水管路上设置有所述循环泵,所述双氧水储存箱和硫酸储存箱分别和所述氧化池连接;所述絮凝沉淀系统包括依次连接的pH值调节池和二沉池,以及分别和pH值调节池连接的烧碱溶液储存箱、PAC溶液储存箱和PAM溶液储存箱,所述pH值调节池的入水口和所述循环紫外线氧化处理系统中氧化池的一个出水口连接;所述清水排 放系统包括污泥池和清水池,所述污泥池的进口和所述二沉池的排泥口连接,所述清水池的进水口和所述二沉池的清水出口连接。
所述紫外线处理装置由一个双层同心圆筒形容器、紫外线灯组成;所述双层同心圆筒形容器的外圆筒壁采用不透明PVC材料组成,内圆筒壁是一个透明石英套;所述双层同心圆筒形容器的外圆筒和内圆筒之间构成密封通道,为循环水流经的通道;所述内圆筒内插有紫外线灯;所述外圆筒的壁上下部各开一个口,分别作为进出水口和氧化池连接。
所述双氧水储存箱和所述氧化池的管路上还设有计量泵,用于控制双氧水加入量;所述氧化池还设有第一在线式pH值控制器,所述硫酸储存箱和所述氧化池的管路上还设有第一加药泵,用于控制硫酸加入量。
所述紫外线处理装置的进水管路上还设有流量计。
所述pH调节池还和所述硫酸储存箱连接;所述pH调节池还设有第二在线式pH控制器,所述pH调节池和所述硫酸储存箱、所述烧碱溶液储存箱的管路上分别设有第二加药泵和第三加药泵,分别用于控制硫酸和烧碱溶液加入量。
所述PAC溶液储存箱、所述PAM溶液储存箱和所述pH调节池的管路上分别设有第四加药泵和第五加药泵,用于分别控制PAC和PAM加入量。所述二沉池和所述清水池的管路上设有排水泵,所述污泥池还设有污泥泵,用于定期从二沉池抽出污泥。
本发明综合采用“Fenton氧化+紫外线处理+絮凝沉淀”的技术,实现了膜浓水的COD去除,同时达到了重金属离子的去除,使经过本发明方法处理的膜浓水达到直接达标排放的目的。本发明实现了COD与重金属离子同时去除的效果,相比传统的膜浓水蒸发方法具有水处理成本低廉的特点,相对于传统的紫外线辐照下的Fenton氧化法,循环紫外线处理在达到相同效果的同时具有节约电能以及降低紫外线灯功率及减少紫外线灯数量的优势。由于本发明的方法属于改进的Fenton氧化法,经过絮凝沉淀后的污泥与传统电镀废水处理后的污泥相同,可以按照电镀行业废水处理过程中的污泥处理方法处理,因而降低了固体废弃物处理的难度及成本。同时,本发明的方法产生的污泥量较蒸发法产生的固体废弃物为少,所以也进一步降低了工业固体废弃物的重量,降低了固体废弃物的处理成本减少了工业固体废弃物的环境污染。
本发明的特点是:采用紫外线辐照下的Fenton氧化法,结合现有电镀工业废水处理的设备,增加紫外辐照装置,对于现有污水处理设备只需要进行少量的改装,不需要大的设备投资及场地扩容。由于本发明涉及的酸、碱储存箱、pH值调节池、二沉池、清水池、污泥池以及各种泵都是电镀废水处理工艺中现有的设备,所以不需要额外增加这些设备。本发明 所主要增加的是一个紫外线处理装置、管路改造以及一个双氧水储存箱。所以,本发明具有设备增加小,场地需求小的特点。同时,由于采用了循环紫外线处理措施,因而运营过程中的电能消耗比传统紫外辐照方式有较大节约,紫外线灯的需求量也有所降低。所以,本发明是一种容易实施,能够在较大程度上减少设备投资及降低运营成本又能达到降低膜浓水COD值及重金属含量,实现膜浓水非蒸发方式直接达标排放的方法。
和现有技术相比,本发明的有益效果:
1、本发明通过循环紫外线处理下的Fenton氧化实现了膜浓水的直接达标排放;同时,由于本发明采用循环处理的方式进行紫外线处理,所以减少了紫外线灯管的数量,降低了紫外线灯的总功率,减小了紫外线辐照装置的体积,降低了设备投资及场地占用。
2、本发明与现有的膜浓水蒸发法技术相比较,优点是:
1)投资成本更低,本发明不需要蒸发器,增加的紫外线循环装置体积小制造成本低,减少了设备投资及设备、场地改造成本;由于本发明中涉及的其它设备均可以利用现有废水处理工艺中已有设备,仅仅进行管路的改造,而且本发明涉及的所有泵系统均无需增加,所以,进一步降低了设备投资,减小了项目改造、实施的难度。
2)本发明在达到膜浓水COD、重金属达标排放的前提下,减少了蒸发器投资,由于没有蒸发器、锅炉等设备,因而系统结构更简单,可靠性更高,更安全。
3)由于本发明采用化学方法取代了蒸发的方法,因而降低了膜浓水处理过程中的运营成本;由于采用的是化学方法,絮凝沉淀过程是经过原电镀废水处理装置进行的,所以不再有蒸发法产生的固体废弃物需要单独存放、处理的问题。因而,进一步降低了运营成本,降低了场地占用。
附图说明
图1是本发明简明流程示意图;
图2是本发明的系统和流程示意图。
图2中,1-氧化池,2-紫外线处理装置,3-双氧水储存箱,4-硫酸储存箱,5-pH调节池,6-烧碱溶液储存箱,7-PAC溶液储存箱,8-PAM溶液储存箱,9-二沉池,10-污泥池,11-清水池,12-循环泵,13-流量计,14-计量泵,15-第一在线pH监控器Ⅰ,16-第二在线pH监控器,17-流量计,18-第一加药泵,19-第二加药泵,20-第三加药泵,21-第三加药泵,22-第三加药泵,23-排水泵,24-污泥泵,25-外圆筒,26-内圆筒,27-紫外线灯。
图3为循环紫外处理工艺中最终上清液CODCr值与n(FeSO4)/n(H2O2)的关系图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明具体的实施方式:
如图2所示,一种去除膜浓水中COD的系统,包括循环紫外线氧化处理系统、絮凝沉淀系统以及清水排放系统;所述循环紫外线氧化处理系统包括氧化池1、紫外线处理装置2、双氧水储存箱3、硫酸储存箱4和循环泵12,所述氧化池1和所述紫外线处理装置2连接成闭合循环管路,在所述紫外线处理装置4的进水管路上设置有所述循环泵12,所述双氧水储存箱3和硫酸储存箱4分别和所述氧化池1连接;所述絮凝沉淀系统包括依次连接的pH值调节池5和二沉池9,以及分别和pH值调节池5连接的烧碱溶液储存箱6、PAC溶液储存箱7和PAM溶液储存箱8,所述pH值调节池5的入水口和所述循环紫外线氧化处理系统中氧化池1的一个出水口连接;所述清水排放系统包括污泥池10和清水池11,所述污泥池10的进口和所述二沉池9的排泥口连接,所述清水池11的进水口和所述二沉池9的清水出口连接。
所述紫外线处理装置2由一个双层同心圆筒形容器、紫外线灯27组成;所述双层同心圆筒形容器的外圆筒壁采用不透明PVC材料组成,内圆筒壁是一个透明石英套;所述双层同心圆筒形容器的外圆筒25和内圆筒26之间构成密封通道,为循环水流经的通道;所述内圆筒内插有紫外线灯27;所述外圆筒25的壁上下部各开一个口,分别作为进出水口和氧化池连接。
所述双氧水储存箱3和所述氧化池1的管路上还设有计量泵14,用于控制双氧水加入量;所述氧化池1还设有第一在线式pH值控制器15,所述硫酸储存箱4和所述氧化池1的管路上还设有第一加药泵18,用于控制硫酸加入量。
所述紫外线处理装置的进水管路上还设有流量计17。
所述pH调节池5还和所述硫酸储存箱4连接;所述pH调节池5还设有第二在线式pH控制器16,所述pH调节池5和所述硫酸储存箱4、所述烧碱溶液储存箱6的管路上分别设有第二加药泵19和第三加药泵20,分别用于控制硫酸和烧碱溶液加入量。
所述PAC溶液储存箱7、所述PAM溶液储存箱8和所述pH调节池5的管路上分别设有第四加药泵21和第五加药泵22,用于分别控制PAC和PAM加入量。
所述二沉池9和所述清水池11的管路上设有排水泵23,所述污泥池10还设有污泥泵24,用于定期从二沉池抽出污泥。
实施例1
在本实施例中,氧化池的有效容积为5m3,紫外线处理装置有效容积50L,使用一盏100W紫外线灯及相应的驱动器。电镀废水处理中中水回用后的膜浓水经GB11914-89化学需氧量的测定方法测定CODCr值为589mg/L,重金属的浓度达到《中华人民共和国国家标准污 水综合排放标准(GB8978-1996)》要求。
(1)紫外线辐照下的循环氧化处理:氧化池中注入5000L膜浓水,在氧化池中:投入3kg的FeSO4·7H2O和4.18kg的H2C2O4·2H2O,等待10min;调节溶液pH值至3~4,本实施例中pH=3.1;开启H2O2加药泵,加入22.5L的30%H2O2;开启循环泵和紫外线灯,以200L/min的流速使氧化池中的水流经紫外线处理装置后再返回氧化池进行循环,处理时间为2h。在全部处理过程中使用在线式pH控制器,始终维持氧化池中的pH值在3~4之间。
(2)絮凝沉淀:上述处理后的膜浓水排至pH值调节池,调节pH值至8~9之间,本实施例中pH=8.2,边搅拌边加入PAC溶液、PAM溶液,将混合液抽入经生化处理的二沉池进行沉淀,停留时间30min。
(3)达标排放:经沉淀后的上清液直接抽入清水池中,本实施例中清水池中清水经GB11914-89化学需氧量的测定方法测定CODCr值为56mg/L,达到《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准(GB8978-1996)》表4中CODCr不高于100mg/L所要求的排放标准;沉淀后污泥经污泥泵抽出至污泥池。
实施例2
在本实施例中,氧化池的有效容积为10m3,紫外线辐照装置有效容积100L,使用两盏100W紫外线灯及相应的驱动器。电镀废水处理中中水回用后的膜浓水经GB11914-89化学需氧量的测定方法测定CODCr值为782mg/L,重金属锌离子的含量是21mg/L,镍离子含量是13mg/L。
(1)紫外线辐照下的循环氧化处理:氧化池中注入10000L膜浓水,在氧化池中:投入6.79kg的FeSO4·7H2O和9.24kg的H2C2O4·2H2O,等待10min;调节溶液pH值至3~4,本实施例中pH=3.0;开启H2O2加药泵,加入59.9L的30%H2O2;开启循环泵和紫外线灯,以500L/min的流速使氧化池中的水流经紫外线处理装置后再返回氧化池进行循环,处理时间为2h。在全部处理过程中使用在线式pH控制器,始终维持氧化池中的pH值在3~4之间。
(2)絮凝沉淀:上述处理后的膜浓水排放pH值调节池,调节pH值至7~8之间,本实施例中pH=7.6,然后加入5kg水处理用硫化钠,搅拌10min后再调节pH值8~9,本实施例中pH=8.4,然后加入PAC溶液、PAM溶液,搅拌10min;将混合液抽入经生化处理的二沉池进行沉淀,停留时间30min。
(3)达标排放:经沉淀后的上清液直接抽入清水池中,清水池中清水经GB11914-89化学需氧量的测定方法测定CODCr值为67mg/l,重金属按照GB7475-87方法测定总锌浓度为0.2mg/L;按照GB11912-89方法测定总镍浓度为0.1mg/L,达到《中华人民共和国国家标准 污水综合排放标准(GB8978-1996)》表4中CODCr不高于100mg/L及总锌浓度不高于2.0mg/L所要求的一级排放标准,符合表1第一类污染物最高允许排放浓度中总镍浓度不高于1.0mg/L的要求;沉淀后污泥经污泥泵抽出至污泥池。
对比例1
(1)、实验方法:
某电镀企业膜浓水,按照国标GB11914-89化学需氧量的测定方法测定CODCr值是602mg/L,经测定重金属离子达到《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准(GB8978-1996)》排放标准。取2份100L膜浓水做A、B两组平行实验,A组按照本发明提供的方法和装置实验,B组按照通常的紫外线加Fenton试剂方法和装置作为对照组实验。A组在开启循环泵的同时加入药品,B组采用搅拌的方式边搅拌边加入药品。两组实验的药品投加量保持一致,药品的投加方式、顺序及初始pH值调节、反应过程pH值控制方法均按照本发明方法进行,紫外线处理时间均为2h。紫外线处理结束后,A、B两组的絮凝沉淀等步骤均按照本发明方法进行,且保持一致。最后,按照国标GB11914-89化学需氧量的测定方法测定A、B两组实验所得到的上清液的CODCr值。具体实验数据见表1。
(2)、实验装置:
A组使用本发明提供的系统,氧化池体积120L,紫外线处理装置使用的紫外线灯型号为GPH287T5L/S/14W,消耗功率14W,插入相应的石英套中使用;B组使用体积120L的圆柱形容器作为氧化池,紫外线灯型号为GPH851T5L/S/40W,消耗功率40W,紫外线灯插入相应的石英套中,竖直安装于反应容器内。两组实验均使用MP-20RM磁力驱动循环泵(温州市意达石化泵业有限公司),B组循环泵以及管路仅作水循环流动用。B两组实验中使用的絮凝沉淀系统以及清水排放系统中各装置的连接方式和A组的均一致。
表1A、B两组实验的药品投加量以及处理后的CODcr值
通过A、B实验发现:采用本发明方式较常规的紫外线加Fenton试剂处理膜浓水的方法,使用了更小功率的紫外线灯(14W对比40W),却达到了更好的CODCr去除效果。
对比例2
取2份100L膜浓水做A、B两组平行实验,A、B两组的实验装置及方法均与对比例1相同,使用的膜浓水按照国标GB11914-89化学需氧量的测定方法测定实测CODCr值是 316mg/L,重金属离子Ni2+采用国标GB11912-89方法测定,含量是1.0mg/L,Cu2+采用国标GB7475-87方法测定,含量是0.8mg/L。具体实验数据见表2。
表2A、B两组实验的药品投加量以及处理后的CODcr值
通过A、B实验发现:采用本发明方式较常规的紫外线加Fenton试剂处理膜浓水的方法,使用了更小功率的紫外线灯(14W对比40W),却达到了更好的CODCr和重金属离子去除效果。
Claims (9)
1.一种去除膜浓水中COD的方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)紫外线辐照下的循环氧化处理:电镀废水处理中中水回用后的膜浓水,加入Fenton试剂后流经紫外线辐照装置再返回氧化池,形成一个循环往复过程;
(2)絮凝沉淀:经过步骤(1)紫外线辐照下循环氧化处理的膜浓水,根据是膜浓水重金属离子是否达标加入不同药剂进行絮凝沉淀;
(3)达标排放:步骤(2)中混合液沉淀完全后,上清液直接排放,沉淀污泥按照电镀废液处理过程中产生的污泥处理方式处理。
2.根据权利要求1所述的去除膜浓水中COD的方法,其特征在于步骤(1)中,Fenton试剂的投加顺序为:先投加硫酸亚铁和草酸,待硫酸亚铁与草酸完全溶解后调节溶液pH值至3~4,最后加入双氧水。
3.根据权利要求1或2所述的去除膜浓水中COD的方法,其特征在于步骤(1)中,所述双氧水释放出的氧的重量为CODCr值的115%~150%;所述硫酸亚铁按和双氧水的摩尔比为1:15~40;所述硫酸亚铁按和草酸的摩尔比为1:2.5~4.0。
4.根据权利要求3所述的去除膜浓水中COD的方法,其特征在于步骤(1)中,所述双氧水释放出的氧的重量为CODCr值的120%;所述硫酸亚铁按和双氧水的摩尔比为1:15~25;所述硫酸亚铁按和草酸的摩尔比为1:3。
5.根据权利要求1所述的去除膜浓水中COD的方法,其特征在于步骤(1)中,该循环过程的pH值为3~4,持续时间为1~3h,流速200~500L/min。
6.根据权利要求5所述的去除膜浓水中COD的方法,其特征在于步骤(1)中,该循环过程的持续时间为2h。
7.根据权利要求1所述的去除膜浓水中COD的方法,其特征在于在步骤(2)中,根据膜浓水中重金属离子含量是否达标分别进行下述操作:a、重金属离子含量达标的,调节pH值至8~9,边搅拌边加入PAC和PAM进行絮凝;b、重金属离子含量超标的,先调节pH值至7~8,加入硫化钠,搅拌;然后调节pH值至8~9,加入PAC和PAM进行絮凝。
8.根据权利要求1或7所述的去除膜浓水中COD的方法,其特征在于在步骤(2)中,加入药剂的混合液在二沉池中停留时间为20~60min。
9.根据权利要求8所述的去除膜浓水中COD的方法,其特征在于在步骤(2)中,加入药剂的混合液在二沉池中停留时间为30min。
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