CN105174567B - 一种重金属废水处理和回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属废水处理和回收系统，包括鳌合反应装置、混凝装置、沉淀池、过滤装置、气浮池、溶解装置、离子交换树脂和电解槽，所述鳌合反应装置、混凝装置、沉淀池、过滤装置、气浮池、溶解装置、离子交换树脂和电解槽依次相连接；所述沉淀池、过滤装置和气浮池均与所述溶解装置相连接。本发明有效去除废水中的重金属离子，处理彻底，达标排放，同时将废水处理后得到的鳌合沉淀物进行快速性地溶解，并通过离子交换树脂吸附溶解液中的重金属离子，当吸附的重金属离子达到饱和度时，再用再生剂洗脱得到再生液，使得到的再生液含重金属离子浓度高，再对再生液进行电解回收重金属离子，保证电解有效进行，且回收效率高，节能环保。

Description

一种重金属废水处理和回收系统及方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，特别是涉及一种重金属废水处理和回收系统及方法。

背景技术

随着工业的快速发展，重金属对水资源的污染越来越严重，且重金属离子具有累积性和非生物降解性等特点，对生态系统和人类健康造成极大危害。

重金属是环境中一类具有潜在危害的污染物，它不能被环境中的微生物分解，相反地，生物体如鱼类可以富有重金属，使重金属在环境中积累，甚至某些重金属在微生物的作用下还可以转化为毒性更大的有机化合物。重金属污染的可怕还在于其危害的长期性，重金属在环境中积累的初期，不易为人们察觉；与氰化物、一般有机物的自净作用相反，重金属污染物无法通过降解作用自净，但可以通过生物食物链富集。在这一过程中，难分解易残留的重金属若通过食物进入人体内，能在人体的某一部位积累，使人慢性中毒，难以医治，极大地危害着人体健康和环境安全。此外工业废水中贵重金属若不能回收利用，又造成经济损失和资源浪费。所以对含有重金属废水的治理已迫在眉睫。

重金属能在土壤中积累，它不可能被微生物降解，目前在环境治理中采用的多种方法只能转移其存在位置和改变其物理、化学形态，而不能将其根本消除。因此，重金属是一种永远性的污染物。对于重金属废水，必须进行适当的处理。首先应该设法减少废水量，尽量收回其有用金属，废水经适当处理后循环利用，尽可能不排或少排废水。对必须排放的废水进行净化处理，使之达到排放标准。对处理产生的污泥和浓缩液，如无回收利用价值，也应进行无害化处理，以免产生二次污染。

絮凝法在水处理中占有非常重要的地位，絮凝剂的使用决定了絮凝的效果。有机高分子絮凝剂出现在20世纪50年代，60年代开始应用于环保领域，它具有分子量大，吸附架桥能力强，有多个官能团，絮凝效果好，形成的絮凝体容易过滤，用量少，形成污泥量少且容易处理，不受pH值和温度的影响等优点，而且还可以针对处理废水的性质，通过改变官能团、官能团电性、控制分子量等有选择的进行合成，因此有机高分子絮凝剂目前在水处理中得到广泛的应用。

将重金属离子的强配位基引入有机高分子絮凝剂分子中，可获得具有重金属捕集功能的重金属鳌合剂—高分子重金属鳌合剂。氧肟酸基团含有O、N等配位原子，可以和许多重金属离子形成稳定常数很高的鳌合物，把该基团引入到有机高分子重金属鳌合剂中即得到氧肟酸类高分子重金属鳌合剂，它既有有机高分子絮凝剂的优点，又对重金属离子具有优良的捕集性能，能稳定、高效地捕集水体中某些重金属离子，因此在水污染控制中具有潜在的广泛用途。与传统的化学沉淀法相比，高分子重金属鳌合剂具有以下优点：药剂用量少，无须调节pH值，操作简单，重金属离子不会因pH值的变化而从污泥中再次析出，不存在二次污染，它还能通过原高分子絮凝剂的“架桥絮凝”作用降低水中致浊物质的含量。因此将其用于水处理的絮凝单元，可以减少后续处理单元数，降低处理成本，使重金属离子的处理变得简单易行，可为重金属污染控制开辟新途径、提供新技术。在鳌合物进行鳌合反应后，会产生大量的鳌合沉淀物，这些鳌合沉淀物必须经过处理，不然会造成环境污染。

专利号CN201210347169.5揭露了一种用于处理重金属废水及回收重金属的装置，该装置包括：曝气絮凝-吸附罐、沉淀池、多介质过滤罐、鳌合反应装置和电解池。对于该装置的方法，包括以下步骤：

第一步：絮凝-吸附、沉淀，重金属废水在PAM与壳聚糖复合作用下首先进行絮凝-吸附，再经过沉淀池沉淀，通过絮凝、吸附与沉淀对重金属废水进行预处理；

第二步：过滤，沉淀出水流入多介质过滤罐，使预处理废水在过滤介质无烟煤与石英砂的作用下，除去絮凝的沉淀物；

第三步：鳌合反应，多介质过滤罐出水流入鳌合反应装置，使重金属与大分子有机物进行鳌合反应，通过鳌合反应、超滤、沉淀、破络反应和微滤一系列步，产水可以回收利用，含重金属的剩余浓缩液进入电解池；

第四步：电解作用，鳌合反应出水进入电解池，通过电解作用，使重金属回收利用，电化学产水能够重新进入工艺流程进行废水处理。

此专利对废水进行混凝和鳌合反应后，得到的鳌合沉淀物直接进入电解池，进行电解回收鳌合沉淀物中的重金属离子，由于重金属离子已与鳌合剂形成稳定的鳌合物，直接对其进行电解，电解效果差，且重金属回收不彻底，同时重金属回收的量较少，特别电解法进行重金属离子回收时，如果重金属离子浓度低，则会产生浓差极化，电流效率低，导致无法电解低浓度溶液等情况。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种重金属废水处理和回收系统及方法，本发明有效去除废水中的重金属离子，处理彻底，达标排放，同时将废水处理后得到的鳌合沉淀物进行快速性地溶解，并通过离子交换树脂吸附溶解液中的重金属离子，当吸附的重金属离子达到饱和度时，再用再生剂洗脱得到再生液，使得到的再生液含重金属离子浓度高，再对再生液进行电解回收重金属离子，保证电解有效进行，且回收效率高，节能环保。

为了实现上述目的，本发明提供了一种重金属废水处理和回收系统，包括鳌合反应装置、混凝装置、沉淀池、过滤装置、气浮池、溶解装置、离子交换树脂和电解槽，所述鳌合反应装置、混凝装置、沉淀池、过滤装置、气浮池、溶解装置、离子交换树脂和电解槽依次相连接；所述沉淀池、过滤装置和气浮池均与所述溶解装置相连接。

进一步的，所述鳌合反应装置包括鳌合反应器、鳌合剂加药罐和第一计量器，所述鳌合反应器上设置有第一进水管，所述第一进水管与第一射流器相连接，所述鳌合剂加药罐与所述第一计量器相连接，所述第一计量器通过第一阀门与所述第一射流器相连接。

进一步的，所述重金属废水处理和回收系统还包括控制装置，所述第一计量器和第一阀门均与所述控制装置相连接。

进一步的，所述混凝装置包括混凝器、混凝剂加药罐和第二计量器，所述混凝器的底部设置有第二进水管，所述第二进水管与第二射流器相连接，所述混凝剂加药罐与所述第二计量器相连接，所述第二计量器通过第二阀门与所述第二射流器相连接。

进一步的，所述第二计量器和第二阀门均与所述控制装置相连接。

进一步的，所述混凝器的底部设置有曝气器和空气进口。

进一步的，溶解装置包括溶解器、溶解剂加药罐和第三计量器，所述溶解器上设置有溶解剂进口，所述溶解剂进口处设置有第三阀门，所述溶解剂进口通过所述第三计量器与所述溶解剂加药罐相连接。

进一步的，所述第三计量器和第三阀门均与所述控制装置相连接。

进一步的，所述电解槽的阳极和阴极均为铁板。

本发明的一种金属废水处理和回收系统的方法，包括如下步骤：

(1)废水进入鳌合反应器，鳌合剂由鳌合剂加药罐通过第一射流器与废水混合后从第一进水管加入鳌合反应器，根据第一计量器计量加入鳌合剂的量，当鳌合剂加入的量达到用量标准时，第一计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第一阀门；废水与鳌合剂充分混合，鳌合剂与废水中的重金属离子发生鳌合反应，形成鳌合物；

(2)经步骤(1)鳌合反应后得到的反应水进入混凝器，混凝剂由混凝剂加药罐通过第二射流器与反应水混合后从第二进水管加入混凝器，根据第二计量器计量加入混凝剂的量，当混凝剂加入的量达到用量标准时，第二计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第二阀门；在混凝器底部的曝气器的作用下，反应水与混凝剂充分混合，形成絮凝体；

(3)经步骤(2)得到的处理水，依次经沉淀、过滤和气浮处理后得到净化水并排出；

(4)经步骤(3)的沉淀、过滤和气浮得到的鳌合沉淀物进入溶解器，溶解剂由溶解剂加药罐从溶解剂进口加入溶解器，根据第三计量器计量加入溶解剂的量，当溶解剂加入的量达到用量标准时，第三计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第三阀门；在溶解剂的作用下，鳌合物和絮凝物被全部溶解；

(5)经步骤(4)得到的溶解液进入离子交换树脂，溶解液中的重金属离子吸附于离子交换树脂上；

(6)当离子交换树脂上吸附的重金属离子达到饱和度时，用再生剂洗脱吸附于离子交换树脂上的重金属离子，得到再生液；

(7)经步骤(6)中得到的再生液，进入电解槽，通过电解作用，使重金属回收利用，电解后产生的水重新进入系统进行废水处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过鳌合、混凝、沉淀、过滤和气浮流程，有效去除废水中的重金属离子，处理彻底，达标排放。

2、本发明经废水处理后得到的鳌合沉淀物进行快速性地溶解，并通过离子交换树脂吸附溶解液中的重金属离子，当吸附的重金属离子达到饱和度时，再用再生剂洗脱得到再生液，使得到的再生液含重金属离子浓度高，再对再生液进行电解回收重金属离子，保证电解有效进行，且回收效率高，克服了现有技术中由于重金属含量低，导致浓差极化，电流效率低，无法电解低浓度溶液等情况，且避免了废水处理后得到的鳌合沉淀物造成二次污染。

3、本发明经电解后产生的水重新进入整个处理和回收系统进行废水处理，避免尾液污染。

4、本发明对废水中的重金属离子进行处理后回收利用，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的流程示意图。

上述附图标记：

1鳌合反应装置，2混凝装置，3沉淀池，4过滤装置，5气浮池，6溶解装置，7离子交换树脂，8电解槽。

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供的一种重金属废水处理和回收系统，包括鳌合反应装置1、混凝装置2、沉淀池3、过滤装置4、气浮池5、溶解装置6、离子交换树脂7和电解槽8，所述鳌合反应装置1、混凝装置2、沉淀池3、过滤装置4、气浮池5、溶解装置6、离子交换树脂7和电解槽8依次相连接；所述沉淀池3、过滤装置4和气浮池5均与所述溶解装置6相连接。

本发明进一步的，所述鳌合反应装置1包括鳌合反应器、鳌合剂加药罐和第一计量器，所述鳌合反应器上设置有第一进水管，所述第一进水管与第一射流器相连接，所述鳌合剂加药罐与所述第一计量器相连接，所述第一计量器通过第一阀门与所述第一射流器相连接。本发明进一步的，所述重金属废水处理和回收系统还包括控制装置，所述第一计量器和第一阀门均与所述控制装置相连接。废水从鳌合反应器的第一进水管进入，且鳌合剂通过鳌合剂加药罐与废水混合后从第一进水管进入鳌合反应器，根据第一计量器计量加入鳌合剂的量，当鳌合剂加入的量达到用量标准时，第一计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第一阀门，提高了自动化程度，避免人工进行鳌合剂计量且关闭阀门，带来的操作不便且耗费人力。

本发明进一步的，所述混凝装置2包括混凝器、混凝剂加药罐和第二计量器，所述混凝器的底部设置有第二进水管，所述第二进水管与第二射流器相连接，所述混凝剂加药罐与所述第二计量器相连接，所述第二计量器通过第二阀门与所述第二射流器相连接。本发明进一步的，所述第二计量器和第二阀门均与所述控制装置相连接。本发明进一步的，所述混凝器的底部设置有曝气器和空气进口。经鳌合反应后得到的反应水进入混凝器，混凝剂由混凝剂加药罐通过第二射流器与反应水混合后从第二进水管加入混凝器，根据第二计量器计量加入混凝剂的量，当混凝剂加入的量达到用量标准时，第二计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第二阀门，提高了自动化程度，避免人工进行鳌合剂计量且关闭阀门，带来的操作不便且耗费人力。

本发明进一步的，溶解装置6包括溶解器、溶解剂加药罐和第三计量器，所述溶解器上设置有溶解剂进口，所述溶解剂进口处设置有第三阀门，所述溶解剂进口通过所述第三计量器与所述溶解剂加药罐相连接。本发明进一步的，所述第三计量器和第三阀门均与所述控制装置相连接。经沉淀、过滤和气浮得到的鳌合沉淀物进入溶解器，溶解剂由溶解剂加药罐从溶解剂进口加入溶解器，根据第三计量器计量加入溶解剂的量，当溶解剂加入的量达到用量标准时，第三计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第三阀门，提高了自动化程度，避免人工进行鳌合剂计量且关闭阀门，带来的操作不便且耗费人力。

本发明进一步的，所述电解槽8的阳极和阴极均为铁板。电解槽以阳极和阴极为铁板，以氢氧化亚铁胶体为核心，在交流电场作用下，胶体与重金属不断在阳极聚合，将重金属镀在阳极表面，使重金属回收利用，具有节能环保。

本发明的一种金属废水处理和回收系统的方法，包括如下步骤：

(1)废水进入鳌合反应器，鳌合剂由鳌合剂加药罐通过第一射流器与废水混合后从第一进水管加入鳌合反应器，根据第一计量器计量加入鳌合剂的量，当鳌合剂加入的量达到用量标准时，第一计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第一阀门；废水与鳌合剂充分混合，鳌合剂与废水中的重金属离子发生鳌合反应，形成鳌合物；

(2)经步骤(1)鳌合反应后得到的反应水进入混凝器，混凝剂由混凝剂加药罐通过第二射流器与反应水混合后从第二进水管加入混凝器，根据第二计量器计量加入混凝剂的量，当混凝剂加入的量达到用量标准时，第二计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第二阀门；在混凝器底部的曝气器的作用下，反应水与混凝剂充分混合，形成絮凝体；

(3)经步骤(2)得到的处理水，依次经沉淀、过滤和气浮处理后得到净化水并排出；

(4)经步骤(3)的沉淀、过滤和气浮得到的鳌合沉淀物进入溶解器，溶解剂由溶解剂加药罐从溶解剂进口加入溶解器，根据第三计量器计量加入溶解剂的量，当溶解剂加入的量达到用量标准时，第三计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第三阀门；在溶解剂的作用下，鳌合物和絮凝物被全部溶解；

(5)经步骤(4)得到的溶解液进入离子交换树脂，溶解液中的重金属离子吸附于离子交换树脂上；

(6)当离子交换树脂上吸附的重金属离子达到饱和度时，用再生剂洗脱吸附于离子交换树脂上的重金属离子，得到再生液；

(7)经步骤(6)中得到的再生液，进入电解槽，通过电解作用，使重金属回收利用，电解后产生的水重新进入系统进行废水处理。

本发明的优势：

1、本发明通过鳌合、混凝、沉淀、过滤和气浮流程，有效去除废水中的重金属离子，处理彻底，达标排放。

2、本发明经废水处理后得到的鳌合沉淀物进行快速性地溶解，并通过离子交换树脂吸附溶解液中的重金属离子，当吸附的重金属离子达到饱和度时，再用再生剂洗脱得到再生液，使得到的再生液含重金属离子浓度高，再对再生液进行电解回收重金属离子，保证电解有效进行，且回收效率高，克服了现有技术中由于重金属含量低，导致浓差极化，电流效率低，无法电解低浓度溶液等情况，且避免了废水处理后得到的鳌合沉淀物造成二次污染。

3、本发明经电解后产生的水重新进入整个处理和回收系统进行废水处理，避免尾液污染。

4、本发明对废水中的重金属离子进行处理后回收利用，节能环保。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于：包括鳌合反应装置、混凝装置、沉淀池、过滤装置、气浮池、溶解装置、离子交换树脂和电解槽，所述鳌合反应装置、混凝装置、沉淀池、过滤装置、气浮池、溶解装置、离子交换树脂和电解槽依次相连接；所述沉淀池、过滤装置和气浮池均与所述溶解装置相连接。

2.根据权利要求1所述的一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于，所述鳌合反应装置包括鳌合反应器、鳌合剂加药罐和第一计量器，所述鳌合反应器上设置有第一进水管，所述第一进水管与第一射流器相连接，所述鳌合剂加药罐与所述第一计量器相连接，所述第一计量器通过第一阀门与所述第一射流器相连接。

3.根据权利要求2所述的一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于，所述重金属废水处理和回收系统还包括控制装置，所述第一计量器和第一阀门均与所述控制装置相连接。

4.根据权利要求3所述的一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于，所述混凝装置包括混凝器、混凝剂加药罐和第二计量器，所述混凝器的底部设置有第二进水管，所述第二进水管与第二射流器相连接，所述混凝剂加药罐与所述第二计量器相连接，所述第二计量器通过第二阀门与所述第二射流器相连接。

5.根据权利要求4所述的一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于，所述第二计量器和第二阀门均与所述控制装置相连接。

6.根据权利要求4所述的一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于，所述混凝器的底部设置有曝气器和空气进口。

7.根据权利要求3所述的一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于，溶解装置包括溶解器、溶解剂加药罐和第三计量器，所述溶解器上设置有溶解剂进口，所述溶解剂进口处设置有第三阀门，所述溶解剂进口通过所述第三计量器与所述溶解剂加药罐相连接。

8.根据权利要求7所述的一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于，所述第三计量器和第三阀门均与所述控制装置相连接。

9.根据权利要求1所述的一种重金属废水处理和回收系统，其特征在于，所述电解槽的阳极和阴极均为铁板。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的一种重金属废水处理和回收系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)废水进入鳌合反应器，鳌合剂由鳌合剂加药罐通过第一射流器与废水混合后从第一进水管加入鳌合反应器，根据第一计量器计量加入鳌合剂的量，当鳌合剂加入的量达到用量标准时，第一计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第一阀门；废水与鳌合剂充分混合，鳌合剂与废水中的重金属离子发生鳌合反应，形成鳌合物；

(2)经步骤(1)鳌合反应后得到的反应水进入混凝器，混凝剂由混凝剂加药罐通过第二射流器与反应水混合后从第二进水管加入混凝器，根据第二计量器计量加入混凝剂的量，当混凝剂加入的量达到用量标准时，第二计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第二阀门；在混凝器底部的曝气器的作用下，反应水与混凝剂充分混合，形成絮凝体；

(3)经步骤(2)得到的处理水，依次经沉淀、过滤和气浮处理后得到净化水并排出；

(4)经步骤(3)的沉淀、过滤和气浮得到的鳌合沉淀物进入溶解器，溶解剂由溶解剂加药罐从溶解剂进口加入溶解器，根据第三计量器计量加入溶解剂的量，当溶解剂加入的量达到用量标准时，第三计量器发送信号给控制装置，控制装置关闭第三阀门；在溶解剂的作用下，鳌合物和絮凝物被全部溶解；

(5)经步骤(4)得到的溶解液进入离子交换树脂，溶解液中的重金属离子吸附于离子交换树脂上；

(6)当离子交换树脂上吸附的重金属离子达到饱和度时，用再生剂洗脱吸附于离子交换树脂上的重金属离子，得到再生液；

(7)经步骤(6)中得到的再生液，进入电解槽，通过电解作用，使重金属回收利用，电解后产生的水重新进入系统进行废水处理。