CN106517578A - 一种颗粒污泥与陶瓷膜破除络合物的重金属废水处理方法 - Google Patents

Abstract

一种去除络合物的重金属废水处理系统和方法，该系统包括：搅拌反应器，用于使含有络合态重金属的污泥废水、pH调整药液以及破络剂在搅拌下进行混合反应，使至少部分络合态重金属离子转化成颗粒态；膜分离池，连接所述搅拌反应器，所述膜分离池内设置有截留膜，所述截留膜用于对混合反应后的混合液中的颗粒物进行截留，截留形成的污泥颗粒层与所述截留膜协同进一步捕获转化成颗粒态的重金属颗粒以及未充分反应的络合态重金属离子，捕获物成为所述污泥颗粒层的一部分而参与截留；清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。本发明能够有效去除络合态重金属离子，同时避免因投加絮凝剂和助凝剂所导致产泥量大的问题。

Description

一种颗粒污泥与陶瓷膜破除络合物的重金属废水处理方法

技术领域

本发明涉及废水处理，特别是涉及一种颗粒污泥与陶瓷膜破除络合物的重金属废水处理方法。

背景技术

根据数据显示，我国每年产生约400亿吨的工业废水，其中重金属废水约占60％。重金属污染物严重污染地表水和地下水，并通过食物链进入人体，危害人体健康。因此，国家制定了《重金属污染物综合防治“十二五”规划》，重金属废水的治理已刻不容缓。

随着表面处理技术的发展，电镀、化学镀被广泛应用，在这些工艺中会大量使用络合剂，使得重金属废水的成分更加复杂。以电镀行业的重金属废水为例，电镀废水中含有铜、镍、铬、锌、镉等重金属离子，氰化物、EDTA、表面活性剂、光亮剂和防染盐等污染物。其中，重金属离子容易与氰化物、EDTA或其余有机络合剂形成络合物，该络合态重金属一般具有较高的水溶性，且在广泛的pH范围内均能稳定存在，用常规的化学沉淀法难以将其取出，处理工艺出水无法满足排放要求。

现有的处理络合重金属废水的方法主要可分为两类：一是破除络合剂后用普通的重金属离子沉淀剂进行沉淀，或是采用较原络合离子络合常数大得多的、络合后可产生沉淀的药剂，强行地从原络离子中置换金属离子，生成络合沉淀以去除重金属。这两类方法都是通过使废水中呈溶解状态的络合重金属转变为不溶的重金属化合物，再经沉淀或浮选从废水中除去，具体方法有硫化物沉淀法、螯合沉淀法、Fenton氧化法、铁屑还原法等。但是，这种方法形成的颗粒絮体较小，需要投加大量的混凝剂、助凝剂以及充足的沉淀时间才能使颗粒沉淀，且产泥量较大，处理效果不稳定。二是将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行吸附和分离，具体方法有吸附法、离子交换法等。但是，吸附剂和离子交换树脂均容易饱和，再生难度较大，不易操作管理，不利于废水处理站的长期运行。

近年来，膜技术的出现改变了传统水处理的方式，利用膜的强分离截留作用，可将一定粒径范围的污染物完全去除。按照膜孔径来划分，膜技术可分为微滤、超滤、纳滤及反渗透。其中，纳滤和反渗透都可以直接拦截离子态物质，但操作压力较大，能耗较高，对进水水质有一定的要求。超滤作为截留颗粒态物质的过滤方式，有着巨大的潜力。若率先通过第一类方法将络合态重金属离子转化为颗粒态，即可通过超滤膜进行去除，且过滤压力相对纳滤及反渗透要低得多。

膜技术按照材料的性质来划分，则可分为有机膜和无机膜。当前所用的超滤膜大多为有机膜，其机械强度和化学稳定性较差，使用年限短。无机膜的出现弥补了有机膜这一缺点。无机膜中的陶瓷膜具有机械强度高、化学稳定性好等优点，能够耐受极端污染环境和清洗条件，在水处理中的应用日渐增多。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种去除络合物的重金属废水处理系统和方法，有效去除络合态重金属离子，同时避免现有技术因投加絮凝剂和助凝剂所导致的产泥量大的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种去除络合物的重金属废水处理系统，包括：

搅拌反应器，用于使含有络合态重金属的污泥废水、pH调整药液以及破络剂在搅拌下进行混合反应，使至少部分络合态重金属离子转化成颗粒态；

膜分离池，连接所述搅拌反应器，所述膜分离池内设置有截留膜，所述截留膜用于对混合反应后的混合液中的颗粒物进行截留，截留形成的污泥颗粒层与所述截留膜协同进一步捕获转化成颗粒态的重金属颗粒以及未充分反应的络合态重金属离子，捕获物成为所述污泥颗粒层的一部分而参与截留；清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。

进一步地：

所述膜分离池包括设置在所述截留膜的下方的污泥排放部，所述污泥颗粒层浓度超出一定范围后产生的多余污泥颗粒经所述污泥排放部排出。

所述污泥排放部包括倒三角泥斗和污泥排放管道，所述多余污泥颗粒借助重力作用落入所述倒三角泥斗中并经污泥排放管道排出。

所述膜分离池内设置有曝气器，由曝气风机经曝气管道输气至所述曝气器，曝气形成搅拌作用以提高所述膜分离池内的污泥颗粒层浓度均匀性，并形成膜表面的擦洗作用以缓解膜污染。

所述截留膜的膜孔孔径范围在25～100nm。

所述pH调整药液为碱液和/或强酸，优选的碱液为氢氧化钠或氢氧化钙，优选的酸液为硫酸或盐酸。

所述截留膜为纳米陶瓷膜。

控制所述搅拌反应器内的水力停留时间为约30min。

一种使用所述的重金属废水处理系统去除络合物的重金属废水处理方法，包括：

通过所述搅拌反应器将含有络合态重金属的污泥废水、pH调整药液以及破络剂进行搅拌，使其发生混合反应，在适当的pH值环境下使至少部分络合态重金属离子转化成颗粒态；

含有污泥颗粒的混合液进入膜分离池，通过所述截留膜对混合液中的颗粒物进行截留，截留形成的污泥颗粒层与所述截留膜协同进一步捕获转化成颗粒态的重金属颗粒以及未充分反应的络合态重金属离子，捕获物成为所述污泥颗粒层的一部分而参与截留；清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。

进一步地，根据废水中含有的络合基团种类，选择合适的pH值与相应的破络剂，在所述搅拌反应器中采用一级投加的方式来投加所述pH值调整液和所述破络剂，使络合态重金属转化为颗粒态重金属即可，不需要投加混凝剂和絮凝剂。

本发明的有益效果：

根据本发明的原理，可按照原络合离子种类，投加pH调整剂将pH值调整至合适范围，并根据重金属离子浓度投加破络剂，使络合态重金属离子转化成颗粒态，利用污泥颗粒层捕获这些重金属颗粒和未充分反应的络合重金属离子，利用纳米陶瓷膜截留污泥颗粒的办法，能够完全去除废水中的络合态重金属，使处理出水各重金属浓度能够稳定达到GB21900-2008中表3标准，同时，陶瓷膜的截留使得污泥颗粒层高度浓缩，使其具有更强的捕获重金属的能力，实现污泥颗粒与纳米陶瓷膜的协同破络作用。

本发明解决了现有技术所没有解决的以下问题：

1.消除原水水质对处理效果的影响，使络合态重金属离子反应充分，络合态重金属离子得到完全去除；

2.消除因投加絮凝剂和助凝剂所导致产泥量大的问题；

3.减少处理工艺的占地面积、一次投资费用以及运行费用，且在新建工程和改建工程均容易实现，操作简便，极易实现自动化，运行维护方便。

本发明的技术方案具有以下具体优点：

1)产泥量减少，污泥资源化利用。根据质量守恒定律，本发明无需投加絮凝剂、助凝剂等药液，产泥量大大幅度减少，重金属纯度高，可用于重金属污泥资源化回收。

2)减少占地面积。本发明实施时，仅需要破络反应池、膜分离池和清水箱，相对于传统工艺，工艺流程缩短，占地面积相应减少。

3)操作简便，极易实现自动化。该装置需要控制的参数仅为pH值和ORP值，二者的控制在实际工程中可控性较高。

4)处理效果好，受原水水质影响较小。

附图说明

图1为本发明一种实施例的重金属废水处理系统结构示意图。

附图标记：

1-废水输送管道；2-搅拌反应器；3-搅拌机；4-pH调整剂输送管道；5-破络剂输送管道；6-混合液输送管道；7-膜分离池；8-纳米陶瓷膜；9-膜出水抽吸管道；10-膜抽吸泵；11-膜出水输送管道；12-清水箱；13-清水排放管道；14-曝气器；15-曝气管道；16-曝气风机；17-污泥排放管道。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1，在一种实施例中，一种去除络合物的重金属废水处理系统，包括搅拌反应器2和膜分离池7。搅拌反应器2具有搅拌机3，搅拌反应器2用于使含有络合态重金属的污泥废水、pH调整药液以及破络剂在搅拌下进行混合反应，在适当的pH值环境下使至少部分络合态重金属离子转化成颗粒态；膜分离池7，连接所述搅拌反应器2，所述膜分离池7内设置有截留膜，优选为纳米陶瓷膜8，所述纳米陶瓷膜8用于对混合反应后的混合液中的颗粒物进行截留，截留形成的污泥颗粒层与所述纳米陶瓷膜8协同进一步捕获转化成颗粒态的重金属颗粒以及未充分反应的络合态重金属离子，捕获物成为所述污泥颗粒层的一部分而参与截留；清水则通过所述纳米陶瓷膜8的膜孔，由膜抽吸泵10抽送至清水箱12。

在优选的实施例中，所述纳米陶瓷膜8分离池包括设置在所述纳米陶瓷膜8的下方的污泥排放部，所述污泥颗粒层浓度超出一定范围后产生的多余污泥颗粒经所述污泥排放部排出。

在更优选的实施例中，所述污泥排放部包括倒三角泥斗和污泥排放管道17，所述多余污泥颗粒借助重力作用落入所述倒三角泥斗中并经污泥排放管道17排出。

在优选的实施例中，所述膜分离池7内设置有曝气器14，由曝气风机16经曝气管道输气至所述曝气器14，曝气形成搅拌作用以提高所述膜分离池7内的污泥颗粒层浓度均匀性，并形成对膜表面的擦洗作用以缓解膜污染。

在优选的实施例中，所述纳米陶瓷膜8的膜孔孔径范围在25～100nm。

在优选的实施例中，所述pH调整药液为碱液和/或强酸，优选的碱液为氢氧化钠或氢氧化钙，优选的酸液为硫酸或盐酸。

在优选的实施例中，形成的所述污泥颗粒层的SS浓度为10000～15000mg/L。

在优选的实施例中，控制所述搅拌反应器2内的水力停留时间为约30min。

参阅图1，在另一种实施例中，一种使用前述任一实施例的重金属废水处理系统去除络合物的重金属废水处理方法，包括：

通过所述搅拌反应器2将含有络合态重金属的污泥废水、pH调整药液以及破络剂进行搅拌，使其发生混合反应，在适当的pH值环境下使至少部分络合态重金属离子转化成颗粒态；

含有污泥颗粒的混合液进入纳米陶瓷膜8分离池，通过所述纳米陶瓷膜8对混合液中的颗粒物进行截留，截留形成的污泥颗粒层与所述纳米陶瓷膜8协同进一步捕获转化成颗粒态的重金属颗粒以及未充分反应的络合态重金属离子，捕获物成为所述污泥颗粒层的一部分而参与截留；清水则通过所述纳米陶瓷膜8的膜孔，由膜抽吸泵10抽送至清水箱12。

进一步地，根据废水中含有的络合基团种类，选择合适的pH值与相应的破络剂，在所述搅拌反应器2中采用一级投加的方式来投加所述pH值调整液和所述破络剂，使络合态重金属转化为颗粒态重金属即可，不需要投加混凝剂和絮凝剂。

根据本发明，可以按原络合离子种类，投加pH调整剂将pH值调整至合适范围，并根据重金属离子浓度投加破络剂，使络合态重金属离子转化成颗粒态，利用污泥颗粒层捕获这些重金属颗粒和未充分反应的络合重金属离子，利用纳米陶瓷膜截留污泥颗粒的办法，能够完全去除废水中的络合态重金属，使处理出水各重金属浓度能够稳定达到GB21900-2008中表3标准，同时，陶瓷膜的截留使得污泥颗粒层高度浓缩，使其具有更强的捕获重金属的能力，实现污泥颗粒与纳米陶瓷膜的协同破络作用。

该方法在调整pH值时投加pH调整药剂，一般为强碱(氢氧化钠或氢氧化钙)或者强酸(硫酸或盐酸)，这是因为破络反应不一定在碱性条件下发生，亦有可能在酸性条件下发生。推荐采用氢氧化钠和盐酸。

污泥颗粒层的形成是在运行初期，在膜分离池中充满络合态重金属离子，然后投加pH调整药剂和破络剂，利用曝气搅拌反应，使池中存在大量的重金属颗粒，通过截留膜的高度浓缩，形成污泥颗粒层，颗粒层SS浓度控制在10000～15000mg/L范围内。

在膜分离池的底部设置倒三角泥斗，运行过程中，当污泥颗粒层的SS浓度超出10000～15000mg/L范围时，多余的重金属颗粒会在膜分离池底部的倒三角泥斗中集聚，定期开启排泥阀，利用重力作用将这些多余的重金属颗粒排出。处理过程中无投加混凝剂和助凝剂，所排放的污泥中重金属浓度较高，其纯度高于10％，满足重金属回收的标准，可将污泥进行资源化回收利用。

膜分离池内放置纳米陶瓷膜组件，其孔径范围为25～100nm。利用激光粒度仪对污泥颗粒层的粒径分布进行分析后，发现99.99％以上的污泥颗粒粒径大于0.1μm，利用孔径范围为25～100nm的纳米陶瓷膜即可达到完全截留的效果，对重金属污染物去除率接近100％。

在膜分离池底部设置曝气器，其作用体现在两方面：一方面，曝气搅拌可增强膜分离池内的污泥颗粒层浓度均匀性，有利于污泥颗粒层对络合重金属离子的捕获；另一方面，空气气泡擦洗膜表面能缓解膜污染，降低膜设备的跨膜压差，有利于延长膜使用寿命。

在一个具体实施例中，如图1所示，含有络合态重金属的废水经废水输送管道1进入破络反应池2，与此同时，pH调整剂和破络剂分别经pH调整剂输送管道4和破络剂输送管道5进入破络反应池2，在搅拌机3的搅拌作用下尽可能充分反应，其水力停留时间约30min，使废水中的大部分络合重金属转化为颗粒态，水中仅存小部分未充分反应的络合态重金属离子。

经破络后的混合液通过混合液输送管道6进入膜分离池7，混合液中的重金属颗粒和未充分反应的络合态重金属离子会被池中的污泥颗粒层捕获。

纳米陶瓷膜组件8放置在膜分离池7中央，运转膜抽吸泵10，使膜出水抽吸管道9形成一定的负压，污泥颗粒层被纳米陶瓷膜组件8截留，清水则通过膜孔，经膜出水抽吸管道9和膜出水输送管道11抽送至清水箱12，将膜出水储存于清水箱12中，并通过清水排放管道13排放清水。

曝气风机16将压缩空气经曝气管道15输送至曝气器14，实现曝气的效果，一方面对膜分离池内的污泥颗粒层作搅拌作用，有利于污泥颗粒层捕重金属颗粒和未反应的络合态重金属离子，另一方面对陶瓷膜表面形成的滤饼层有擦洗的作用，以此减轻膜污染。

膜分离池7的底部设置倒三角泥斗，利用重力作用将多余的污泥颗粒经污泥排放管道17将污泥排出。

实验过程中，采用30m3/d的设计(3m3/h，运行时间按10h计)，用于处理拉链表面处理的络合重金属废水，并在稳定运行后取样进行测定，测试结果如表1所示。从测试结果来看，本发明在处理效果的优越性和运行的稳定性方面均拥有很强的竞争力。

表1某拉链废水处理站进、出水水质检测结果

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种去除络合物的重金属废水处理系统，其特征在于，包括：

搅拌反应器，用于使含有络合态重金属的污泥废水、pH调整药液以及破络剂在搅拌下进行混合反应，使至少部分络合态重金属离子转化成颗粒态；

膜分离池，连接所述搅拌反应器，所述膜分离池内设置有截留膜，所述截留膜用于对混合反应后的混合液中的颗粒物进行截留，截留形成的污泥颗粒层与所述截留膜协同进一步捕获转化成颗粒态的重金属颗粒以及未充分反应的络合态重金属离子，捕获物成为所述污泥颗粒层的一部分而参与截留；清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。

2.如权利要求1所述的重金属废水处理系统，其特征在于，所述膜分离池包括设置在所述截留膜的下方的污泥排放部，所述污泥颗粒层浓度超出一定范围后产生的多余污泥颗粒经所述污泥排放部排出。

3.如权利要求2所述的重金属废水处理系统，其特征在于，所述污泥排放部包括倒三角泥斗和污泥排放管道，所述多余污泥颗粒借助重力作用落入所述倒三角泥斗中并经污泥排放管道排出。

4.如权利要求1至3任一项所述的重金属废水处理系统，其特征在于，所述膜分离池内设置有曝气器，由曝气风机经曝气管道输气至所述曝气器，曝气形成搅拌作用以提高所述膜分离池内的污泥颗粒层浓度均匀性，并形成对膜表面的擦洗作用以缓解膜污染。

5.如权利要求1至4任一项所述的重金属废水处理系统，其特征在于，所述截留膜的膜孔孔径范围在25～100nm。

6.如权利要求1至5任一项所述的重金属废水处理系统，其特征在于，所述pH调整药液为碱液和/或强酸，优选的碱液为氢氧化钠或氢氧化钙，优选的酸液为硫酸或盐酸。

7.如权利要求1至6任一项所述的重金属废水处理系统，其特征在于，所述截留膜为纳米陶瓷膜。

8.如权利要求1至7任一项所述的重金属废水处理系统，其特征在于，控制所述搅拌反应器内的水力停留时间为约30min。

9.一种使用如权利要求1至8任一项所述的重金属废水处理系统去除络合物的重金属废水处理方法，其特征在于，包括：

通过所述搅拌反应器将含有络合态重金属的污泥废水、pH调整药液以及破络剂进行搅拌，发生混合反应，在适当的pH值环境下使至少部分络合态重金属离子转化成颗粒态；

含有污泥颗粒的混合液进入膜分离池，通过所述截留膜对混合液中的颗粒物进行截留，截留形成的污泥颗粒层与所述截留膜协同进一步捕获转化成颗粒态的重金属颗粒以及未充分反应的络合态重金属离子，捕获物成为所述污泥颗粒层的一部分而参与截留；清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。

10.如权利要求9所述的重金属废水处理方法，其特征在于，根据废水中含有的络合基团种类，选择合适的pH值与相应的破络剂，在所述搅拌反应器中采用一级投加的方式来投加所述pH值调整液和所述破络剂，使络合态重金属转化为颗粒态重金属即可，不需要投加混凝剂和絮凝剂。