CN106587268A - 陶瓷膜及其组件、接触池、重金属废水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷膜及其组件、接触池、重金属废水处理系统及方法，陶瓷膜是由均匀的纳米级陶瓷颗粒粘结形成具有孔隙通道的膜，陶瓷膜组件是由陶瓷膜形成的设有出口的容器，接触池包括池体、布水器和陶瓷膜组件，重金属废水处理系统包括混合池、抽吸泵和接触池，废水处理方法包括先将废水和碱液混合以调节废水的pH值，再通入接触池，废水通过陶瓷膜组件后通过抽吸泵将处理后的废水从出口处抽出。在本发明中，废水在经过陶瓷膜组件时，粒径较大的重金属氢氧化物颗粒直接被孔隙通道截留，而粒径比较小的颗粒则被孔隙通道内叠加的ζ电位电场排斥而被截留下来，从而使得在废水处理过程中不需添加混凝剂或絮凝剂，就达到去除废水中的重金属的目的。

Description

陶瓷膜及其组件、接触池、重金属废水处理系统及方法

技术领域

本发明涉及含重金属污染物的废水处理技术领域，尤其涉及一种陶瓷膜、陶瓷膜组件、接触池、重金属废水处理系统及方法。

背景技术

含重金属污染物的废水主要来自采矿、冶金、金属加工、电镀和电子线路板行业，这类工业废水如果不经处理或者处理不达标就直接排放进入环境，将引起严重的生态事故。而且重金属可能在环境中累积，产生潜在更严重的生态影响。

传统的处理废水中重金属离子的工艺是：加碱调节pH值，将溶解态的重金属离子转化成为不溶性的氢氧化物颗粒，然后添加氯化铝或者硫酸铁类混凝剂，使小颗粒的重金属氢氧化物颗粒积聚成为大尺寸的矾化絮体，或者再添加聚丙烯酰胺类絮凝剂，加速矾化的形成，使其能够自然沉淀下来，在沉淀池中与水流分离，达到去除重金属的目的。这种工艺技术操作简单，效果良好，得到广泛使用。例如，电镀废水经过处理，出水重金属浓度能够达到GB21900-2008表2标准。

但是，这种传统的工艺也有缺点，主要是占地面积大，基建投资高；处理过程中需要加投大量混凝剂和絮凝剂，产生的污泥量大，而且污泥重金属含量由于混凝剂的占比大而不具有回收价值，污泥处理处置成本高；其中絮凝剂聚丙烯酰胺的添加还影响后续废水回用处理工艺的中反渗透膜，致使其容易堵塞，频繁反冲洗，寿命缩短。尤其是，随着排放标准要求提高，很多地方执行更严格的GB21900-2008表3标准。传统的处理工艺，由于仍然有一定数量特别细小颗粒不能自然沉淀下来，导致其无法使出水的重金属浓度稳定达到表3标准，影响了需要工业企业的生产经营，也影响了生态环境安全性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种陶瓷膜、陶瓷膜组件、接触池、重金属废水处理系统及方法，通过将本发明的陶瓷膜制成的陶瓷膜组件加入至废水处理系统的接触池内，使得在废水处理过程中不需添加混凝剂或絮凝剂，就可以达到去除废水中的重金属的目的，并且处理后的废水（清水）可以达到严格的GB21900-2008表3标准。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种陶瓷膜，是由均匀的纳米级陶瓷颗粒粘结形成具有孔隙通道的膜。

优选地，所述陶瓷颗粒的粒径范围是65～650nm，进一步为160～650nm。

优选地，所述孔隙通道的平均直径是10～100nm，进一步为25～100nm。

优选地，所述陶瓷颗粒的材质为金属氧化物陶瓷。

本发明还公开了一种陶瓷膜组件，是由上述的陶瓷膜形成的设有出口的容器。

本发明还公开了一种接触池，用于重金属废水处理系统，所述重金属废水处理系统包括连接所述接触池的进水管道和出水管道，所述接触池还包括池体、布水器和上述的陶瓷膜组件，其中：

所述池体上设有进水口、出水口和排污口，所述布水器相对于所述陶瓷膜组件安装在所述池体的靠近底部位置，所述陶瓷膜组件安装在所述布水器的上方；

所述进水管道通过所述进水口延伸至所述布水器处，所述出水管道通过出水口连接所述陶瓷膜组件的出口，所述排污口设置在所述池体的底部，所述布水器将废水均匀配给，使其向上流动，废水通过所述陶瓷膜组件的表面的过滤后从所述陶瓷膜组件的出口排至所述出水管道。

优选地，所述池体的底面呈斜坡状，所述排污口设在斜坡的底端。

本发明另外公开了一种重金属废水处理系统，包括混合池和抽吸泵，所述混合池用于将废水和碱液进行混合以调节废水的pH值，所述重金属废水处理系统还包括上述的接触池、连接所述接触池的进水管道和出水管道，所述混合池和所述接触池通过所述进水管道连接，所述接触池和所述抽吸泵通过所述出水管道连接。

本发明另外还公开了一种重金属废水处理方法，是利用上述的重金属废水处理系统进行废水处理，包括以下步骤：

S1：将废水和碱液在所述混合池内进行混合，以将废水的pH值调节至9.5～10.5；

S2：将调节好pH值后的废水通过所述进水管道通入所述接触池；

S3：所述抽吸泵通过所述出水管道将处理后的废水从所述陶瓷膜组件的出口抽出。

优选地，步骤S2中，调节好pH值后的废水在所述接触池内的水流上升速率为0.07m/min，在通过所述陶瓷膜组件的表面的速率为0.04m/h。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明公开了一种由均匀的纳米级陶瓷颗粒粘结形成具有孔隙通道的膜，使得陶瓷界面的ζ电位实现叠加，形成比较高强度的电场，能够排斥截留含重金属的微小颗粒，从而使得废水通过该陶瓷膜时重金属能够以相对于传统处理技术方法更高效的方式得到去除。由该陶瓷膜形成的陶瓷膜组件，使得废水在封闭环境下通过该陶瓷膜，让处理后的废水从陶瓷膜组件的出口排出，获得清洁出水；废水在通过该陶瓷膜时，重金属氢氧化物或者被孔隙通道直接截留，或者被孔隙通道中的ζ电位电场排斥，使重金属与水得到分离。被截留或被排斥的重金属氢氧化物颗粒，逐渐积累，通过自混凝而形成沉淀物，在接触池的底部形成污泥层，并通过自行蠕动从排污口排出来。在本发明的重金属废水处理方法中，只需要将废水的pH值进行调整，再通过接触池后即可得到符合GB21900-2008表3标准的清水，而不需要添加混凝剂或絮凝剂，不仅节约了药剂的费用，减少了污泥的重量，而且还避免由于添加聚丙烯酰胺对后续反渗透膜的不利影响。通过本发明的重金属废水处理方法所产生的污泥，重量比传统工艺减少50%以上，而且排出的污泥重金属含量达到5%以上，达到重金属回收所需要的水平，能够直接进行冶炼而回收重金属资源，从而节约污泥处理处置的费用，并避免污泥可能引起的二次污染。

附图说明

图1是本发明优选实施例的重金属废水处理系统的示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的一个实施例公开了一种陶瓷膜，是由均匀的纳米级陶瓷颗粒粘结形成具有孔隙通道的膜。在部分实施例中，所述陶瓷颗粒的材质为金属氧化物陶瓷，所述陶瓷颗粒的粒径范围是65～650nm（进一步可以是160～650nm）；所述孔隙通道的平均直径是10～100nm（进一步可以是25～100nm）。该陶瓷膜在水流中，这种纳米级的孔隙通道内分布的ζ电位双电层叠加，电场强度为20～50mV。

本发明的另一个实施例公开了一种陶瓷膜组件，是由上述的陶瓷膜形成的设有出口的容器。在部分实施例中，陶瓷膜组件呈管道状或平板状。对于粒径大于100nm的不能自然沉淀的重金属氢氧化物颗粒，在经过该陶瓷膜组件时，能够直接截留，使这部分的重金属能够得到去除；对于粒径小于100nm的重金属氢氧化物颗粒，理论上能够穿过纳米级的孔隙通道，但是，本发明的纳米级的孔隙通道的ζ电位双电层叠加电场，这种电场能够排斥纳米级的重金属颗粒，阻止其通过，从而使得这些粒径小于100纳米的重金属氢氧化物颗粒也得到去除，从而保证处理后的废水（清水）所含重金属浓度能够稳定达到严格的GB21900-2008表3标准。

本发明的另一个实施例公开了一种接触池，用于重金属废水处理系统，所述重金属废水处理系统包括连接所述接触池的进水管道和出水管道，所述接触池还包括池体、布水器和上述的陶瓷膜组件，其中：所述池体上设有进水口、出水口和排污口，所述布水器相对于所述陶瓷膜组件安装在所述池体的靠近底部位置，所述陶瓷膜组件安装在所述布水器的上方；所述进水管道通过所述进水口延伸至所述布水器处，所述出水管道通过出水口连接所述陶瓷膜组件的出口，所述排污口设置在所述池体的底部，所述布水器将废水均匀配给，使其向上流动，废水通过所述陶瓷膜组件的表面的过滤后从所述陶瓷膜组件的出口排至所述出水管道。在部分实施例中，所述池体的底面呈斜坡状，所述排污口设在斜坡的底端。

本发明的另一个实施例公开了一种重金属废水处理系统，包括混合池和抽吸泵，所述混合池用于将废水和碱液进行混合以调节废水的pH值，所述废水处理系统还包括上述的接触池、连接所述接触池的进水管道和出水管道，所述混合池和所述接触池通过所述进水管道连接，所述接触池和所述抽吸泵通过所述出水管道连接。

本发明的另一个实施例公开了一种重金属废水处理方法，是利用上述的重金属废水处理系统进行废水处理，包括以下步骤：S1：将废水和碱液在所述混合池内进行混合，以将废水的pH值调节至9.5～10.5；S2：将调节好pH值后的废水通过所述进水管道通入所述接触池；S3：抽吸泵通过所述出水管道将处理后的废水从所述陶瓷膜组件的出口抽出。

在部分实施例中，步骤S2中，调节好pH值后的废水在所述接触池内的水流上升速率为0.07m/min，在通过所述陶瓷膜组件的表面的速率为0.04m/h。本发明中废水在接触池内的总处理时间为0.5小时左右，远远小于传统沉淀池所需要的2小时，处理设施占地面积也可以节省75%。

本发明的废水处理，工作原理即为将调节好pH值的废水通过抽吸泵的负压作用下从陶瓷膜组件的外侧透过陶瓷膜收集到陶瓷膜组件内，然后从陶瓷膜组件的出口进入到抽吸泵；其中在将废水抽吸到陶瓷膜组件内的过程中，粒径较大的重金属氢氧化物颗粒直接被孔隙通道截留，而粒径比较小的颗粒则被孔隙通道内叠加的ζ电位电场排斥而被截留下来，从而使得在废水处理过程中不需添加混凝剂或絮凝剂，就达到去除废水中的重金属的目的。（更加形象地描述，陶瓷膜片就像一个管道状或扁平的布袋子，这个布袋子只有一个开口，废水在抽吸泵的负压作用下从外面透过布袋收集到布袋的里面，然后布袋的开口进入到抽吸泵内；而此时重金属颗粒之类的杂质或者被孔隙通道直接截留，或者被孔隙通道中的ζ电位电场排斥，不能透过布袋进入到布袋的里面，从而达到重金属与水分离的效果。）

本发明的重金属废水处理方法中，对于含重金属离子的废水，只需要调节pH值使其形成氢氧化物颗粒即可，不再需要添加任何混凝剂或者絮凝剂，不仅节约了药剂费用，减少了污泥的重量，而且还能够避免因为添加聚丙烯酰胺对后续反渗透膜的不利影响。

如图1所示，是本发明优选实施例的重金属废水处理系统的示意图。

含有重金属离子的废水1通过第一管道14进入混合池2，碱液15通过计量泵16和第二管道17进入混合池2，废水1和碱液15在混合池2内通过搅拌器3进行充分混合，将废水1的pH值调整至9.5至10.5之间的范围内，使废水1中的离子态的重金属转变成为颗粒态的氢氧化物形态，在此不需要添加混凝剂或絮凝剂等其他药剂。

从混合池2内出来的调节好pH值后的废水经过进水管道4进入接触池的池体6内，接触池包括池体6、布水器5和陶瓷膜组件7，池体6上设有进水口、出水口和排污口，布水器5安装在池体6的靠近底部的位置，陶瓷膜组件7安装在布水器7的上方，进水管道4通过进水口将调节好pH值后的废水通入至布水器5处，布水器5将废水均匀配给，使其向上流动，废水通过陶瓷膜组件7的表面进入陶瓷膜组件7，在抽吸泵9的作用下，形成负压，而将陶瓷膜组件7内的处理后的废水（清水）从陶瓷膜组件7的出口经过出水管道8抽出，处理后的废水（清水）通过第三管道10进入清水池11。经过本发明的实施例的重金属废水处理系统获得的清水，可以通过第四管道12并调节pH值后进入水环境，或者进入后续的深度处理工序，进入水循环利用。

本实施例中的陶瓷膜组件7是由陶瓷膜形成的设有出口的容器，而陶瓷膜时由均匀的纳米级陶瓷颗粒粘结形成具有孔隙通道的膜，其中，陶瓷颗粒的材质为金属氧化物陶瓷，陶瓷颗粒的粒径范围是65～650nm（进一步可以是160～650nm），形成的孔隙通道的平均直径是10～100nm（进一步可以是25～100nm）。在接触池的池体6内，粒径比较大的重金属氢氧化物颗粒直接被陶瓷膜组件7的孔隙通道截留，而粒径比较小（小于孔隙通道直径）的重金属氢氧化物颗粒，则被孔隙通道内叠加的ζ电位电场排斥而被截留下来。被截留的重金属氢氧化物颗粒逐渐自絮凝成为大颗粒矾化而沉淀至池体6的底部的斜坡处，并自行蠕动至排污口13，定期排出池体6。由于没有添加混凝剂或者絮凝剂，所形成的污泥主要来自重金属氢氧化物，因此重金属含量能达到5%以上，能够直接进行冶炼，从而不仅能够回收重金属资源，还节约污泥处理处置费用。

下面对本发明优选实施例的重金属废水处理系统及方法进行试验测试，进一步说明该重金属废水处理系统的效果。

测试1：测试本发明的重金属废水处理系统及方法对于含铬（Cr，以总Cr计）废水的处理效果，废水中总Cr浓度为32.47、35.88、17.25、38.01、16.38、12.25、74.65、22.78、15.69、25.95、14.43、46.15mg/L，进水平均浓度是29.32mg/L；经过本发明的重金属废水处理系统及方法处理后，出水总Cr浓度分别达到0.25、0.39、0.41、0.44、0.30、0.08、0.05、0.27、0.23、0.25、0.24、0.22mg/L，出水平均浓度是0.22mg/L，平均去除效率是99.25%。国家GB21900-2008中表2对于总Cr的限值是1mg/L，而更严格的表3对于总Cr的限值是0.5mg/L。对比表明，本发明重金属废水处理系统及方法能够使出水总Cr浓度稳定达到严格的表3要求。

测试2：测试本发明的重金属废水处理系统及方法对于含铜（Cu）废水的处理效果，废水中Cu浓度为4.58、8.35、77.62、82.90、2.42、5.60、39.18、6.90、19.00、36.60、10.70、4.35mg/L，进水平均浓度是24.85mg/L；经过本发明的重金属废水处理系统及方法处理后，出水Cu浓度分别达到0.0、0.0、0.12、0.24、0.04、0.0、0.0、0.13、0.01、0.25、0.23、0.03mg/L，出水平均浓度是0.09mg/L，平均去除效率是99.64%。国家GB21900-2008中表2对于Cu的限值是0.5mg/L，而更严格的表3对于Cu的限值是0.3mg/L。对比表明，本发明的重金属废水处理系统及方法能够使出水Cu浓度稳定达到严格的表3要求。

测试3：测试本发明的重金属废水处理系统及方法对于含镍（Ni）废水的处理效果，废水中Ni浓度为7.32、99.35、19.45、4.88、0.65、2.75、4.00、5.20、2.40、2.85、5.05、7.05mg/L，进水平均浓度是13.41mg/L；经过本发明的重金属废水处理系统及方法处理后，出水Ni浓度分别达到0.028、0.026、0.015、0.053、0.0、0.008、0.026、0.023、0.021、0.064、0.089、0.10mg/L，出水平均浓度是0.038mg/L，平均去除效率是99.72%。国家GB21900-2008中表2对于Ni的限值是0.5mg/L，而更严格的表3对于Ni的限值是0.1mg/L。对比表明，本发明的重金属废水处理系统及方法能够使出水Ni浓度稳定达到严格的表3要求。

以上内容是结合具体的优选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技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种陶瓷膜，其特征在于，是由均匀的纳米级陶瓷颗粒粘结形成具有孔隙通道的膜。

2.根据权利要求1所述的陶瓷膜，其特征在于，所述陶瓷颗粒的粒径范围是65～650nm。

3.根据权利要求1所述的陶瓷膜，其特征在于，所述孔隙通道的平均直径是10～100nm。

4.根据权利要求1所述的陶瓷膜，其特征在于，所述陶瓷颗粒的材质为金属氧化物陶瓷。

5.一种陶瓷膜组件，其特征在于，是由权利要求1至4任一项所述的陶瓷膜形成的设有出口的容器。

6.一种接触池，用于重金属废水处理系统，所述重金属废水处理系统包括连接所述接触池的进水管道和出水管道，其特征在于，包括池体、布水器和权利要求5所述的陶瓷膜组件，其中：

所述池体上设有进水口、出水口和排污口，所述布水器相对于所述陶瓷膜组件安装在所述池体的靠近底部位置，所述陶瓷膜组件安装在所述布水器的上方；

所述进水管道通过所述进水口延伸至所述布水器处，所述出水管道通过出水口连接所述陶瓷膜组件的出口，所述排污口设置在所述池体的底部，所述布水器将废水均匀配给，使其向上流动，废水通过所述陶瓷膜组件的表面的过滤后从所述陶瓷膜组件的出口排至所述出水管道。

7.根据权利要求7所述的接触池，其特征在于，所述池体的底面呈斜坡状，所述排污口设在斜坡的底端。

8.一种重金属废水处理系统，包括混合池和抽吸泵，所述混合池用于将废水和碱液进行混合以调节废水的pH值，其特征在于，还包括如权利要求6或7所述的接触池、连接所述接触池的进水管道和出水管道，所述混合池和所述接触池通过所述进水管道连接，所述接触池和所述抽吸泵通过所述出水管道连接。

9.一种重金属废水处理方法，其特征在于，利用权利要求8所述的重金属废水处理系统进行废水处理，包括以下步骤：

S1：将废水和碱液在所述混合池内进行混合，以将废水的pH值调节至9.5～10.5；

S2：将调节好pH值后的废水通过所述进水管道通入所述接触池；

S3：所述抽吸泵通过所述出水管道将处理后的废水从所述陶瓷膜组件的出口抽出。

10.根据权利要求9所述的重金属废水处理方法，其特征在于，步骤S2中，调节好pH值后的废水在所述接触池内的水流上升速率为0.07m/min，在通过所述陶瓷膜组件的表面的速率为0.04m/h。