CN108295803A - 含镉废水深度处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含镉废水深度处理系统及方法。废水处理系统依次包括原水池、第一pH调节池、中间水池、高效吸附装置和第二pH调节池；其中，原水池与第一pH调节池之间管路上设有输送泵，第一pH调节池设有搅拌装置，且还设有加碱装置，中间水池与高效吸附装置之间设有原水泵组，原水泵组包括并联设置的第一原水泵和第二原水泵，原水泵进口上都设有蝶阀，出口上都设有止回阀，高效吸附装置自下而上依次设置有承托层和脱镉吸附剂层。本发明提供的含镉废水处理系统通过吸附及离子交换完成镉离子的去除，具有装置简单、易于控制、药剂添加种类数量少，镉离子去除率高，镉含量指标可稳定达到《污水综合排放标准》等优点，极具推广使用价值。

Description

含镉废水深度处理系统及方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种含镉废水深度处理系统及方法。
背景技术
镉化合物作为一类对生物体有高度毒害作用的化学物质，人体的镉中毒主要是通过消化道与呼吸道摄取被镉污染的水、食物、空气而引起的。镉在人体内的积蓄作用，潜伏期长达10～30年，其中毒性最大的为可溶性氯化镉，含镉废水是危害最严重的重金属废水之一。
传统方法中，含镉废水主要采用离子交换法、化学处理法、电解法和反渗透技术进行处理。其中，离子交换法根据交换树脂类型和质量的不同，交换容量与再生洗脱率较低，因而操作工序较为复杂，且需消耗较多的药品；化学处理法工艺流程简单，技术成熟，操作简便，运行费用低，但废水中物质回收价值较低；电解法最大的优点是可以回收金属镉，操作也较为简单，但能耗较高，运行成本要求较高；反渗透法处理效果较好，但投资和运行成本较高，且容易产生膜的堵塞想象，从而影响其稳定运行。在上述方法中，化学处理法是最常用的含镉废水处理方法，但目前该工艺过程繁琐、反应过程沉渣多、络合物不易沉降，操作条件苛刻和实际操作难的缺点。
基于此，提供一种能够有效用于含镉废水处理的装置和方法尤为重要。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种含镉废水深度处理系统及方法。本发明提供的含镉废水处理系统在高效吸附剂装置中通过吸附及离子交换完成镉离子的去除，具有装置简单、易于控制、药剂添加种类数量少，镉离子去除率高，镉含量指标可稳定达到《污水综合排放标准》等优点，极具推广使用价值。
第一方面，本发明提供一种含镉废水处理系统，包括：废水原水池、pH调节池、中间水池、吸附装置，pH调节池包括第一pH调节池和第二pH调节池；其中，废水原水池、第一pH调节池、中间水池、吸附装置和第二pH调节池依次采用管道相连；吸附装置为脱镉吸附塔，且脱镉吸附塔自下而上依次设置有承托层和脱镉吸附剂层。
优选地，原水池与第一pH调节池之间管路上设有输送泵，第一pH调节池与中间水池之间设有蝶阀，中间水池与吸附装置之间设有原水泵，且原水泵的进口上设有蝶阀，出口上设有止回阀。
优选地，pH调节池上设有搅拌装置，且搅拌装置包括驱动电机和搅拌机；pH调节池上连接有pH值自动控制系统，其中，pH值自动控制系统包括酸/液碱箱、pH电极和pH自动控制器，且酸/液碱箱与pH调节池之间设有隔膜阀。pH调节池内设有pH自动控制流程，可对pH调节池进行细调，使其在最佳的pH值范围，一般为略偏碱性调节池中设有搅拌装置，pH调节池内还设有搅拌装置，可根据具体水质情况进行搅拌转速的调整。
优选地，与第一pH调节池连接的pH值自动控制系统采用碱液箱，与第二pH调节池连接的pH值自动控制系统采用碱液箱。具体地，第一pH调节池所用碱液选自苛性钠、氢氧化钾、氨水和熟石灰的一种或多种；第二pH调节池所用酸液选自盐酸、硝酸、硫酸和醋酸的一种或多种。
优选地，原水泵具体选用数个并联的原水泵，且优选2个；脱镉吸附塔具体选用数个串联使用的吸附塔。
优选地，脱镉吸附塔的进液方式为自下而上，吸附塔底部设有止回阀，顶部设有加料口和排气口，且脱镉吸附塔承托层底部侧壁处设有卸料口，用于在脱镉吸附剂失效后，通过塔体侧壁卸料口卸下再生或填补新剂；承托层包括鹅卵石、浮石、硅胶颗粒和塑料微球中的一种或多种，且承托层填料从下至上颗粒由大至小排布；脱镉吸附剂为球形，且直径为5～30mm。
优选地，脱镉吸附剂的原料组分按重量份计，包括：活性组分40～95重量份、黏结剂1～40重量份和胶黏剂1～30重量份；其中，活性组分包括菱镁矿粉、方解石粉、白云石粉、碱石灰粉、硫化钠、硫化钙和硫酸铁中的一种或多种；黏结剂包括粘土、膨润土、高岭土、棒棒土、羊肚土和水泥中一种或多种；胶黏剂包括果胶、硅胶、树胶、田菁胶和植物胶中一种或多种。
优选地，脱镉吸附剂的制备方法包括以下步骤：S101：将活性组分和黏结剂搅拌均匀，制成混合物；S102：将混合物于糖衣机中滚动成型，期间加入胶黏剂；S103：将S102得到的产物进行干燥，之后高温焙烧，得到脱镉吸附剂；其中，干燥的温度为70～150℃，干燥的时间为1～24h；高温焙烧于马弗炉中进行，且高温焙烧的温度为500～900℃，焙烧时间为1～10h。
第二方面，本发明提供一种含镉废水处理方法，采用本发明提供的处理系统，包括以下步骤：含重金属镉的原水依次经过第一pH调节池、中间水池、吸附装置和第二pH调节池，第一pH调节池对原水的pH值进行调节，中间水池用于对原水进行沉降，上清液经原水泵进入吸附装置，高效吸附剂失效后，可通过塔体侧壁卸料口卸下再生或填补新剂，之后将经吸附处理后的废水进入第二pH调节池，加酸调pH值至中性后达标排放。
优选地，处理后的可排放废水中的镉含量低于0.1mg/L。
本发明提供的上述技术方案具有以下优点：
(1)申请人经过大量研究发现：本发明提供的含镉废水处理系统在高效吸附剂装置中通过吸附及离子交换完成镉离子的去除，具有装置简单、易于控制、药剂添加种类数量少，镉离子去除率高，镉含量指标可稳定达到《污水综合排放标准》等优点，极具推广使用价值。
(2)与传统的含镉废水处理系统相比，本发明的含镉废水处理系统用“高效吸附装置”替换传统含镉废水中的“沉淀单元-深度去除单元”，在整体上简化了装置的组成和处理工艺。
(3)本发明的含镉废水处理系统弱化了传统技术中反应-沉淀-深度去除单元作用，对pH原水池只需简单进行pH调整以满足高效吸附剂的吸附条件，对pH原水池及中间水池的絮凝及沉降作用没有严格的程度要求；且高效吸附装置承托层中填料有过滤作用，操作简便，条件控制容易，含镉废水镉含量去除效果好。而传统含镉废水去除需要对其添加沉淀剂进行单独沉淀反应，沉淀剂添加过量，随后需要投加絮凝剂等进行絮凝沉降作用，步骤繁琐，沉淀条件不易控制，难易确保重金属离子的去除效果。
(4)本发明的含镉废水处理系统只在pH原水池产生少量沉淀，而传统含镉废水处理系统在去除重金属时产生大量沉淀，不容易处理。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施方式，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附图。
图1为本发明含镉废水深度处理系统的示意图；
附图标记：
含镉废水原水池1；
第一pH调节池2；
第一pH调节池2搅拌装置：
搅拌机22；
驱动电机21；
中间水池3；
蝶阀23；
高效吸附剂装置4；
高效脱镉吸附塔上封头41；
高效脱镉吸附塔脱镉吸附剂层42；高效脱镉吸附塔承托层43；
高效脱镉吸附塔下封头44；
止回阀45；
第二pH调节池5；
第二pH调节池5搅拌装置：
搅拌机51；
驱动电机52
第二pH调节池加酸装置：
酸液箱6；
隔膜阀61；
pH自动控制器62；
pH电极63；
第一原水泵7；
第二原水泵8；
蝶阀71；
蝶阀81；
止回阀72
止回阀82；
pH调节池2加碱装置：
碱液箱9；
隔膜阀91；
pH自动控制器92；
pH电极93；
输送泵10。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供一种含镉废水深度处理系统，如图1所示，依照水流方向包括废水原水池(1)、第一pH调节池(2)、中间水池(3)、高效吸附剂装置(4)和第二pH调节池(5，也可称作pH回调池)，原水池(1)与第一pH调节池(2)之间管路上设有输送泵(10)，第一pH调节池(2)与中间水池(3)之间设有蝶阀(23)，中间水池(3)与高效吸附剂装置(4)之间设有原水泵组(7)(8)，原水泵组包括并联设置的第一原水泵(7)和第二原水泵(8)，原水泵进口上都设有蝶阀(71)(81)，出口上都设有止回阀(72)(82)。
在本发明的进一步实施方式中，第一pH调节池(2)设有搅拌装置，包括驱动电机(21)、搅拌机(22)。第一pH调节池(2)还设有pH值自动控制流程，主要包括pH电极(93)、pH自动控制器(92)和碱液箱(9)，碱液箱(9)与第一pH调节池(2)设有隔膜阀(91)。实际运行过程中，当原水达到液位要求时，调pH值至略碱性，水中出现少量沉淀，此时搅拌装置转速设置为快速，至pH值恒定略碱性时，调节搅拌机转速值慢速，根据实际水质情况甚至可以停止搅拌，通过溢流至中间水池。
在本发明的进一步实施方式中，高效吸附剂装置为高效脱镉吸附塔，其含镉废水进液方式为从下往上，高效吸附塔底部设有止回阀(45)，顶部设有加料口和排气口，且脱镉吸附塔承托层底部侧壁处设有卸料口，用于在脱镉吸附剂失效后，通过塔体侧壁卸料口卸下再生或填补新剂；高效脱镉吸附塔(4)包括设置在底部的承托层(43)，设置在承托层上的脱镉吸附剂层(42)，承托层(43)选自鹅卵石、浮石、硅胶颗粒和塑料微球的一种或多种，承托层填料从下至上颗粒由大至小排布；优选地，高效脱镉吸附剂为球形，直径为5～30mm。
在本发明的进一步实施方式中，脱镉吸附剂的原料组分按重量份计，包括：活性组分40～95重量份、黏结剂1～40重量份和胶黏剂1～30重量份；其中，活性组分包括菱镁矿粉、方解石粉、白云石粉、碱石灰粉、硫化钠、硫化钙和硫酸铁中的一种或多种；黏结剂包括粘土、膨润土、高岭土、棒棒土、羊肚土和水泥中一种或多种；胶黏剂包括果胶、硅胶、树胶、田菁胶和植物胶中一种或多种。脱镉吸附剂的制备方法包括以下步骤：S101：将活性组分和黏结剂搅拌均匀，制成混合物；S102：将混合物于糖衣机中滚动成型，期间加入胶黏剂；S103：将S102得到的产物进行干燥，之后高温焙烧，得到脱镉吸附剂；其中，干燥的温度为70～150℃，干燥的时间为1～24h；高温焙烧于马弗炉中进行，且高温焙烧的温度为500～900℃，焙烧时间为1～10h。
在本发明的进一步实施方式中，第二pH调节池(5)设有搅拌装置，包括驱动电机(52)、搅拌机(51)；第二pH调节池(5)还设有pH值自动控制流程，主要包括pH电极(62)、pH自动控制器(63)和酸液箱(6)，酸液箱(6)与pH回调池(5)设有隔膜阀(61)。实际运行过程中，高效脱镉剂层脱镉剂饱和后需要从侧壁处卸料口卸下再生或填补新剂，之后将经吸附处理后的废水进入第二pH调节池，加酸调PH值至中性后达标排放。
本发明含镉废水处理系统在实际运行过程中的使用方法具体包括以下步骤：将含重金属镉的原水依次经过第一pH调节池、中间水池、吸附装置和第二pH调节池，第一pH调节池对原水的pH值进行调节，中间水池用于对原水进行沉降，上清液经原水泵进入吸附装置，之后将经吸附处理后的废水进入第二pH调节池，加酸调pH值至中性后达标排放；其中，处理后的可排放废水中的镉含量低于0.1mg/L。
采用图1提供的含镉废水处理系统，进行含镉废水原料的处理，具体设置以下实施例。需要说明的是，本发明的含镉废水原料由成都某集团公司提供的含镉废水(与电镀废水分开处理)，经检测：原液的pH为8，Cd2+浓度为85mg/L。
实施例一
本实施例中高效吸附剂装置所用的脱镉吸附剂由下述步骤制备而成：
S101：称取900g菱镁矿粉、100g碱石灰粉、300g粘土放入混碾机中混碾20min，制成混合物。
S102：称取300g水和100g果胶混合均匀作为胶料，将S101得到的混合物放入糖衣机进行滚动成球，制成Ф3-6mm球状成型物。
S103：将S102得到的球状成型物放入干燥箱在85℃下干燥15小时，将干燥后的物放入马弗炉中，并在600℃恒温焙烧4小时，待温度降到室温后取出，得到脱镉吸附剂，之后将其置于高效吸附剂装置。
实施例二
本实施例中高效吸附剂装置所用的脱镉吸附剂由下述步骤制备而成：
S101：称取600g方解石粉、500g碱石灰粉、300g高岭土放入混碾机中混碾35min，制成混合物。
S102：称取200g水和200g硅胶混合均匀作为胶料，将S101得到的混合物放入糖衣机进行滚动成球，制成Ф3-6mm球状成型物。
S103：将S102得到的球状成型物放入干燥箱在110℃下干燥5小时，将干燥后的物放入马弗炉中，并在700℃恒温焙烧4小时，待温度降到室温后取出，得到脱镉吸附剂，之后将其置于高效吸附剂装置。
实施例三
本实施例中高效吸附剂装置所用的脱镉吸附剂由下述步骤制备而成：
S101：称取400g菱镁矿粉、700g白云石粉、400g膨润土放入混碾机中混碾20min，制成混合物。
S102：称取250g水和150g树胶混合均匀作为胶料，将S101得到的混合物放入糖衣机进行滚动成球，制成Ф3-6mm球状成型物。
S103：将S102得到的球状成型物放入干燥箱在120℃下干燥3小时，将干燥后的物放入马弗炉中，并在750℃恒温焙烧3小时，待温度降到室温后取出，得到脱镉吸附剂，之后将其置于高效吸附剂装置。
实施例四
本实施例中高效吸附剂装置所用的脱镉吸附剂由下述步骤制备而成：
S101：称取400g菱镁矿粉、300g碱石灰粉、400g白云石粉、200g粘土、150g膨润土放入混碾机中混碾45min，制成混合物。
S102：称取200g水、100g果胶、100g田菁胶混合均匀作为胶料，将S101得到的混合物放入糖衣机进行滚动成球，制成Ф3-6mm球状成型物。
S103：将S102得到的球状成型物放入干燥箱在90℃下干燥10小时，将干燥后的物放入马弗炉中，并在550℃恒温焙烧8小时，待温度降到室温后取出，得到脱镉吸附剂，之后将其置于高效吸附剂装置。
实施例五
本实施例中高效吸附剂装置所用的脱镉吸附剂由下述步骤制备而成：
S101：称取300g碱石灰粉、300g硫化钠粉、400g硫化钙、200g棒棒土、150g水泥放入混碾机中混碾50min，制成混合物。
S102：称取200g水、100g植物胶、150g田菁胶混合均匀作为胶料，将S101得到的混合物放入糖衣机进行滚动成球，制成Ф3-6mm球状成型物。
S103：将S102得到的球状成型物放入干燥箱在115℃下干燥5小时，将干燥后的物放入马弗炉中，并在600℃恒温焙烧6小时，待温度降到室温后取出，得到脱镉吸附剂，之后将其置于高效吸附剂装置。
另外，为了进一步说明本发明含镉废水深度处理系统的优势，检测各实施例出水口的各指标数据，并由此计算Cd去除率，具体数据如表1所示。
表1本发明含镉废水深度处理系统的脱镉性能列表
当然，除了实施例一至实施例五列举的情况，其他原料组分的种类和重量百分比、制备过程中的条件和参数等也是可以的。
本发明所述含镉废水在高效吸附剂装置中通过吸附及离子交换完成镉离子的去除，与传统的含镉废水处理系统相比，本发明的处理系统具体如下优点：其一、本发明所述系统只需通过高效吸附装置即可完成含镉废水的深度处理，在整体上简化了装置的组成和处理工艺。其二、传统含镉废水去除需要对其添加沉淀剂进行单独沉淀反应，沉淀剂添加过量，随后需要投加絮凝剂等进行絮凝沉降作用，步骤繁琐，沉淀条件不易控制，难易确保重金属离子的去除效果，本发明所述系统弱化传统技术中反应-沉淀-深度去除单元作用，对pH原水池只需简单进行pH调整以满足高效吸附剂的吸附条件，对pH原水池及中间水池的絮凝及沉降作用没有严格的程度要求，高效吸附装置承托层中填料有过滤作用，操作简便，条件控制容易，含镉废水镉含量去除效果好。其三、本发明所述含镉废水深度处理系统只在pH原水池产生少量沉淀，而传统含镉废水处理系统在去除重金属时产生大量沉淀，不容易处理。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种含镉废水处理系统，其特征在于，包括：
废水原水池、pH调节池、中间水池和吸附装置，所述pH调节池包括第一pH调节池和第二pH调节池；
其中，所述废水原水池、所述第一pH调节池、所述中间水池、所述吸附装置和所述第二pH调节池依次采用管道相连；所述吸附装置为脱镉吸附塔，且所述脱镉吸附塔自下而上依次设置有承托层和脱镉吸附剂层。
2.根据权利要求1所述的含镉废水处理系统，其特征在于：
所述废水原水池与第一pH调节池之间管路上设有输送泵，所述第一pH调节池与中间水池之间设有蝶阀，所述中间水池与吸附装置之间设有原水泵，且所述原水泵的进口上设有蝶阀，出口上设有止回阀。
3.根据权利要求2所述的含镉废水处理系统，其特征在于：
所述原水泵具体选用数个并联的原水泵，且优选2个；
所述脱镉吸附塔具体选用数个串联使用的吸附塔，且优选1～3个。
4.根据权利要求1所述的含镉废水处理系统，其特征在于：
所述pH调节池上设有搅拌装置，且所述搅拌装置包括驱动电机和搅拌机；
所述pH调节池上还连接有pH值自动控制系统；其中，所述pH值自动控制系统包括酸/液碱箱、pH电极和pH自动控制器，且所述酸/液碱箱与pH调节池之间设有隔膜阀。
5.根据权利要求4所述的含镉废水处理系统，其特征在于：
与所述第一pH调节池连接的pH值自动控制系统采用碱液箱，与所述第二pH调节池连接的pH值自动控制系统采用碱液箱。
6.根据权利要求1～5任一项所述的含镉废水处理系统，其特征在于：
所述脱镉吸附塔的进液方式为自下而上，所述吸附塔底部设有止回阀，顶部设有加料口和排气口，且所述脱镉吸附塔承托层底部侧壁处设有卸料口；
所述承托层包括鹅卵石、浮石、硅胶颗粒和塑料微球中的一种或多种，且所述承托层填料从下至上颗粒由大至小排布；所述脱镉吸附剂为球形，且直径为5～30mm。
7.根据权利要求6所述的含镉废水处理系统，其特征在于：
所述脱镉吸附剂的原料组分按重量份计，包括：活性组分40～95重量份、黏结剂1～40重量份和胶黏剂1～30重量份；其中，所述活性组分包括菱镁矿粉、方解石粉、白云石粉、碱石灰粉、硫化钠、硫化钙和硫酸铁中的一种或多种；所述黏结剂包括粘土、膨润土、高岭土、棒棒土、羊肚土和水泥中一种或多种；所述胶黏剂包括果胶、硅胶、树胶、田菁胶和植物胶中一种或多种。
8.根据权利要求7所述的含镉废水处理系统，其特征在于：
所述脱镉吸附剂的制备方法包括以下步骤：
S101：将活性组分和黏结剂搅拌均匀，制成混合物；S102：将所述混合物于糖衣机中滚动成型，期间加入胶黏剂；S103：将所述S102得到的产物进行干燥，之后高温焙烧，得到所述脱镉吸附剂；其中，所述干燥的温度为70～150℃，干燥的时间为1～24h；所述高温焙烧于马弗炉中进行，且高温焙烧的温度为500～900℃，焙烧时间为1～10h。
9.一种含镉废水处理方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的处理系统，包括以下步骤：
含重金属镉的原水依次经过第一pH调节池、中间水池、吸附装置和第二pH调节池，所述第一pH调节池对原水的pH值进行调节，所述中间水池用于对原水进行沉降，上清液经原水泵进入所述吸附装置，之后将经吸附处理后的废水进入所述第二pH调节池，加酸调pH值至中性后达标排放。
10.根据权利要求9所述的含镉废水处理方法，其特征在于：
所述处理后的可排放废水中的镉含量低于0.1mg/L。
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