CN108640354B - 一种重金属离子分离膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属离子分离膜装置，包括通过输液管依次连接的第一过滤箱、第二过滤箱和检测箱，以及通过出液管与检测箱连接的废液收集箱，出液管上设置有第二阀门；第一过滤箱通过进液管与外界水源连接，进液管上设置有高压泵，第一过滤箱上设置有进料口，第一过滤箱内设置有超滤膜装置，第一过滤箱和第二过滤箱之间的输液管上设置有抽水泵；第二过滤箱内水平设置有纳滤膜装置；检测箱内设置有等离子体质谱仪，检测箱还通过输液管直接与进液管连接，检测箱与所述进液管之间的输液管上设置有第一阀门。与现有技术相比，本申请的有益效果是处理工艺流程简单，处理效果好，且能够将重金属收集二次利用。

Description

一种重金属离子分离膜装置

技术领域

本发明属于水处理设备技术领域，特别涉及一种重金属离子分离膜装置。

背景技术

进入21世纪以来，世界范围内的环境污染日益加重，现代工业在为人类社会发展提供丰富多彩的诸如染料、药物、化肥、布料及各种性能的材料的同时，也把我们赖以生存的地球弄的“灰头土脸”，特别是水污染情况尤其严重。众所周知，我们的地球70％是水，水是万物之源。由此，根治水污染迫在眉睫。重金属废水是对环境污染和对人类危害最大的工业废水之一，在环境中不易被代谢，且修复困难，对自然环境以及人们的日常生活造成非常严重的危害。

目前，重金属废水处理方法有溶剂萃取法、沉淀分离法、离子交换法等。目前溶剂萃取法是最广泛应用的方法之一，但是此技术受传质平衡的限制，分离设备体积庞大，萃取反萃取两个过程需要在不同反应器进行，成本高操作复杂，同时要使用有机溶剂，易对环境造成污染。沉淀分离法虽然简单，但不易再生利用或资源化。离子交换法受离子交换剂交换容量的限制。

膜分离法是20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼具分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已经广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已经成为当今分离科学中最重要的手段之一。膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同(或称为截留分子量)，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。

微滤膜的孔径大于0.1μm，主要以筛分作用对水中的颗粒物进行分离，在处理重金属离子时应当通过适当的预处理技术将重金属离子转换为粒径较大的沉淀物质，再进行清楚。

超滤膜技术一般在常温下就可操作，利用膜的不对称结构和选择透过性，需给出一定的压力，在压力的推动下对溶液进行分离。超滤具有无相变、室温操作、分离系数大、设备简单等特点。用超滤膜技术处理重金属废水时需要通过预处理来改变去除重金属离子的化学性质，再进一步操作。

聚合物有机物协同强化超滤技术(PEUF)是通过向废水中投加聚合有机物，使重金属离子形成络合物或胶团，以提高超滤膜对重金属离子的去除率的技术，PEUF对重金属的去除率最高可达99％以上，并且能实现对浓缩液中重金属的回收利用和有机物的重复利用。

纳滤膜技术是从反渗透技术中分离出来的，他能截留一些粒径为比较小的微小粒子，原理与低压反渗透技术类似。顾名思义，用纳滤膜技术可以去除污废水中纳米级颗粒污染物。纳滤膜大多是电荷膜，以溶解——扩散式为机理，它对溶质的分离过程由化学势梯度和电势梯度共同控制。纳滤膜内外都具有带电基团，所以表现出电荷效应和筛分效应两个特点。纳滤膜技术具有重金属离子价态越高截留率越高，对同种离子进行分离时受共离子影响。例如对阴离子截留率按下列顺序递增：NO₃ ^－，Cl^－，OH^－，SO₄ ^2－，CO₃ ^2－；对阳离子的截留率按下列顺序递增：H⁺，Na⁺，K⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Cu²⁺。同时离子价态相等时，膜对离子的截留率受到离子半径的影响：离子半径越小，膜对该离子的截留率越小；离子价数越大，膜对该离子的截留率越高。

反渗透以压力差为推动力(1MP～10MP)，对液体混合物进行选择性分离，是渗透的逆过程。其原理就是在膜的一侧施加一个超过渗透压的压力，使溶剂沿与自然渗透方向相反的方向进行渗透，从而使膜的高压处的溶液得到浓缩，在膜的低压处获得渗透液。用反渗透技术处理重金属废水，能将高压处的含重金属离子的浓缩成分回收二次利用，也可降低压处的渗透液成分直接进行排放，无需后期处理。反渗透技术虽然环保、处理效率高，操作简单，但是成本高，运行管理耗费大，膜易被污染，所以并不适合大规模的使用。

目前，重金属废水处理设备大多具有处理效果不好，处理成本高，工艺流程复杂和设备占地面积大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有现有的重金属废水处理设备存在的上述问题，提供一种重金属离子分离膜装置。这种装置能够工艺流程简单，处理效果好，且能够将重金属收集二次利用。

为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：一种重金属离子分离膜装置，包括通过输液管依次连接的第一过滤箱、第二过滤箱和检测箱，以及通过出液管与检测箱连接的废液收集箱，所述出液管上设置有第二阀门；

所述第一过滤箱通过进液管与外界水源连接，所述进液管上设置有高压泵，所述第一过滤箱上设置有进料口，所述第一过滤箱内设置有超滤膜装置，所述第一过滤箱和所述第二过滤箱之间的输液管上设置有抽水泵；

所述第二过滤箱内水平设置有纳滤膜装置；

所述检测箱内设置有等离子体质谱仪，所述检测箱还通过输液管直接与进液管连接，所述检测箱与所述进液管之间的输液管上设置有第一阀门。

进一步的，所述第一过滤箱上端铰接有第一过滤箱箱盖，所述第一过滤箱箱盖上开设有进料口，所述第一过滤箱内水平设置有第一承托板，所述第一承托板上放置有超滤膜装置，所述超滤膜装置将第一过滤箱的内腔分割成上腔室和下腔室，所述上腔室内设置有搅拌轴，所述搅拌轴延伸到第一过滤箱外与外界电动机连接。

进一步的，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片设置在第一过滤箱内。

进一步的，所述超滤膜装置包括超滤膜和口型结构的第一固定框架，所述超滤膜固定设置在第一固定框架内。

进一步的，所述第二过滤箱上端铰接有第二过滤箱箱盖，所述第二过滤箱内水平设置有第二承托板，所述第二承托板上放置有纳滤膜装置。

进一步的，所述纳滤膜装置包括纳滤膜和口型结构的第二固定框架，所述纳滤膜固定设置在第二固定框架内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

使用者采用PEUF技术首次除去废水中的重金属，这样不仅能够除去废水中的重金属，而且还能够实现重金属的回收利用。纳滤膜装置通过电荷效应和筛分效应进一步对废水中的重金属进行除去，确保废水中的重金属能够全部出去。另外本申请的装置工艺流程简单。

附图说明

图1是本发明的一种重金属离子分离膜装置的工艺流程图；

图2是本发明的一种重金属离子分离膜装置的第一过滤箱的结构示意图；

图3是本发明的一种重金属离子分离膜装置的第二过滤箱的结构示意图；

图4是本发明的一种重金属离子分离膜装置的超滤膜装置的结构示意图；

图中：1、第一过滤箱；2、第二过滤箱；3、检测箱；4、废液收集箱；5、进液管；6、高压泵；7、输液管；8、抽水泵；9、出液管；10、第一阀门；11、第二阀门；12、第一过滤箱箱盖；13、第二过滤箱箱盖；14、进料口；15、超滤膜装置；16、纳滤膜装置；17、第一承托板；18、搅拌轴；19、第二承托板。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明的具体实施方式是采用以下技术方案予以实现，一种重金属离子分离膜装置，包括通过输液管7依次连接的第一过滤箱1、第二过滤箱2和检测箱3，以及通过出液管9与检测箱3连接的废液收集箱4，出液管9上设置有第二阀门11。整个过滤过程如下：首先含有重金属的废水流入进液管5，然后经过设置在进液管5上的高压泵6加压后，废水流入第一过滤箱 1内，经过在第一过滤箱1内处理后，第一次产水经过输液管7流入第二过滤箱2内，因为第一次产水需要从第二过滤箱2的上端进入第二过滤箱，所以在第一过滤箱1和第二过滤箱2之间的输液管7上设置有抽水泵8，目的就是为了将第一次产水顺利的流入第二过滤箱2内。经过第二过滤箱2处理后的水，成为第二次产水，第二次产水经过输液管7流入检测箱3内，进行检测，如果合格第二次产水将从出液管9流入废液收集箱4内；如果经过检测箱3检测不合格，那么第二次产水将从输液管7流入进液管5内，重新进行过滤处理，直到检测的第二次产水的质量合格为止。

第一过滤箱1通过进液管5与外界水源连接，进液管5上设置有高压泵6，第一过滤箱1上设置有进料口14，第一过滤箱1内设置有超滤膜装置15，第一过滤箱1和所述第二过滤箱2之间的输液管7上设置有抽水泵8。其中进料口14用于向第一过滤箱1内投加聚合有机物，使重金属离子形成络合物或胶团，利用PEUF技术除去废水中的重金属离子。这样重金属离子和有机物均被留在超滤膜装置15上，水将经过超滤膜装置15流向第一过滤箱1的底部，最后经过输液管7，并通过抽水泵8流入第二过滤箱2内。被留在超滤膜装置15 上的重金属离子形成络合物或胶团能够被收集，其中的重金属能够被回收利用，有机物能够重复利用。

第二过滤箱2内水平设置有纳滤膜装置16。流入第二过滤箱2内的第一次产水首先要经过纳滤膜装置16，因为纳滤膜装置16独有的电荷效应和筛分效应，能够除去没有被超滤膜装置15除去的低价态的金属，这样就确保能够完全除去废水中的重金属。

检测箱3内设置有等离子体质谱仪，检测箱3还通过输液管7直接与进液管5连接，检测箱3与所述进液管5之间的输液管7设置有第一阀门10。等离子体质谱仪用于检测从第二过滤箱2流入到检测箱3内的第二次产水的水质，检测其中的重金属是否达标。如果达标，使用者打开第二阀门11，第二次产水将顺着出液管9流如废液收集箱4内；如果不达标，使用者打开第一阀门 10，第二次产水将顺着输液管7流入进液管5内，再进行处理。

作为本发明的一优选方案，如图2所示，第一过滤箱1上端铰接有第一过滤箱箱盖12，第一过滤箱箱盖12上开设有进料口14，第一过滤箱1内水平设置有第一承托板17，第一承托板17上放置有超滤膜装置15，如图4所示，超滤膜装置15包括超滤膜和口型结构的第一固定框架，超滤膜固定设置在第一固定框架内。当超滤膜装置15上的超滤膜被堵塞时，使用者打开第一过滤箱箱盖12，将超滤膜装置15从第一承托板17上取下，并替换上新的超滤膜装置 15即可。超滤膜装置15将第一过滤箱1的内腔分割成上腔室和下腔室，上腔室内设置有搅拌轴18，搅拌轴18延伸到第一过滤箱1外与外界电动机连接，搅拌轴18上设置有搅拌叶片，搅拌叶片设置在第一过滤箱1内。搅拌轴18是为了搅拌超滤膜装置15上的废水，确保废水能够与从进料口14投加的聚合有机物混合均匀。

作为本发明的另一优选方案，如图3所示，第二过滤箱2上端铰接有第二过滤箱箱盖13，第二过滤箱2内水平设置有第二承托板19，第二承托板19上放置有纳滤膜装置16。纳滤膜装置16包括纳滤膜和口型结构的第二固定框架，所述纳滤膜固定设置在第二固定框架内。在使用时，当纳滤膜装置16被堵塞时，使用者将纳滤膜装置16从第二承托板19上取下，并替换上新的纳滤膜装置16即可。

综上所述，本申请的重金属离子分离膜装置处理工艺流程简单，处理效果好，且能够将重金属收集二次利用。

以上公开的仅为本发明的较佳实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种重金属离子分离膜装置，其特征在于，包括通过输液管(7)依次连接的第一过滤箱(1)、第二过滤箱(2)和检测箱(3)，以及通过出液管(9)与检测箱(3)连接的废液收集箱(4)，所述出液管(9)上设置有第二阀门(11)；

所述第一过滤箱(1)通过进液管(5)与外界水源连接，所述进液管(5)上设置有高压泵(6)，所述第一过滤箱(1)上设置有进料口(14)，所述第一过滤箱(1)内设置有超滤膜装置(15)，所述第一过滤箱(1)和所述第二过滤箱(2)之间的输液管(7)上设置有抽水泵(8)；

所述第一过滤箱(1)上端铰接有第一过滤箱箱盖(12)，所述第一过滤箱箱盖(12)上开设有进料口(14)，所述第一过滤箱(1)内水平设置有第一承托板(17)，所述第一承托板(17)上放置有超滤膜装置(15)，所述超滤膜装置(15)将第一过滤箱(1)的内腔分割成上腔室和下腔室，所述上腔室内设置有搅拌轴(18)，所述搅拌轴(18)延伸到第一过滤箱(1)外与外界电动机连接；

所述第二过滤箱(2)内水平设置有纳滤膜装置(16)；

所述第二过滤箱(2)上端铰接有第二过滤箱箱盖(13)，所述第二过滤箱(2)内水平设置有第二承托板(19)，所述第二承托板(19)上放置有纳滤膜装置(16)；

所述检测箱(3)内设置有等离子体质谱仪，所述检测箱(3)还通过输液管(7)直接与进液管(5)连接，所述检测箱(3)与所述进液管(5)之间的输液管(7)上设置有第一阀门(10)。

2.如权利要求1所述的一种重金属离子分离膜装置，其特征在于，所述搅拌轴(18)上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片设置在第一过滤箱(1)内。

3.如权利要求1所述的一种重金属离子分离膜装置，其特征在于，所述超滤膜装置(15)包括超滤膜和口型结构的第一固定框架，所述超滤膜固定设置在第一固定框架内。

4.如权利要求1所述的一种重金属离子分离膜装置，其特征在于，所述纳滤膜装置(16)包括纳滤膜和口型结构的第二固定框架，所述纳滤膜固定设置在第二固定框架内。

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