CN108821481A - 一种含铬废水处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含铬废水处理系统及处理方法，其特征在于，所述处理系统包括反应池、陶瓷膜滤池以及清水池，所述反应池与所述陶瓷膜滤池之间连接设置有进水泵和进水总管，所述陶瓷膜滤池内具有多个平行间隔设置的平板陶瓷膜，所述平板陶瓷膜具有多个沿长度方向贯通设置的出水孔，所述出水孔的一端封闭，另一端连接有集水支管；所述陶瓷膜滤池与所述清水池之间连接有出水总管，所述集水支管均连接至所述出水总管；所述出水总管上设置有抽吸泵。本发明系统具有占地面积小，工艺流程短，操作管理方便，结构稳定，使用寿命长等优点，本发明方法具有对水质变化的响应速度快，除铬效果好，有利于降低处理成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，特别的涉及一种含铬废水处理系统及处理方法。
背景技术
铬及其化合物在工业上应用广泛，冶金、化工、矿物工程、电镀、制铬、颜料、制药、轻工纺织、铬盐及铬化物的生产等一系列行业，都会产生大量的含铬废水。其中，铬的化合物主要以三价(如Cr2O3)和六价(如CrO4 2-或Cr2O7 2-)的形式存在，而毒性则以六价铬最强，约为三价铬的一百倍。
目前对含铬废水的处理方法主要采用化学沉淀法，其工艺流程如图1所示，该方法采取连续反应工艺，先向第一pH调节池中加酸调节含铬废水原水的pH值至酸性；然后将废水流入还原池中，通过向还原池中投加还原剂将六价铬还原成三价铬；废水随后流入第二pH调节池，再向池中加碱将pH值调至碱性；废水再流入混凝池，通过向混凝池中加入聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）使氢氧化铬形成较大的、易于沉淀的絮体；然后在缓慢的水流条件下进入斜管沉淀池，利用重力作用沉淀铬的氢氧化物，上清液则流入砂滤罐，经过石英砂进一步过滤后排放。可见，现有的含铬废水处理化学沉淀法主要有以下不足：采用连续式反应，废水在不同的处理单元发生化学或物理的反应，但由于反应的连续性，很难让各个处理单元都在最佳工况下运行，特别是当进水水质发生波动时，水质的变化很难迅速通过改变反应参数迅速响应，从而使处理效果发生波动，甚至造成处理不达标；主要利用化学方法形成沉淀物进行物理沉降性受反应条件、水质变化影响大，有时甚至发生不沉淀或沉淀困难的现象，含铬化合物随废水外排，造成排放超标；使用斜管沉淀池进行沉淀，斜管上易结垢，长时间运行后造成斜管垮塌、破损；为保障铬的氢氧化物的沉降性，降低排放超标风险，往往过量加药，从而产生大量的重金属污泥沉淀，危废处置成本高；工艺流程长，占地面积大，操作管理较为复杂。对于产生含铬废水的电镀等企业，由于缺乏专业技术人员，因人为失误造成处理不达标的现象较为频繁。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种占地面积小，工艺流程短，操作管理方便，结构稳定，使用寿命长的含铬废水处理系统，以及一种对水质变化的响应速度快，除铬效果好，有利于降低处理成本的含铬废水的处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种含铬废水处理系统，其特征在于，包括反应池、陶瓷膜滤池以及清水池，所述反应池与所述陶瓷膜滤池之间连接设置有进水泵和进水总管，所述陶瓷膜滤池内具有多个平行间隔设置的平板陶瓷膜，所述平板陶瓷膜具有多个沿长度方向贯通设置的出水孔，所述出水孔的一端封闭，另一端连接有集水支管；所述陶瓷膜滤池与所述清水池之间连接有出水总管，所述集水支管均连接至所述出水总管；所述出水总管上设置有抽吸泵。
采用上述结构，可以将待处理废水放入反应池内，在反应池内完成废水的预处理，形成金属氢氧化物微小颗粒，然后通过进水泵泵入到陶瓷膜滤池内，通过抽吸泵抽吸，使平板陶瓷膜的出水孔内形成负压，预处理后的废水经过平板陶瓷膜的过滤进入到出水孔内，废水中的微小颗粒被阻隔留置在陶瓷膜滤池内，过滤后的清水送入清水池内储存，完成含铬废水的处理。上述结构只需要反应池、陶瓷膜滤池和清水池，占地面积小，工艺流程短，操作管理方便。另外，采用平板陶瓷膜进行过滤，无需将待处理的重金属物质处理成易于沉降的大颗粒，降低了预处理的难度，提高预处理效率。而且平板陶瓷膜的结构稳定，使用寿命长，重复利用率较高。
进一步的，还包括与所述抽吸泵并联设置的反冲洗泵，所述反冲洗泵通过反冲洗管分别连接至所述出水总管和所述清水池，所述反冲洗泵的出水方向朝向所述集水支管；所述抽吸泵和反冲洗泵朝向所述集水支管的一侧各设置有一个电磁阀。
这样，可以利用反冲洗泵抽取清水池内的清水对平板陶瓷膜进行反冲洗，使附着在平板陶瓷膜表面的沉淀物脱落，避免平板陶瓷膜的滤孔被堵塞，影响过滤效果和过滤效率，延长平板陶瓷膜的使用寿命。通过电磁阀可以控制抽吸泵或反冲洗泵所在支路的通断，防止串流。
进一步的，所述陶瓷膜滤池内还设置有用于冲刷所述平板陶瓷膜表面的冲刷装置。
这样，利用冲洗装置对平板陶瓷膜的表面进行冲刷，可以防止氢氧化铬微小颗粒物在平板陶瓷膜的表面沉积，有利于延长平板陶瓷膜的使用寿命。
进一步的，所述冲刷装置包括呈矩阵布置在所述平板陶瓷膜下方的曝气头，以及连接在所述曝气头上的气泵。
这样，可以在抽吸过滤的同时进行曝气，使得氢氧化铬微小颗粒物在曝气气体的冲刷作用下，无法附着在平板陶瓷膜的表面，避免平板陶瓷膜的滤孔堵塞，有利于提高平板陶瓷膜的使用寿命。
进一步的，所述冲刷装置包括设置在相邻两个所述平板陶瓷膜之间的气洗支管，所述气洗支管上设置有多个朝向所述平板陶瓷膜设置的吹气孔，所述气洗支管通过气洗总管连接至压缩机。
这样，利用压缩机的高压空气，通过设置在相邻两个平板陶瓷膜之间的气洗支管对平板陶瓷膜表面进行高压冲洗，可以将部分沉积在平板陶瓷膜表面的氢氧化铬微小颗粒物冲洗掉，无需将平板陶瓷膜拆卸后冲洗组装，延长了平板陶瓷膜的维护周期，提高了使用寿命。
所述气洗支管沿所述平板陶瓷膜的长度方向设置，并沿所述平板陶瓷膜的宽度方向均布有多个；这样，可以使高压气体冲洗覆盖到平板陶瓷膜的整个表面，提高平板陶瓷膜的使用寿命。每个所述气洗支管上的吹气孔沿长度方向均布有多组，且每组所述吹气孔包括四个沿所述气洗支管的周向均布设置的吹气孔；这样，可以充分利用平板陶瓷膜之间的间隙，利用一根气洗支管就能够同时对两侧的平板陶瓷膜表面进行冲洗。每个所述吹气孔的朝向与所述平板陶瓷膜的夹角均为45度；这样，使得吹气方向沿45度角吹向平板陶瓷膜，使得气体能够在陶瓷膜表面形成切向的作用力，对剥落陶瓷膜表面沉积的氢氧化铬微小颗粒物冲洗效果更好。相邻两个所述气洗支管上的所述吹气孔沿所述气洗支管的长度方向错位设置；这样，可以防止相邻两个气洗支管上的吹气孔的气流相互干扰，便于缩短相邻两个气洗支管的间距，使气洗支管上的吹气孔能够吹到相邻气洗支管所正对的区域的平板陶瓷膜表面，冲洗效果更佳。进一步，所述平板陶瓷膜表面还具有沿所述气洗支管长度方向设置的弧形凹槽，所述弧形凹槽与所述气洗支管一一正对设置。这样，在平板陶瓷膜表面设置弧形凹槽，可以增大平板陶瓷膜的表面积，使得过滤面积更大。吹气孔的气体冲刷到弧形凹槽内后，能够沿弧形凹槽形成旋流，搅动平板陶瓷膜表面的液体，有效防止冲掉的氢氧化铬微小颗粒物再次沉积。
进一步的，所述出水总管上还设置有流量计。
这样，可以对出水通量进行控制，使系统运行在最佳状态。
进一步的，所述出水总管上还设置有压力表。
一种含铬废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）废水的预处理：
将含铬的废水导入预反应池内，持续搅拌，并投加稀硫酸，调节pH至2~3，稳定后再投加焦亚硫酸钠，使其氧化还原电位控制在250mV以下，反应完成后，加碱使pH升至8~9；
2）废水的深处理：
将步骤1）预处理的废水导入陶瓷膜滤池，通过抽吸泵抽吸，使含铬的废水在负压作用下通过平板陶瓷膜表面的微孔进入陶瓷膜内腔的出水孔，过滤后的净水通过出水总管导入清水池，污物截留在陶瓷膜滤池中；所述平板陶瓷膜浸没在废水中。
进一步的，所述步骤1）中还包括投加混凝剂，所述混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、明矾、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合硫酸铁中的一种或多种，投加比率为10~20mg/l。
进一步的，所述步骤2）中的所述平板陶瓷膜采用微孔孔径为0.5~1.0μm的纳米复合材料制成，所述纳米复合材料由Al2O3、ZrO2和TiO2纳米微粒在1600˚C高温下合成。
综上所述，本发明系统具有占地面积小，工艺流程短，操作管理方便，结构稳定，使用寿命长等优点，本发明方法具有对水质变化的响应速度快，除铬效果好，有利于降低处理成本等优点。
附图说明
图1为现有含铬废水处理工艺流程图。
图2为本申请的含铬废水处理系统的结构示意图。
图3为图2中冲刷装置的气洗总管和气洗支管的结构示意图。
图4为气洗支管与平板陶瓷膜的位置关系结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：如图2～图4所示，一种含铬废水处理系统，包括反应池、陶瓷膜滤池2以及清水池8，所述反应池与所述陶瓷膜滤池2之间连接设置有进水泵和进水总管，所述陶瓷膜滤池2内具有多个平行间隔设置的平板陶瓷膜3，所述平板陶瓷膜3具有多个沿长度方向贯通设置的出水孔，所述出水孔的一端封闭，另一端连接有集水支管4；所述陶瓷膜滤池2与所述清水池8之间连接有出水总管5，所述集水支管4均连接至所述出水总管5；所述出水总管5上设置有抽吸泵6。
采用上述结构，可以将待处理废水放入反应池内，在反应池内完成废水的预处理，形成金属氢氧化物微小颗粒，然后通过进水泵泵入到陶瓷膜滤池内，通过抽吸泵抽吸，使平板陶瓷膜的出水孔内形成负压，预处理后的废水经过平板陶瓷膜的过滤进入到出水孔内，废水中的微小颗粒被阻隔留置在陶瓷膜滤池内，过滤后的清水送入清水池内储存，完成含铬废水的处理。上述结构只需要反应池、陶瓷膜滤池和清水池，占地面积小，工艺流程短，操作管理方便。另外，采用平板陶瓷膜进行过滤，无需将待处理的重金属物质处理成易于沉降的大颗粒，降低了预处理的难度，提高预处理效率。而且平板陶瓷膜的结构稳定，使用寿命长，重复利用率较高。
实施时，还包括与所述抽吸泵6并联设置的反冲洗泵7，所述反冲洗泵7通过反冲洗管分别连接至所述出水总管5和所述清水池8，所述反冲洗泵7的出水方向朝向所述集水支管4；所述抽吸泵6和反冲洗泵7朝向所述集水支管4的一侧各设置有一个电磁阀。
这样，可以利用反冲洗泵抽取清水池内的清水对平板陶瓷膜进行反冲洗，使附着在平板陶瓷膜表面的沉淀物脱落，避免平板陶瓷膜的滤孔被堵塞，影响过滤效果和过滤效率，延长平板陶瓷膜的使用寿命。通过电磁阀可以控制抽吸泵或反冲洗泵所在支路的通断，防止串流。
实施时，所述陶瓷膜滤池2内还设置有用于冲刷所述平板陶瓷膜3表面的冲刷装置10。
这样，利用冲洗装置对平板陶瓷膜的表面进行冲刷，可以防止氢氧化铬微小颗粒物在平板陶瓷膜的表面沉积，有利于延长平板陶瓷膜的使用寿命。
实施时，所述冲刷装置10包括呈矩阵布置在所述平板陶瓷膜3下方的曝气头，以及连接在所述曝气头上的气泵。
这样，可以在抽吸过滤的同时进行曝气，使得氢氧化铬微小颗粒物在曝气气体的冲刷作用下，无法附着在平板陶瓷膜的表面，避免平板陶瓷膜的滤孔堵塞，有利于提高平板陶瓷膜的使用寿命。
实施时，所述冲刷装置10包括设置在相邻两个所述平板陶瓷膜3之间的气洗支管11，所述气洗支管11上设置有多个朝向所述平板陶瓷膜3设置的吹气孔12，所述气洗支管11通过气洗总管13连接至压缩机。
这样，利用压缩机的高压空气，通过设置在相邻两个平板陶瓷膜之间的气洗支管对平板陶瓷膜表面进行高压冲洗，可以将部分沉积在平板陶瓷膜表面的氢氧化铬微小颗粒物冲洗掉，无需将平板陶瓷膜拆卸后冲洗组装，延长了平板陶瓷膜的维护周期，提高了使用寿命。
所述气洗支管沿所述平板陶瓷膜3的长度方向设置，并沿所述平板陶瓷膜3的宽度方向均布有多个；这样，可以使高压气体冲洗覆盖到平板陶瓷膜的整个表面，提高平板陶瓷膜的使用寿命。每个所述气洗支管上的吹气孔沿长度方向均布有多组，且每组所述吹气孔包括四个沿所述气洗支管的周向均布设置的吹气孔；这样，可以充分利用平板陶瓷膜之间的间隙，利用一根气洗支管就能够同时对两侧的平板陶瓷膜表面进行冲洗。每个所述吹气孔的朝向与所述平板陶瓷膜3的夹角均为45度；这样，使得吹气方向沿45度角吹向平板陶瓷膜，使得气体能够在陶瓷膜表面形成切向的作用力，对剥落陶瓷膜表面沉积的氢氧化铬微小颗粒物冲洗效果更好。相邻两个所述气洗支管上的所述吹气孔沿所述气洗支管的长度方向错位设置；这样，可以防止相邻两个气洗支管上的吹气孔的气流相互干扰，便于缩短相邻两个气洗支管的间距，使气洗支管上的吹气孔能够吹到相邻气洗支管所正对的区域的平板陶瓷膜表面，冲洗效果更佳。进一步，所述平板陶瓷膜表面还具有沿所述气洗支管长度方向设置的弧形凹槽，所述弧形凹槽与所述气洗支管一一正对设置。这样，在平板陶瓷膜表面设置弧形凹槽，可以增大平板陶瓷膜的表面积，使得过滤面积更大。吹气孔的气体冲刷到弧形凹槽内后，能够沿弧形凹槽形成旋流，搅动平板陶瓷膜表面的液体，有效防止冲掉的氢氧化铬微小颗粒物再次沉积。
实施时，所述出水总管5上还设置有流量计。
这样，可以对出水通量进行控制，使系统运行在最佳状态。
实施时，所述出水总管5上还设置有压力表。
所述平板陶瓷膜采用微孔孔径为0.5~1.0μm的纳米复合材料制成，所述纳米复合材料由Al2O3、ZrO2和TiO2纳米微粒在1600˚C高温下合成。
所述清水池8内还具有用隔板分隔形成的溢流池9，所述隔板的高度低于所述清水池的深度；所述出水总管5的出水口连接至所述溢流池9。
这样，可以使过滤后的清水在溢流池进一步沉淀，并使得上层的清水流入清水池中，有利于进一步提高处理的效果。
具体处理时，采用如下步骤：
先将废水流入反应池内，并向反应池中投加稀硫酸，调节pH值至2~3之间，稳定后再投加焦亚硫酸钠，使其氧化还原电位控制在250mV以下，同时控制反应时间不低于30min；反应完成后，向其中投加NaOH使pH值升至8~9之间，稳定后即完成预反应。还可以向反应池中继续投加微量聚合氯化铝（PAC）溶液，投加比率为10~20mg/l，以促进金属氢氧化物微小颗粒的形成。预反应池中设置搅拌浆叶，确保反应进行完全。整个预反应时间为1~1.5h。
再将废水泵入陶瓷膜滤池，启动抽吸泵进行抽吸，控制抽吸泵的工作压力小于30kPa，出水通量为40~60L/（m2∙h），防止平面陶瓷膜快速堵塞；废水在陶瓷膜滤池中的抽吸时间为1.5~2.0h。
在抽吸过程中通过气泵连续曝气冲刷平板陶瓷膜的表面以防止氢氧化铬颗微小粒物在平板陶瓷膜的表面沉积，所述气泵可以为风机或空气压缩机。控制曝气体积流量每小时处理水量的10~15倍。例如，1h处理10m3废水，则处理期间的曝气量应为100~150m3。
同时，抽吸过程中，每间隔5分钟，停止抽吸1分钟，并利用压缩机向气洗总管泵入高压空气，通过气洗支管上的吹气孔朝向平板陶瓷膜表面喷出，在平板陶瓷膜表面产生吹扫效应，将积聚在平板陶瓷膜表面的的沉积物吹脱。压缩空气设计吹脱压力为1Mpa。
过滤后的出水进入清水池中，定期从清水池中抽取清水对平板陶瓷膜进行反冲以恢复膜通量，反冲洗周期为2h，反冲洗强度为80~100L/（m2∙h），反冲洗时间≤5min。
每个过滤处理周期结束后，排放含铬污泥，排放周期视反应产生的污泥量确定，最大一般不超过24h。
与传统处理工艺相比，上述处理工艺具有如下优点：
1、解决连续反应带来的模糊运行（各处理单元难以都达到最佳工况）缺陷，精准控制每一环节的反应参数，实现最优条件运行，确保反应的效率和效果。
2、采用其他方式将含铬氢氧化物从系统中分离，避免化学沉淀效果不稳定的现象。
3、减少含铬氢氧化物污泥的产量（同样进水条件下，产生的重金属污泥仅有传统沉淀法的1/3~1/2），降低危废处置成本。并且，当废水中的总铬浓度≥1000mg/l时，由于污泥中不含混凝药剂，有较高的纯度，具有重金属回收的经济性。
4、简化处理环节，使系统更易于操作管理；解决金属氢氧化物在斜管上积累造成垮塌的的问题，降低系统维护的复杂程度和成本。
5、确保废水处理后稳定达标排放（出水总铬浓度可在0.1mg/l以下，远低于国家标准的1.0mg/l）。
同时，与一些采用平板陶瓷膜处理重金属废水的工艺相比，本发明采用的双重膜污染控制措施能够有效清除膜表面附着的污染物，维持膜通量。沿膜片表面布设的脉冲气管产生的高强度压缩空气将沉积在膜表面的较为厚重的污染物冲散或剥离膜表面，反冲洗水又进一步将残余沉积物冲掉。并且采用较强的反冲洗强度，清洗更为彻底。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含铬废水处理系统，其特征在于，包括反应池、陶瓷膜滤池（2）以及清水池（8），所述反应池与所述陶瓷膜滤池（2）之间连接设置有进水泵和进水总管，所述陶瓷膜滤池（2）内具有多个平行间隔设置的平板陶瓷膜（3），所述平板陶瓷膜（3）具有多个沿长度方向贯通设置的出水孔，所述出水孔的一端封闭，另一端连接有集水支管（4）；所述陶瓷膜滤池（2）与所述清水池（8）之间连接有出水总管（5），所述集水支管（4）均连接至所述出水总管（5）；所述出水总管（5）上设置有抽吸泵（6）。
2.如权利要求1所述的含铬废水处理系统，其特征在于，还包括与所述抽吸泵（6）并联设置的反冲洗泵（7），所述反冲洗泵（7）通过反冲洗管分别连接至所述出水总管（5）和所述清水池（8），所述反冲洗泵（7）的出水方向朝向所述集水支管（4）；所述抽吸泵（6）和反冲洗泵（7）朝向所述集水支管（4）的一侧各设置有一个电磁阀。
3.如权利要求1所述的含铬废水处理系统，其特征在于，所述陶瓷膜滤池（2）内还设置有用于冲刷所述平板陶瓷膜（3）表面的冲刷装置（10）。
4.如权利要求3所述的含铬废水处理系统，其特征在于，所述冲刷装置（10）包括呈矩阵布置在所述平板陶瓷膜（3）下方的曝气头，以及连接在所述曝气头上的气泵。
5.如权利要求3所述的含铬废水处理系统，其特征在于，所述冲刷装置（10）包括设置在相邻两个所述平板陶瓷膜（3）之间的气洗支管，所述气洗支管上设置有多个朝向所述平板陶瓷膜（3）设置的吹气孔，所述气洗支管通过气洗总管连接至压缩机。
6.如权利要求1所述的含铬废水处理系统，其特征在于，所述出水总管（5）上还设置有流量计。
7.如权利要求1所述的含铬废水处理系统，其特征在于，所述出水总管（5）上还设置有压力表。
8.一种含铬废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）废水的预处理：
将含铬的废水导入预反应池内，持续搅拌，并投加稀硫酸，调节pH至2~3，稳定后再投加焦亚硫酸钠，使其氧化还原电位控制在250mV以下，反应完成后，加碱使pH升至8~9；
2）废水的深处理：
将步骤1）预处理的废水导入陶瓷膜滤池，通过抽吸泵抽吸，使含铬的废水在负压作用下通过平板陶瓷膜表面的微孔进入陶瓷膜内腔的出水孔，过滤后的净水通过出水总管导入清水池，污物截留在陶瓷膜滤池中；所述平板陶瓷膜浸没在废水中。
9.如权利要求8所述的含铬废水处理方法，其特征在于，所述步骤1）中还包括投加混凝剂，所述混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、明矾、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合硫酸铁中的一种或多种，投加比率为10~20mg/l。
10.如权利要求8所述的含铬废水处理方法，其特征在于，所述步骤2）中的所述平板陶瓷膜采用微孔孔径为0.5~1.0μm的纳米复合材料制成，所述纳米复合材料由Al2O3、ZrO2和TiO2纳米微粒在1600˚C高温下合成。
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