CN109502878B - 一种电镀废水处理系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电镀废水处理系统，包括收集池、电絮凝处理单元、芬顿流化床、调节池、MBR处理单元、中间池、微滤膜处理单元、纳滤膜处理单元、反渗透处理单元、膜蒸馏处理单元和MVR处理单元，本发明电镀废水处理系统以电絮凝处理单元代替传统的药物絮凝或初沉池，减少了药剂投加和污泥排出，降低了污泥外运支出，节省了生产成本，同时提高了生产效率；2）本发明电镀废水处理系统获得NaCl结晶盐，其纯度达到工业用盐标准，可以循环再利用；3）本发明电镀废水处理系统运行稳定，故障率低，减少了膜的更换次数。

Description

一种电镀废水处理系统及其处理方法

技术领域

本发明涉及电镀废水处理技术领域，尤其涉及一种电镀废水处理系统及采用该系统的处理方法。

背景技术

电镀废水是一种成分复杂、毒性较大的工业废水，是重金属污染的主要污染源之一，电镀废水中的有机污染问题也比较严重。电镀废水中的有机污染源主要有3个方面：电镀前处理工艺部分、电镀工艺部分、电镀后处理工艺部分。电镀前处理产生的废水为电镀镀件在清洗槽中清洗后产生的废水。

电镀前处理产生废水中的CODcr与电镀企业的产品类型及工艺路线有很大关系。工件在电镀前必须进行表面修饰，如抛光、滚花、压花等，然后再进行除蜡、除油、酸洗活化等工序，为后续的电镀工序提供一个清洁的表面。电镀厂采用乳化除蜡、除油工艺，导致产生的废水中含有大量的非离子表面活性剂、阴离子型表面活性剂及其它助剂，这部分废液没有任何的回收价值，故所有电镀企业都将其直接排入污水处理系统。

目前国内处理上述废水的工艺流程如图1所示。电镀前处理产生的废水首先进入初沉池，沉淀其中的悬浮物、重金属和大颗粒，初沉池产生的污泥进入污泥脱水机，初沉池中的上清液进入生化系统，将有机物转化为无机物，降低COD含量，经过生化系统处理后的废水进入二沉池，生化系统中的小颗粒悬浮物在重力作用下聚沉，聚沉后的上清液进入氧化系统，进行氧化处理，进一步降低COD含量，氧化系统处理后的废水进入砂碳滤，进行过滤处理，过滤后的滤液进行多效蒸发，浓缩后进入离心机获得结晶盐。上述的废水处理工艺存在较多问题：1）初沉池仅能沉淀部分悬浮物、重金属和大部分的大颗粒，但对生物活性有较大影响的重金属还有大量残余，这部分重金属严重影响着多效蒸发系统的寿命及处理效果；2）生化系统出水悬浮物含量高，在二沉池系统无法完全除去，会加大氧化系统药剂投加量和氧化效果；3）氧化系统出水中悬浮物含量和氧化性物质较高，对活性炭影响大，砂碳滤系统冲洗水量也增加；4）砂碳滤系统出水悬浮物和硬度较高，对多效蒸发系统负荷大，多效系统易结垢，清洗维护工作量大，运行成本高；5）多效蒸发系统的结晶盐浓度无法保证，离心出盐效果差，结晶盐中重金属含量高，委外成本大。

发明内容

为了解决现有技术中电镀前废水处理成本高、处理不彻底、无法实现资源化的问题，本发明的目的是提供一种电镀废水处理系统及采用该系统的处理方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明的第一方面，提供一种电镀废水处理系统，其特征在于，包括收集池、电絮凝处理单元、芬顿流化床、调节池、MBR处理单元、中间池、微滤膜处理单元、纳滤膜处理单元、反渗透处理单元、膜蒸馏处理单元和MVR处理单元，

所述收集池的出水口连接电絮凝处理单元的进水口，所述电絮凝处理单元用于沉降收集池中的悬浮物和重金属；

所述电絮凝处理单元的出水口连接芬顿流化床的进水口，所述芬顿流化床用于对废水进行初级氧化处理；

所述芬顿流化床的出水口连接调节池的进水口，所述调节池用于调节废水的pH值为4-7；

所述调节池的出水口连接MBR处理单元的进水口，所述MBR处理单元对废水进行生物氧化处理，降解废水中的有机物，并将降解后的废水进行固液分离；

所述MBR处理单元的出水口连接中间池的进水口，所述中间池装有强碱，所述中间池用于除去Ca²⁺、Mg²⁺，降低废水硬度；

所述中间池的出水口连接微滤膜处理单元的进水口，用于将中间池处理后的废水进行微滤处理；

所述微滤膜处理单元的出水口连接纳滤膜处理单元的进水口，用于将微滤膜处理单元处理后的废水进行纳滤处理，得到富盐酸盐水；

所述纳滤膜处理单元的出水口连接反渗透处理单元的进水口，用于将富盐酸盐水进行反渗透处理，得到第一富氯浓水和第一淡水；

所述反渗透处理单元的出水口连接膜蒸馏处理单元的进水口，用于将第一富氯浓水进行膜蒸馏处理，得到第二富氯浓水和第二淡水；

所述膜蒸馏处理单元的出水口连接MVR处理单元的进水口，用于将第二富氯浓水进行MVR蒸发处理，得到第三富氯浓水和第三淡水；

所述MVR处理单元的出水口连接离心机，用于对第三富氯浓水进行离心处理，得到氯化钠。

其中，所述电絮凝处理单元包括反应池，反应池一侧底部设有进水口，反应池另一侧上部设有出水口，底部设有排污口，反应池内部设有阳极极板与阴极极板，阳极极板与阴极极板均为铝电极板，阳极极板与阴极极板通过导线分别连接至电源正极与电源负极，阳极极板与阴极极板之间设有电导率仪，电导率仪通过导线连接第一控制装置。

其中，所述第一控制装置包括处理器、电桥、运算放大器及换向器，所述处理器通过导线或者通过换向器连接电桥，所述电桥连接运算放大器，所述处理器连接电导率仪，所述运算放大器连接电源正极，所述处理器连接电源负极。

其中，所述电絮凝处理单元、MBR处理单元及微滤处理单元分别连接污泥脱水机。

其中，所述污泥脱水机处理后的清液进入电絮凝处理单元。

其中，所述中间池中的强碱为NaOH和Na₂CO₃的混合物。

本发明的第二方面，提供采用上述处理系统进行废水处理方法，包括如下步骤：

S1，将收集池中的废水通入电絮凝处理单元，对废水进行电絮凝处理，除去悬浮物和重金属离子；

S2，将S1处理后的废水通入芬顿流化床，对废水进行初步氧化，降低COD含量；

S3，将S2处理后的废水通入调节池，调节废水的pH值；

S4，将S3处理后的废水进行生化氧化处理，并将生化氧化处理后的废水进行固液分离；

S5，将S4处理后的废水通入中间池，除去Ca²⁺、Mg²⁺，降低废水硬度；

S6，将S5处理后的废水进行微滤处理；

S7，将S6处理后的废水进行纳滤处理，得到富盐酸盐水；

S8，将富盐酸盐水进行反渗透处理，得到第一富氯浓水和第一淡水；

S9，将第一富氯浓水进行膜蒸馏处理，得到第二富氯浓水和第二淡水；

S10，将第二富氯浓水进行MVR蒸发处理，得到第三富氯浓水和第三淡水；

S11，将第三富氯浓水进行离心处理，得到氯化钠。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果如下：

1）本发明电镀废水处理系统以电絮凝处理单元代替传统的药物絮凝或初沉池，减少了药剂投加和污泥排出，降低了污泥外运支出，节省了生产成本，同时提高了生产效率；

2）本发明电镀废水处理系统获得NaCl结晶盐，其纯度达到工业用盐标准，可以循环再利用；

3）本发明电镀废水处理系统运行稳定，故障率低，减少了膜的更换次数；

4）本发明电镀废水处理系统获得的第一淡水、第二淡水和第三淡水的COD为2-4mg/L，悬浮物为0，电导率为3-10 us/cm，达到工业用水的标准，实现循环再利用。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：

图1是传统电镀废水处理系统的结构示意图；

图2是本发明电镀废水处理系统的结构示意图；

图3是本发明电镀废水处理系统中电絮凝处理单元的结构示意图；

图4是本发明电镀废水处理系统中电絮凝处理单元的第一控制装置的工作流程图。

其中：收集池1，电絮凝处理单元2，芬顿流化床3，微滤膜处理单元4，调节池5，MBR处理单元6，中间池7，反应池8，反渗透处理单元9，膜蒸馏处理单元10，MVR处理单元11，阳极极板12，阴极极板13，电源正极14，电源负极15，电导率仪16，第一控制装置17，处理器18，电桥19，运算放大器20，换向器21，纳滤膜处理单元22，离心机23。

具体实施方式

如图2，一种电镀废水处理系统包括收集池1、电絮凝处理单元2、芬顿流化床3、调节池5、MBR处理单元6、中间池7、微滤膜处理单元4、纳滤膜处理单元22、反渗透处理单元9、膜蒸馏处理单元10、MVR处理单元11。

收集池1中的污染物主要是重金属离子、非金属离子、悬浮物和有机物。

收集池1的出水口连接电絮凝处理单元2的进水口，电絮凝处理单元2用于沉降收集池1中的悬浮物和重金属；

如图3，电絮凝处理单元2包括反应池8，反应池8一侧底部设有进水口，反应池8另一侧上部设有出水口，底部设有排污口，反应池8内部设有阳极极板12与阴极极板13，阳极极板12与阴极极板13均为铝电极板，阳极极板12与阴极极板13通过导线分别连接至电源正极14与电源负极15，阳极极板12与阴极极板13之间设有电导率仪16，电导率仪16通过导线连接第一控制装置17。

如图4，第一控制装置17包括处理器18，处理器18连接电导率仪16，处理器18通过两种方式连接电桥19，一种方式为通过导线直接连接电桥19，另一种方式为通过换向器21连接电桥19，电桥19连接运算放大器20，处理器18将电阻率值转化为电阻值输送至电桥19，电桥19将电阻变化率转换成电压传送至运算放大器20进行运算，得到输出电压值，输出电压经电源正极14与电源负极15加压至阳极极板12与阴极极板13之间。

收集池1中的废水从反应池8底部的进水口进入反应池8的内部，电导率仪16测量出上清液的电导率值，并将电导率值信号传送至处理器18，处理器18记录电导率值，并将电导率值转化为电阻值传送至电桥19，经电桥19与运算放大器20计算后得到电源正极14与电源负极15之间的电压值，电源正极14与电源负极15之间的电压值随着上清液的电阻率变化而变化。

电絮凝处理单元2对悬浮物的吸附机理：阳极极板12经电源正极14电解后产生铝离子，阴极极板13处的水分子发生电解产生氢氧根离子，铝离子与氢氧根离子结合生成氢氧化铝絮状体，氢氧化铝具有很强的絮凝作用，能够吸附上清液中悬浮物，使絮状体的体积不断增加最终沉入反应池8，通过排污口排出，絮凝后产生的清水经出水口排出。

电絮凝处理单元3处理重金属的机理：阴极极板13处的水分子发生电解产生氢氧根离子，与水中重金属离子形成难溶的金属氢氧化物以及多种形态的络合物，该金属氢氧化物及多种形态的络合物构成胶核，结合反离子共同组成胶团，形成高分子羟基产物进一步吸附水中的重金属离子，吸附后的重金属离子在重力作用下沉降下来，从而起到除去Fe^{3 +}、Zn²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺、Hg²⁺等重金属离子。

根据上清液电导率值的大小，可以设定电极换向电导率值，随着电解时间的增加，上清液的电导率不断上升，当上升至电极换向电导率值时，处理器与换向之间导通，电源正极14与电源负极15互换，吸附在阳极极板12上的污染物在换极后会自动脱落，在电子絮凝作用下经排污口排出反应池8，保证了极板上不会存在污染物的富集，提高了极板的使用寿命。

电絮凝处理单元2的出水口连接芬顿流化床3的进水口，芬顿流化床3用于对废水进行初级氧化处理；本发明对芬顿流化床3的具体配置并无特别的限定，可以采用常规的芬顿流化床3。

芬顿流化床3的出水口连接调节池5的进水口，调节池5用于调节废水的pH值为4-7。

调节池5的出水口连接MBR处理单元6的进水口，本发明对MBR处理单元6的具体配置并无特别的限定，可以采用常规的固液分离型膜-生物反应器联用。调节池5出水口排出后的废水首先进入生物反应器，此处的生物反应器为生物接触氧化池，生物接触氧化池的填料采用立体弹性填料，池中溶解氧浓度为3-6mg/L，停留时间为18-24h。生物反应器处理后的废水进入固液分离膜。MBR处理单元6采用膜分离技术进行固液分离，替代以二沉池进行重力沉降的方式，大大提高了固液分离效率，减少MBR处理单元6出水中悬浮物含量过高，对中间池7的反应效率造成影响。

MBR处理单元6产水进入中间池7，向中间池7中投加NaOH和Na₂CO₃，除去Ca²⁺、Mg²⁺，降低废水硬度。

中间池7处理后的混合液进入微滤膜处理单元4，本发明对微滤膜处理单元4的具体配置并无特别的限定，可以采用常规的带有微滤膜的微滤装置，微滤膜的膜径为0.008-0.1μm，当膜径小于0.008μm时，拦截率接近90%，膜径介于0.008μm-0.1μm之间，拦截率接近80%，随着膜径继续增加，拦截率呈直线下降。膜径的大小与膜的生产成本及使用时的更换次数相关，膜径越小，生产成本越高，使用相同时间更换次数越多；膜径越大，生产成本越低，更换次数越少，综合考虑拦截率、生产成本及更换次数，将微滤膜处理单元4的膜径限定为0.008-0.1μm。

微滤装置处理后的浓缩液进入污泥脱水机进行脱水处理，处理后的清液重新进入电絮凝处理单元2，减少废水排出。

微滤膜处理单元4处理后的清液进入纳滤膜处理单元22，本发明对纳滤膜处理单元22的具体配置并无特别的限定，可以采用常规的带有纳滤膜的纳滤装置，优选采用对二价SO₄ ^2-截留率高且对一价Cl^-截留率较低的纳滤膜，避免结晶盐中SO₄ ^2-带来干扰。

本发明对纳滤膜处理单元22的进水压力进行了考察，发现当进水压力＜0.2MPa时，单位面积产水量为5-50L，此时工作效率低，无法满足生产实际需要；当进水压力＞0.2Mpa时，单位面积产水量增加，但是进水压力的增大，对设备的密封性及泵体的性能要求增加，故选择进水压力为0.2Mpa-1.6Mpa。

纳滤膜处理单元22处理后的清液进入反渗透处理单元9，进行一级浓缩。本发明详细考察了反渗透处理单元9的进水压力与膜通量的关系，发现当进水压力＜2Mpa时，膜通量＜10L/m²，通过单位面积上的流体量少，过滤效率低，过滤时间长，生产成本高；随着进水压力增加，膜通量增加，当进水压力为2.3mpa-3.0mpa时，膜通量接近25 L/m²，此时过滤速度快，大大减少了过滤时间。

一级浓缩后的浓缩液进入膜蒸馏处理单元10，进行二级浓缩。本发明对膜蒸馏处理单元10的具体配置并无特别的限定，可以采用常规的膜蒸馏设备。优选为膜层数为30-45层的膜蒸馏设备，当膜层数低于30层时，膜的截留率明显下降，产水电导率≥300us/cm，且稳定性差易出现渗漏情况；当膜层数大于45层时，膜通量下降明显，随着膜层数上升而出现递减趋势，膜的制作难度和成本上升；膜层数位于30-45层性价比高、稳定性好、膜通量大、截留率好。

二级浓缩液进入MVR处理单元11进行三级浓缩，经过反渗透处理单元9，膜蒸馏处理单元10，MVR处理单元11三级浓缩后产水的COD为2-4mg/L，悬浮物为0，电导率为3-10 us/cm，达到工业用水标准，可以循环再利用，经过三级浓缩后的浓缩液进入离心机23，离心，获得结晶盐，离心机23处理后的清液重新进入MVR处理单元11，继续浓缩。

以传统的废水处理工艺与本发明的处理工艺分别处理相同量的废水，废水中各参数如表1所示。

表1

项目	含量
		Cl<sup>-</sup>/（mg/L）	200-300
悬浮物/（mg/L）	200-500
		COD/（mg/L）	20000-50000
总氮/（mg/L）	100-150
		电导率/（us/cm）	100-180

上述两种方法处理后的结果如表2所示。

表2

	传统工艺	本发明方法
			加药量 kg/t	30-40	5-10
处理后Cl<sup>-</sup>浓度 mg/L	10-18	0.1-0.8
			处理后悬浮物浓度mg/L	50-70	0
处理后COD mg/L	500-1000	2-4
			总氮mg/L	60-80	5-8
电导率us/cm	50-80	3-10
			获得结晶盐的纯度	40%	≥92%

上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好地使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (6)

1.一种电镀废水处理系统，其特征在于，包括收集池(1)、电絮凝处理单元(2)、芬顿流化床(3)、调节池(5)、MBR处理单元(6)、中间池(7)、微滤膜处理单元(4)、纳滤膜处理单元(22)、反渗透处理单元(9)、膜蒸馏处理单元(10)和MVR处理单元(11)，

所述收集池(1)的出水口连接电絮凝处理单元(2)的进水口，所述电絮凝处理单元(2)用于沉降收集池(1)中的悬浮物和重金属；

所述电絮凝处理单元(2)的出水口连接芬顿流化床(3)的进水口，所述芬顿流化床(3)用于对废水进行初级氧化处理；

所述芬顿流化床(3)的出水口连接调节池(5)的进水口，所述调节池(5)用于调节废水的pH值为4-7；

所述调节池(5)的出水口连接MBR处理单元(6)的进水口，所述MBR处理单元(6)对废水进行生物氧化处理，降解废水中的有机物，并将降解后的废水进行固液分离；

所述MBR处理单元(6)的出水口连接中间池(7)的进水口，所述中间池(7)装有强碱，所述中间池(7)用于除去Ca²⁺、Mg²⁺，降低废水硬度；所述中间池(7)中的强碱为NaOH和Na₂CO₃的混合物；

所述中间池(7)的出水口连接微滤膜处理单元(4)的进水口，用于将中间池(7)处理后的废水进行微滤处理；

所述微滤膜处理单元(4)的出水口连接纳滤膜处理单元(22)的进水口，用于将微滤膜处理单元(4)处理后的废水进行纳滤处理，得到富盐酸盐水；

所述纳滤膜处理单元(22)的出水口连接反渗透处理单元(9)的进水口，用于将富盐酸盐水进行反渗透处理，得到第一富氯浓水和第一淡水；

所述反渗透处理单元(9)的出水口连接膜蒸馏处理单元(10)的进水口，用于将第一富氯浓水进行膜蒸馏处理，得到第二富氯浓水和第二淡水；

所述膜蒸馏处理单元(10)的出水口连接MVR处理单元(11)的进水口，用于将第二富氯浓水进行MVR蒸发处理，得到第三富氯浓水和第三淡水；

所述MVR处理单元(11)的出水口连接离心机(23)，用于对第三富氯浓水进行离心处理，得到氯化钠。

2.如权利要求1所述的电镀废水处理系统，其特征在于，所述电絮凝处理单元(2)包括反应池(8)，反应池(8)一侧底部设有进水口，反应池(8)另一侧上部设有出水口，底部设有排污口，反应池(8)内部设有阳极极板(12)与阴极极板(13)，阳极极板(12)与阴极极板(13)均为铝电极板，阳极极板(12)与阴极极板(13)通过导线分别连接至电源正极(14)与电源负极(15)，阳极极板(12)与阴极极板(13)之间设有电导率仪(16)，电导率仪(16)通过导线连接第一控制装置(17)。

3.如权利要求2所述的电镀废水处理系统，其特征在于，所述第一控制装置(17)包括处理器(18)、电桥(19)、运算放大器(20)及换向器(21)，所述处理器(18)通过导线或者通过换向器(21)连接电桥(19)，所述电桥(19)连接运算放大器(20)，所述处理器(18)连接电导率仪(16)，所述运算放大器(20)连接电源正极(14)，所述处理器(18)连接电源负极(15)。

4.如权利要求1所述的电镀废水处理系统，其特征在于，所述电絮凝处理单元(2)、MBR处理单元(6)及微滤膜处理单元(4)分别连接污泥脱水机。

5.如权利要求4所述的电镀废水处理系统，其特征在于，所述污泥脱水机处理后的清液进入电絮凝处理单元(2)。

6.一种电镀废水处理方法，采用权利要求1-5中任一项所述的处理系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将收集池(1)中的废水通入电絮凝处理单元(2)，对废水进行电絮凝处理，除去悬浮物和重金属离子；

S2，将S1处理后的废水通入芬顿流化床(3)，对废水进行初步氧化，降低COD含量；

S3，将S2处理后的废水通入调节池(5)，调节废水的pH值；

S4，将S3处理后的废水进行生化氧化处理，并将生化氧化处理后的废水进行固液分离；

S5，将S4处理后的废水通入中间池(7)，除去Ca²⁺、Mg²⁺，降低废水硬度；

S6，将S5处理后的废水进行微滤处理；

S7，将S6处理后的废水进行纳滤处理，得到富盐酸盐水；

S8，将富盐酸盐水进行反渗透处理，得到第一富氯浓水和第一淡水；

S9，将第一富氯浓水进行膜蒸馏处理，得到第二富氯浓水和第二淡水；

S10，将第二富氯浓水进行MVR蒸发处理，得到第三富氯浓水和第三淡水；

S11，将第三富氯浓水进行离心处理，得到氯化钠。

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