CN111392959A - 一种重金属废水净化处理系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种重金属废水净化处理系统及其应用，属于废水净化处理技术领域。所述重金属废水净化处理系统包括依次连接的预处理单元和序贯处理单元；所述预处理单元用于调节废水的酸碱度和絮凝分离废水中的固形物；所述序贯处理单元用于清除废水中的重金属、有机物，以及放射性物质，使所处理水体的各项指标均达到排放标准和/或进行资源化利用。本发明提供的重金属废水净化处理系统，采用多重净化技术手段相结合，可高效去除废水中的有害重金属、有机固形物以及其它固态物质，且设备简单，操作方便，同时还设置了各单元和处理阶段的自动化运行和远程监控，在实际的重金属废水处理过程中，具有极大的推广应用价值。

Description

一种重金属废水净化处理系统及其应用

技术领域

本发明涉及重金属废水处理技术领域，具体涉及一种重金属废水净化处理系统及其应用。

背景技术

伴随着现代化工业的飞速发展，工业废水的排放量也急剧增加。其中，相当多的工业废水为含重金属的废水，即废水水体中重金属大量积累，重金属含量严重超标，水体污染程度极重，如直接排放会严重恶化周围生态环境，威胁人类和动植物的健康。另一方面，专门生产有色金属的企业，从采矿、选矿、冶炼到产品加工的整个生产过程中，都有重金属废水需要排放，废水中常常大量含有锑、铜、镍、铅、锌、砷、铬等重金属元素。此外，电镀、颜料、电子、仪表等行业，也会产生重金属废水，造成严重的重金属污染。重金属废水中的重金属离子进入环境后，可通过地下水循环和土壤迁移，造成人类饮用水和食物的污染，严重危害人类的生存环境和生命安全。当重金属被生物体吸附时，除了以单个离子形式存在以外，还可与生物体内的蛋白质、氨基酸、脂肪酸、羧酸以及磷酸等生物分子以及化学基团结合，形成各种有机酸盐、无机酸盐和螯合物，对生物体产生毒害作用。故此，倘若重金属污染废水处理不妥进入环境，就会很容易造成砷污染、镍污染、铅污染等，发生对生态环境影响重大的重金属污染事故。另一方面，重金属也是人类活动和生活中不可或缺的宝贵资源。废水中的重金属如不能充分回收利用，除造成环境污染外，也是巨大的资源浪费。

重金属废水通常酸度大，腐蚀性强，对周围环境中的各种物质构成很大威胁。重金属离子种类复杂，并以多种价态和形态存在，具有活泼的化学性能，稳定性很差。且多种重金属在水中不能分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形态，处理难度极大。目前常用的重金属废水处理方法包括：化学混凝沉淀法、电解沉淀法、离子浮选法、物理吸附法、离子交换法、膜分离法等。上述方法目前均存在各种各样的缺陷，难以将废水中的重金属物质处理完全，致使排放水很难达到国家排放标准；同时，亦无法实现重金属的充分回收，达到重金属资源化利用的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种重金属废水净化处理系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种重金属废水净化处理系统，包括依次连接的预处理单元和序贯处理单元；所述预处理单元用于调节废水的酸碱度和絮凝分离废水中的固形物；所述序贯处理单元用于清除废水中的重金属和有机物。

其中，重金属废水通过预处理单元来调节酸碱度以及絮凝分离废水中的各类固形物，然后通过序贯处理单元设置的药剂捕集、静电吸附、滤膜截留、生物螯合一系列的技术集成，以清除废水中的各类重金属和有机物，并在最后处理环节进一步采用强化絮凝和酸碱度调节处理，使所处理水体的各项指标均能达到排放标准，最终实现所处理水体的安全排放和/或资源化利用。

优选的，所述预处理单元包括依次连接的离心泵Ⅰ、搅拌装置、离心泵Ⅱ、固液分离装置、储液装置和离心泵Ⅲ。

其中，离心泵Ⅰ的作用在于将待处理的重金属废水导入搅拌装置中。离心泵Ⅱ的作用在于将来自搅拌装置处理过的废水导入其后的固液分离装置。储液装置的作用在于接纳和暂存来自固液分离装置处理后的废水。

优选的，所述搅拌装置的顶端设置有加药口，用于加入絮凝剂和酸碱调节剂。

更优选的，所述搅拌装置与所述离心泵Ⅱ的连接处设置有阀门。

更优选的，所述搅拌装置的顶端还设置有搅拌电机和液位表；所述液位表通过管道与所述搅拌装置连接。其中，搅拌电机的作用在于驱动搅拌废水，液位表的作用在于观察搅拌装置中废水的高度。

更优选的，所述搅拌装置的侧面还设置有pH探头；所述pH探头连接至搅拌装置内部。其中，pH探头的作用在于探测搅拌装置中废水的pH值，指导对废水酸碱度的调节。

更优选的，所述搅拌装置靠近顶端的一侧还设置有溢流管。当搅拌装置中的废水超过设定的处理量时，可从溢流管中流出，以保证批次处理量的稳定性。

优选的，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺或聚合氯化铝，所述酸碱调节剂为氢氧化钠或盐酸。

更优选的，所述固液分离装置包括驱动电机和螺杆式压滤装置。其中，固液分离装置的作用在于将来自搅拌装置处理过的废水进行固液分离。

更优选的，所述固液分离装置还连接有密封的固形物贮存装置。固形物贮存装置的作用在于接纳和暂存来自固液分离装置处理后的固形物。

更优选的，所述储液装置还通过循环回水管与所述搅拌装置相连接。当储液装置中的重金属废水未满足预处理设定的排出参数时，可通过循环回水管再次返回搅拌装置中进行重复处理。

优选的，所述序贯处理单元包括依次连接的重金属化学捕集装置、隔膜泵、固形物吸附和微电解装置、重金属生物捕集装置、固形物精细滤过装置和酸碱调节装置。

优选的，所述重金属化学捕集装置与所述离心泵Ⅲ通过管道相连接。其中，离心泵Ⅲ的作用在于将储液装置中的废水导入序贯处理单元的重金属化学捕集装置。

更优选的，所述重金属化学捕集装置的顶端设置有加药口，用于加入重金属化学捕集药剂来捕集重金属。

更优选的，所述重金属化学捕集装置与所述隔膜泵的连接处还设有阀门。

优选的，所述重金属化学捕集装置中装有重金属化学捕集药剂；所述重金属化学捕集药剂为黄原酸酯类、二硫代氨基甲酸盐类衍生物或其复合物。

更优选的，所述重金属化学捕集装置的顶端还设置有搅拌电机、液位表和观察孔。其中，搅拌电机用于驱动搅拌废水，液位表用于观察液面高度，观察孔用于肉眼观察。

更优选的，所述重金属化学捕集装置的侧面还设置有pH探头，用于检测pH值。

更优选的，所述重金属化学捕集装置靠近顶端的侧面还设置有溢流管。

更优选的，所述重金属化学捕集装置的底部还设置有阀门，用于排放清洗重捕装置后的洗涤液。

优选的，所述固形物吸附和微电解装置中装有微电解吸附填料；所述微电解吸附填料为活性生物碳类填料。其中，微电解吸附填料的作用在于降解有机物和吸附重金属。

更优选的，所述固形物吸附和微电解装置的顶端还设置有观察孔，底部设有阀门，用于排放清洗吸附装置后的洗涤液。

更优选的，所述固形物吸附和微电解装置与所述重金属生物捕集装置的连接处设置有压力表。

优选的，所述重金属生物捕集装置中设置有嗜重金属工程菌；所述嗜重金属工程菌为氧化亚铁酸硫杆菌。其中，嗜重金属工程菌的作用在于捕集进入该装置中的重金属废水中残留的重金属元素。

更优选的，所述重金属生物捕集装置的顶端还设置有观察孔，底部设置有阀门，用于排放清洗重金属生物捕集装置后的洗涤液。

优选的，所述固形物精细滤过装置中设置有微滤膜和脱色膜。其中，微滤膜和脱色膜的作用在于对废水中的细小固形物进行滤阻并对滤过的废水进行脱色。

更优选的，所述固形物精细滤过装置的顶端还设置有观察孔，底部设置有阀门，用于排放清洗精滤装置后的洗涤液。

更优选的，所述重金属生物捕集装置与所述固形物精细滤过装置的连接处设置有压力表。

更优选的，所述酸碱调节装置的顶端设置有加药口、搅拌电机和观察孔。其中，酸碱调节装置的作用在于调节来自精滤装置过滤液的酸碱度。加药口用于加入酸碱调节剂。

更优选的，所述酸碱调节装置的侧面设置有检测过滤液pH值的pH探头和过滤液排放检测口；所述检测口设置有阀门。

更优选的，所述酸碱调节装置的靠近顶端的侧面设置有溢流管，底部设置有阀门，用于排放清洗酸碱调节装置后的洗涤液。

优选的，所述酸碱调节装置还与重金属化学捕集装置相连接。其中，酸碱调节装置通过循环泵与重金属化学捕集装置相连接，当酸碱调节装置中的液体未达到排放标准时，则通过循环泵将此液体重新泵入排在序贯处理单元前端的重金属化学捕集装置中，再次循环处理。

更优选的，所述重金属废水净化处理系统的预处理单元和序贯处理单元中各阶段还设置有自动化控制装置和实时监控装置。

经过本发明重金属废水净化处理系统循环处理后的废水，其重金属、有机物及其他有害物质均可达到排放标准。

本发明的有益效果：

1)本发明的重金属废水净化处理系统通过预处理单元与序贯单元相结合，采用多重净化技术及其装置、填料、药剂和生物制剂的技术集成，对于各种重金属离子污染的水体、有机物污染物均可同时高效去除有害重金属，有机固形物以及其它固态物质，处理后的重金属废水可达到国家规定的排放标准或/和进行资源化利用；

2)本发明的重金属废水净化系统，在预处理单元和序贯处理单元中所采用的组合设备简单，来源可靠，操作方便，通过对预处理单元和序贯处理单元中各阶段进行自动化控制运行和实时监控，对需要处理的重金属废水无特殊要求，且在各单元之间设置自动化装置和监控装置，从而进一步实现了自动化运行和远程监控，具有安全性高、运行流畅、操作简单，管理方便、控制精准的优点，在实际重金属废水处理过程中，具有极大的推广应用价值。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的具体实施方式中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中推到得知。

附图说明

图1为本发明的重金属废水净化处理系统预处理单元的结构示意图；

图2为本发明的重金属废水净化处理系统序贯处理单元的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照所提供的附图和优选实施例来说明本发明的实施方式。本领域技术人员可由本说明书中所披露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用。本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，附图中仅显示了与本发明有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量以及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1和图2所示，一种重金属废水净化处理系统，包括依次连接的预处理单元和序贯处理单元；预处理单元用于调节废水的酸碱度和絮凝分离废水中的固形物；序贯处理单元用于清除废水中的重金属和有机物。

作为进一步的改进，预处理单元包括依次连接的离心泵Ⅰ1、搅拌装置2、离心泵Ⅱ3、固液分离装置4、储液装置5和离心泵Ⅲ6。

作为进一步的改进，搅拌装置2的顶端设置有加药口7，用于加入絮凝剂和酸碱调节剂；搅拌装置2与离心泵Ⅱ3的连接处设置有阀门8；搅拌装置2的顶端还设置有搅拌电机9和液位表10；液位表10通过管道与搅拌装置2连接；搅拌装置2的侧面还设置有pH探头11；pH探头11连接至搅拌装置2内部。其中，pH探头的作用在于探测搅拌装置中废水的pH值，指导对废水酸碱度的调节；搅拌装置2靠近顶端的一侧还设置有溢流管14。

作为进一步的改进，絮凝剂为聚丙烯酰胺或聚合氯化铝，酸碱调节剂为氢氧化钠或盐酸。

作为更进一步的改进，固液分离装置4包括驱动电机和螺杆式压滤装置；固液分离装置4还连接有密封的固形物贮存装置12；储液装置5还通过循环回水管13与搅拌装置2相连接。

作为进一步的改进，序贯处理单元包括依次连接的重金属化学捕集装置15、隔膜泵16、固形物吸附和微电解装置17、重金属生物捕集装置18、固形物精细滤过装置19和酸碱调节装置20。

作为进一步的改进，重金属化学捕集装置15与离心泵Ⅲ6通过管道相连接。

作为更进一步的改进，重金属化学捕集装置15的顶端设置有加药口7，用于加入重金属化学捕集药剂来捕集重金属；重金属化学捕集装置15与隔膜泵16的连接处还设有阀门8。

作为进一步的改进，重金属化学捕集装置15中装有重金属化学捕集药剂；重金属化学捕集药剂为黄原酸酯类、二硫代氨基甲酸盐类衍生物或其复合物。

作为更进一步的改进，重金属化学捕集装置15的顶端还设置有搅拌电机9、液位表10和观察孔21；重金属化学捕集装置的侧面还设置有pH探头11，用于检测pH值；重金属化学捕集装置靠近顶端的侧面还设置有溢流管14；重金属化学捕集装置的底部还设置有阀门，用于排放清洗重捕装置后的洗涤液。

作为进一步的改进，固形物吸附和微电解装置17中装有微电解吸附填料；微电解吸附填料为活性生物碳类填料。

作为更进一步的改进，固形物吸附和微电解装置17的顶端还设置有观察孔，底部设有阀门，用于排放清洗吸附装置后的洗涤液；固形物吸附和微电解装置17与重金属生物捕集装置18的连接处设置有压力表。

作为进一步的改进，重金属生物捕集装置18中设置有嗜重金属工程菌；嗜重金属工程菌为氧化亚铁酸硫杆菌。

作为更进一步的改进，重金属生物捕集装置18的顶端还设置有观察孔，底部设置有阀门，用于排放清洗重金属生物捕集装置后的洗涤液。

作为进一步的改进，固形物精细滤过装置19中设置有微滤膜和脱色膜。

作为更进一步的改进，固形物精细滤过装置19的顶端还设置有观察孔，底部设置有阀门，用于排放清洗精滤装置后的洗涤液；重金属生物捕集装置18与固形物精细滤过装置19的连接处设置有压力表。

作为更进一步的改进，酸碱调节装置20的顶端设置有加药口7、搅拌电机9和观察孔21；酸碱调节装置20的侧面设置有检测过滤液pH值的pH探头11和过滤液排放检测口22；检测口设置有阀门；酸碱调节装置20的靠近顶端的侧面设置有溢流管14，底部设置有阀门，用于排放清洗酸碱调节装置后的洗涤液。

作为进一步的改进，酸碱调节装置20还与重金属化学捕集装置15相连接。

作为更进一步的改进，重金属废水净化处理系统的预处理单元和序贯处理单元中各阶段还设置有自动化控制装置和实时监控装置。

本发明的重金属废水净化处理系统的运行过程是：在预处理单元，重金属废水通过离心泵Ⅰ泵入到搅拌装置中，通过加药口加入絮凝剂和酸碱调节剂，使重金属废水中的固形物静置沉淀并进行固液分离，分离后的废水清液通过离心泵Ⅲ泵入序贯处理单元的重金属化学捕集装置中进行后续处理，而含水沉淀物由离心泵Ⅱ导入固液分离装置中，通过螺杆式压滤机再次进行固液分离后，将压滤液存储于储液装置中，储液装置中的滤液还可以通过循环回水管重新回到搅拌装置中进行循环处理，而分离后的少量固形物则放入固形物暂存罐中待处理；在序贯处理单元中，连接预处理单元的离心泵Ⅲ将预处理单元储液装置中的滤液泵入重金属化学捕集装置后，并在该装置中加入重金属化学捕集剂，捕集废水中的重金属，捕集完成后所获的少量沉淀物收集待处理，而重捕后的废水清液则通过隔膜泵泵入后续的固形物吸附和微电解装置中；固形物吸附和微电解装置中设置有微电解作用的吸附填料，通过微电解原理，吸附废水中的重金属和有机物，并对有机物进行降解；吸附完毕后的废水清液，则被泵入重金属生物捕集装置中，通过该装置中已加入并处于活化状态的嗜重金属工程菌，捕集废水清液中残留的重金属元素；捕集完成后，废水清液进入固形物精细滤过装置，经过精滤装置中的微滤膜和脱色膜进行对细小固形物的滤阻以及废水水体的脱色；经过精滤装置处理后的废水清液又被泵入酸碱调节装置，进一步调节废水清液的酸碱度，直至达标后将处理合格的清液排放或回收利用；同时，该装置的排放口设置有实时数据监测装置，如未达到排放标准，则废水清液通过循环回流管，再次泵入到重金属捕集装置中循环进行序贯处理，直至达到排放标准为止。

将本发明的重金属废水净化处理系统处理电镀企业的含镍废水，具体操作如下：

取10L电镀企业的含镍废水，经过第三方检测其中的镍含量为9730mg/L、pH值为1.5。

在预处理单元中，将该电镀企业的含镍废水通过离心泵Ⅰ泵入到搅拌装置中，通过加药口加入聚合氯化铝，然后用氢氧化钠调节废水的pH值至5.5，静置沉淀后进行固液分离；分离后的废水清液通过离心泵Ⅲ泵入序贯处理单元的重金属化学捕集装置中进行后续处理，含水沉淀物由离心泵Ⅱ导入固液分离装置中，通过螺杆式压滤机再次进行固液分离后，将压滤液存储于储液装置中，储液装置中的滤液还可以通过循环回水管重新回到搅拌装置中进行循环处理，而分离后的少量固形物，则导入固形物暂存罐中待处理。

通过离心泵Ⅲ泵入序贯处理单元的含镍废水，首先泵入重金属化学捕集装置，并向装置中加入二硫代氨基甲酸盐类衍生物重金属捕集剂，在搅拌状态下捕集镍元素；捕集结束后，将少量的沉淀物收集待处理，重捕后的废水清液则通过隔膜泵泵入连接的固形物吸附装置中，通过该吸附装置中的微电解活性碳填料，吸附、降解该含镍废水清液中的有机物并吸附废水清液中剩余的镍元素，吸附完毕后的含镍废水清液泵入重金属生物捕集装置中，通过该装置中已加入的处于活化状态的氧化亚铁酸硫杆菌，继续捕集该废水清液中残留的镍元素，捕集完成后，废水清液进入后续的固形物精细滤过装置，经过精滤装置中微滤膜和脱色膜进行细小固形物的滤阻和废水清液的脱色，精滤后的废水清液进入后续的酸碱调节装置；根据装置配置的酸度计所测量的结果，进一步调节废水清液的酸碱度直至达到排放标准，在该装置的排放口设置有水体的检测指标实时监测装置，如所处理的含镍废水未达到国家规定的排放标准(国家规定排放标准水体中镍元素含量≤50mg/L)，则该废水通过循环回流管再次泵入重金属化学捕集装置中按上述流程循环进行处理，直至达到排放标准为止。

经过第三方检测，本实施例中电镀企业的含镍废水经本发明的重金属废水净化处理系统处理一次后，废水清液中镍含量为17mg/L，即达到国家排放标准。

综上，本发明的重金属废水净化处理系统通过多重净化技术集成，能够对于各种重金属离子、有机物污染物同时进行高效去除，处理后的重金属废水可实现达标排放和/或资源化利用。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，包括依次连接的预处理单元和序贯处理单元；所述预处理单元用于调节废水的酸碱度和絮凝分离废水中的固形物；所述序贯处理单元用于清除废水中的重金属和有机物。

2.根据权利要求1所述一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述预处理单元包括依次连接的离心泵Ⅰ、搅拌装置、离心泵Ⅱ、固液分离装置、储液装置和离心泵Ⅲ。

3.根据权利要求2所述一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述搅拌装置的顶端设置有加药口，用于加入絮凝剂和酸碱调节剂。

4.根根据权利要求3所述一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺或聚合氯化铝，所述酸碱调节剂为氢氧化钠或盐酸。

5.根据权利要求2所述一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述序贯处理单元包括依次连接的重金属化学捕集装置、隔膜泵、固形物吸附和微电解装置、重金属生物捕集装置、固形物精细滤过装置和酸碱调节装置。

6.根据权利要求5所述一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述重金属化学捕集装置中装有重金属化学捕集药剂；所述重金属化学捕集药剂为黄原酸酯类、二硫代氨基甲酸盐类衍生物或其复合物。

7.根据权利要求5所述一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述固形物吸附和微电解装置中装有微电解吸附填料；所述微电解吸附填料为活性生物碳类填料。

8.根据权利要求5所述一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述重金属生物捕集装置中设置有嗜重金属工程菌；所述嗜重金属工程菌为氧化亚铁酸硫杆菌。

9.根据权利要求5所述一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述固形物精细滤过装置中设置有微滤膜和脱色膜。

10.根据权利要求5所述的一种重金属废水净化处理系统，其特征在于，所述酸碱调节装置还与重金属化学捕集装置相连接。

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