CN115504632B - 一种含重金属废水的减量化处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含重金属废水的减量化处理系统及方法，系统包括使用至少两个减量化模块和至少一个渗透模块对重金属废水进行减量化处理，至少两个减量化模块设为第一减量化模块和第二减量化模块。第一减量化模块和渗透模块的来水流通方向串联回流设置，构成梯级减量化结构。本发明通过第一减量化模块和第二减量化模块共同构成减量化体系，在保障反渗透装置正常运行的情况下，使得减量化后的产水水质达到进入制超纯水装置要求，针对反渗透膜水回收率低的问题，能够减小减量化处理的投资，提高减量化效率，增加单位时间内的废水处理量，同时实现对废水的高度减量化，增加水回收率。

Description

一种含重金属废水的减量化处理系统及方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种含重金属废水的减量化处理系统及方法。
背景技术
电子工艺重晶石废水的零排放处理是现在环境保护面临的重大问题。在污水循环利用领域，渗透膜技术已成为常规技术手段。其中，反渗透膜技术得到了大量的应用。反渗透膜最大的优点在于节能，反渗透又称逆渗透，是以压力差为推动力从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，在反渗透膜的低压侧得到透过的渗透液，高压侧得到浓缩的浓缩液。即，反渗透膜的低压侧为透过液侧。当处理的废水实际渗透压低时，反渗透膜需要较高的操作压力(增加能耗)以保持其减量化效果，但是在该高操作压力下，会引发膜污染导致膜使用寿命缩短，所以反渗透膜的水回收率较低，一般在30％～40％。本发明提供一种含重金属废水的减量化处理系统及方法，针对其水回收率低的问题，增加渗透膜组件，通过第一浓水作为驱动液，减小反渗透膜压力，增加水回收率。
中国专利CN110818198B公开了一种高盐重金属废水复合处理方法，包括以下步骤：步骤1，将重金属废水抽入微电解罐中，对重金属废水进行微电解；步骤2，将微电解后的重金属废水抽入电解槽中电解；步骤3，将电解完成的重金属废水抽入化学沉淀系统中，通过化学沉淀法沉淀废水中的重金属；步骤4，将通过化学沉淀系统预处理的重金属废水经调节池调节后，使其进入电解槽进一步降解有机污染物和氨氮，最后重金属废水进入生化处理系统去除铵态氮、COD和残余重金属，得到合格排放水。该专利高盐重金属废水复合处理方法能够处理更多类型的重金属废水，降低了对重金属废水的水质要求，提高了重金属废水的处理效率，降低了重金属废水的处理成本。该专利采用电解沉淀重金属废水，其能耗较高，并且电解槽不能用于大量的工业废水处理，电解槽的废水处理量较少。
中国专利CN104829058B公开了一种低碳氮比含重金属高氨氮废水的同步脱氮和重金属回收工艺方法及其专用系统，所述工艺方法包括三个单元操作，分别是重金属回收单元、自养脱氮单元、污泥再生单元；所述含重金属高氨氮废水首先进入重金属回收单元经污泥吸附进行重金属回收，脱除了重金属的废水进入自养脱氮单元将废水中的氨氮转化为氮气，实现自养脱氮，得到合格的可排放出水，吸附了重金属的污泥经化学脱附后，进入污泥再生单元进行污泥再生，再生得到的厌氧氨氧化污泥不断补充到自养脱氮单元中用于废水脱氮；该专利所述的工艺方法及其专用系统可长期用于低碳氮比含重金属高氨氮废水的高效低耗脱氮及重金属回收。该专利的缺陷在于，仅通过将废水中的氨氮转化为氮气，而未对实际工业废水中的COD、钙离子、镁离子、镍离子以及多种可溶性有机物进行处理，其实际产生的排放水难以达标，并且不能进行零排放处理，未对高含盐废水进行蒸发结晶。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明的技术方案是提供一种含重金属废水的减量化处理系统，包括使用至少两个减量化模块和至少一个渗透模块对重金属废水进行减量化处理，所述至少两个减量化模块设为第一减量化模块和第二减量化模块，其中，经过预处理和再处理的重金属废水进入所述渗透模块的来水侧，并从所述渗透模块的来水出口进入所述第一减量化模块，所述第一减量化模块将来水进行减量化处理得到第一产水和第一浓水，所述第一浓水作为驱动液泵入所述渗透模块的浓水侧，由所述渗透模块的来水侧的来水稀释并经过所述渗透模块的浓水出口进入所述第二减量化模块，所述第二减量化模块将来水进行减量化处理得到第二产水和第二浓水。所述第一减量化模块和渗透模块的来水流通方向串联回流设置，构成梯级减量化结构。本发明通过第一减量化模块、第二减量化模块和渗透模块的配合设置，将来水先通过渗透模块进行初级减量化，使进入第一减量化模块的来水已具有一定浓缩效果，减轻第一减量化模块的浓缩压力，减小第一减量化模块使用时间长后，需要进行深度清理的频率，达到提高减量化效率、节省减量化能耗的效果。本发明的技术方案能够减小减量化处理的投资，提高减量化效率，增加单位时间内的废水处理量，同时实现对废水的高度减量化。
根据一种优选的实施方式，经过预处理和再处理的重金属废水直接进入所述渗透模块的来水侧以实现对来水的初级减量化，所述重金属废水的流动方式包括连续式或间断式，以控制在所述渗透模块的来水侧和/或在所述渗透模块的浓水侧的流速保持在阈值范围内。上述阈值范围应该在0.1m/s～10m/s内。优选地，阈值范围设置为1m/s～5m/s。重金属废水的流动方式优选为间断式。
根据一种优选的实施方式，经过预处理和再处理的重金属废水送至三通阀，所述三通阀将重金属废水选择性送入所述渗透模块的来水侧或所述第一减量化模块。本发明的三通阀，在重金属废水的含盐量较低时，三通阀将重金属废水通入渗透模块的来水侧，对来水进行初级减量化处理，再通入第一减量化模块，以减小第一减量化模块的减量化处理压力，提供整个装置减量化处理的效率，并且提高对减量化排水的利用率，无需对渗透模块进行加热以提高减量化效果，废水最终脱盐效果好，具有有效的经济价值。该技术方案结构设计紧凑、占地少、运行简单、能耗低，适用于对电子工业重金属废水的大批量工业处理。
根据一种优选的实施方式，当所述三通阀将重金属废水送入所述渗透模块的来水侧时，重金属废水的流动路径为：所述渗透模块的来水侧、所述第一减量化模块、所述渗透模块的浓水侧、所述第二减量化模块；其中，所述渗透模块用于减轻所述第一减量化模块的减量化处理压力，并用于缓冲重金属废水；当所述三通阀将重金属废水送入所述第一减量化模块，重金属废水的流动路径为：所述第一减量化模块、所述渗透模块的浓水侧、所述第二减量化模块；其中，所述渗透模块的浓水侧作为所述第一减量化模块和第二减量化模块之间的缓冲池。在本发明中，第一减量化模块采用中压进行减量化处理，而第二减量化模块采用高压进行减量化处理。所以第一减量化模块的减量化效果更低，出水量更多。在大流量废水通入第一减量化模块中时，缓冲池能够将减量化产生的第一浓水存储其中，防止过多流量的第一浓水进入第二减量化模块，导致第二减量化模块的处理效率降低，从而使得整个零排放过程效率降低，甚至导致最终产水无法达到回用水标准，浓水的蒸发处理效率低，需要过多能耗才能处理为杂盐。
根据一种优选的实施方式，单个所述渗透模块对重金属废水进行初级减量化或对所述第一减量化模块排水进行缓冲处理；或者两个及两个以上的所述渗透模块串联对重金属废水进行多层初级减量化或对所述第一减量化模块排水进行多层缓冲处理。
根据一种优选的实施方式，所述系统还包括预处理单元和再处理单元。其中，所述预处理单元包括对重金属废水的两股废水分别进行预处理的第一预处理模块和第二预处理模块，所述第一预处理模块包括至少两个PH调整池和至少一个物化沉淀池，所述第二预处理模块包括至少两个PH调节池、芬顿模块和至少一个物化沉淀池，所述第一预处理模块用于处理低金属离子浓度和低有机物含量的重金属废水，所述第二预处理模块用于处理高金属离子浓度和高有机物含量的重金属废水。芬顿模块能够去除较高难降解COD的能力，所以能够作为废水处理前，对高金属离子浓度和高有机物含量的重金属废水的预处理工艺，而低金属离子浓度和低有机物含量的重金属废水预处理时仅需进行PH调整和物化沉淀。第二预处理模块的设置减小了废水处理的预处理单元设施负荷，节省了建设成本和后期的运行成本。芬顿模块还能够依进流水水质的好坏来改变操作条件，提高处理量。
根据一种优选的实施方式，所述再处理单元串联若干个模块以将预处理后的重金属废水再处理为符合所述第一减量化模块、第二减量化模块和渗透模块处理指标的原水。其中，所述再处理单元包括物化沉淀模块、高密度澄清池、厌氧好氧模块和活性炭过滤器，所述重金属废水依次经过所述再处理单元的若干个模块后排入所述三通阀以选择性进入所述渗透模块的来水侧或所述第一减量化模块。
根据一种优选的实施方式，所述系统还包括用于处理所述第一产水和第二产水的反渗透膜单元和用于蒸发结晶第二浓水的蒸发单元。反渗透膜单元设为一级反渗透模块和二级反渗透模块，一级反渗透模块将第一产水和第二产水利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、氯离子并得到第三产水和第三浓水，第三产水进入二级反渗透模块并得到第四产水和第四浓水，其中第四产水经由EDI技术处理后作为回用水。第三浓水和第四浓水排入上级减量化模块或进行处理排放。蒸发单元5选择三效强制循环混流蒸发工艺结晶为杂盐。蒸发单元蒸发过程中产生的冷凝水进入冷凝水管路降温后排入厌氧好氧模块中。
本发明还涉及一种含重金属废水的减量化处理方法，所述方法包括：至少两个减量化模块和至少一个渗透模块对重金属废水进行减量化处理，通过耦合连接减量化处理过程，同时实现减小减量化模块减量化处理的压力和对排水的缓冲处理；其中，所述方法的处理过程包括：所述至少两个减量化模块设为第一减量化模块和第二减量化模块，经过预处理和再处理的重金属废水进入所述渗透模块的来水侧，并从所述渗透模块的来水出口进入所述第一减量化模块，所述第一减量化模块将来水进行减量化处理得到第一产水和第一浓水，所述第一浓水作为驱动液泵入所述渗透模块的浓水侧，由所述渗透模块的来水侧的来水稀释并经过所述渗透模块的浓水出口进入所述第二减量化模块，所述第二减量化模块将来水进行减量化处理得到第二产水和第二浓水。所述第一减量化模块和渗透模块的来水流通方向串联回流设置，构成梯级减量化结构。
根据一种优选的实施方式，经过预处理和再处理的重金属废水直接进入所述渗透模块的来水侧以实现对来水的初级减量化，所述重金属废水的流动方式包括连续式或间断式，以控制在所述渗透模块的来水侧和/或在所述渗透模块的浓水侧的流速保持在阈值范围内。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明通过第一减量化模块、第二减量化模块和渗透模块的配合设置，将来水先通过渗透模块进行初级减量化，使进入第一减量化模块的来水已具有一定浓缩效果，减轻第一减量化模块的浓缩压力，减小第一减量化模块使用时间长后，需要进行深度清理的频率，达到提高减量化效率、节省减量化能耗的效果。本发明的技术方案针对反渗透膜水回收率低的问题，能够减小减量化处理的投资，提高减量化效率，增加单位时间内的废水处理量，同时实现对废水的高度减量化，增加水回收率；
(2)本发明的三通阀，在重金属废水的含盐量较低时，三通阀将重金属废水通入渗透模块的来水侧，对来水进行初级减量化处理，再通入第一减量化模块，以减小第一减量化模块的减量化处理压力，提供整个装置减量化处理的效率，并且提高对减量化排水的利用率，无需对渗透模块进行加热以提高减量化效果，废水最终脱盐效果好，具有有效的经济价值。该技术方案结构设计紧凑、占地少、运行简单、能耗低，适用于对电子工业重金属废水的大批量工业处理。
附图说明
图1是本发明的一种含重金属废水的减量化处理系统的优选实施例的结模块示意图；
图2是本发明的减量化模块和渗透模块的优选实施例的结构示意图；
图3是本发明的反应塔的结构示意图；
图4是本发明的阴极部和阳极部的剖视图。
附图标记列表
1：预处理单元；2：再处理单元；4：反渗透膜单元；5：蒸发单元；6：反应塔；101：PH调整池；102：物化沉淀池；103：PH调节池；104：芬顿模块；201：物化沉淀模块；202：高密度澄清池；203：厌氧好氧模块；204：活性炭过滤器；301：第一减量化模块；302：第二减量化模块；303：渗透模块；401：一级反渗透模块；402：二级反渗透模块；601：分段层；602：上反应段；603：下入水段；604：抽水组件；605：阴极部；606：阳极部；607：高分子电解质膜；608：腔体；609：曝气板。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
实施例1
本申请涉及一种含重金属废水的减量化处理系统，包括使用至少两个减量化模块和至少一个渗透模块303对重金属废水进行减量化处理，至少两个减量化模块设为第一减量化模块301和第二减量化模块302，其中，经过预处理和再处理的重金属废水进入渗透模块303的来水侧，并从渗透模块303的来水出口进入第一减量化模块301，第一减量化模块301将来水进行减量化处理得到第一产水和第一浓水，第一浓水作为驱动液泵入渗透模块303的浓水侧，由渗透模块303的来水侧的来水稀释并经过渗透模块303的浓水出口进入第二减量化模块302，第二减量化模块302将来水进行减量化处理得到第二产水和第二浓水。第一减量化模块301和渗透模块303的来水流通方向串联回流设置，构成梯级减量化结构。渗透模块303采用半透膜将水从重金属废水中分离。其分离的驱动力通过来水与第一浓水的渗透压梯度获得，提高第一减量化模块301的浓缩程度，从而减小第一减量化模块301的减量化处理压力。第一浓水较高的渗透压梯度将来水中的净水通过半透膜汲取，之后进入第二减量化模块302。其中，第一减量化模块301和第二减量化模块302均是使用液压作为减量化的驱动力，从而实现废水的浓缩效果。具体地，第一减量化模块301和第二减量化模块302具有不同渗透压的膜组件以将重金属废水进行分流，其中通过膜组件的废水经第一收集管道通过产水管注入产水箱，不能通过膜组件的废水经第二收集管道通过浓水管注入浓水箱。第一减量化模块301通过膜组件的废水经第一收集管道通过产水管作为第一产水注入产水箱，不能通过膜组件的废水经第二收集管道通过浓水管作为第一浓水注入浓水箱并再注入渗透模块303的浓水侧。本发明通过第一减量化模块301、第二减量化模块302和渗透模块303的配合设置，将来水先通过渗透模块303进行初级减量化，使进入第一减量化模块301的来水已具有一定浓缩效果，减轻第一减量化模块301的浓缩压力，减小第一减量化模块301使用时间长后，需要进行深度清理的频率，达到提高减量化效率、节省减量化能耗的效果。本发明的技术方案能够减小减量化处理的投资，提高减量化效率，增加单位时间内的废水处理量，同时实现对废水的高度减量化。具体地，废水先经过渗透模块303进行减量化处理，处理后排入第一减量化模块301得到第一产水和第一浓水，第一浓水作为驱动液排入渗透模块303的浓水侧，并流至第二减量化模块302，提供减量化效率，缩短减量化时间，投入产出比高。
根据一种优选的实施方式，经过预处理和再处理的重金属废水直接进入渗透模块303的来水侧以实现对来水的初级减量化，重金属废水的流动方式包括连续式或间断式，以控制在渗透模块303的来水侧和/或在渗透模块303的浓水侧的流速保持在阈值范围内。上述阈值范围应该在0.1m/s～10m/s内。优选地，阈值范围设置为1m/s～5m/s。重金属废水的流动方式优选为间断式。
根据一种优选的实施方式，经过预处理和再处理的重金属废水送至三通阀，三通阀将重金属废水选择性送入渗透模块303的来水侧或第一减量化模块301。三通阀根据重金属废水的水质选择性送入渗透模块303的来水侧或第一减量化模块301。重金属废水的水质至少包括含盐量。其中，若重金属废水的含盐量较低，重金属废水送入第一减量化模块301时，水分子需大量通过第一减量化模块301的膜组件，此时需要压力增加，导致减量化效率降低，能耗增加。所以在重金属废水的含盐量较低时，三通阀将重金属废水通入渗透模块303的来水侧，对来水进行初级减量化处理，再通入第一减量化模块301，以减小第一减量化模块301的减量化处理压力，提供整个装置减量化处理的效率，并且提高对减量化排水的利用率，无需对渗透模块303进行加热以提高减量化效果，废水最终脱盐效果好，具有有效的经济价值。该技术方案结构设计紧凑、占地少、运行简单、能耗低，适用于对电子工业重金属废水的大批量工业处理。
根据一种优选的实施方式，当三通阀将重金属废水送入渗透模块303的来水侧时，重金属废水的流动路径为：渗透模块303的来水侧、第一减量化模块301、渗透模块303的浓水侧、第二减量化模块302；其中，渗透模块303用于减轻第一减量化模块301的减量化处理压力，并用于缓冲重金属废水；当三通阀将重金属废水送入第一减量化模块301，重金属废水的流动路径为：第一减量化模块301、渗透模块303的浓水侧、第二减量化模块302；其中，渗透模块303的浓水侧作为第一减量化模块301和第二减量化模块302之间的缓冲池。在三通阀将重金属废水送入渗透模块303时，渗透模块303的作用在于提供一个初级减量化处理，从而减少后续设备，例如第一减量化模块301的处理压力。在三通阀将重金属废水送入第一减量化模块301时，渗透模块303的作用在于提供一个缓冲池，防止大流量废水冲入第二减量化模块302中。在本发明中，第一减量化模块301采用中压进行减量化处理，而第二减量化模块302采用高压进行减量化处理。所以第一减量化模块301的减量化效果更低，出水量更多。在大流量废水通入第一减量化模块301中时，缓冲池能够将减量化产生的第一浓水存储其中，防止过多流量的第一浓水进入第二减量化模块302，导致第二减量化模块302的处理效率降低，从而使得整个零排放过程效率降低，甚至导致最终产水无法达到回用水标准，浓水的蒸发处理效率低，需要过多能耗才能处理为杂盐。
根据一种优选的实施方式，单个渗透模块303对重金属废水进行初级减量化或对第一减量化模块301排水进行缓冲处理；或者两个及两个以上的渗透模块303串联对重金属废水进行多层初级减量化或对第一减量化模块301排水进行多层缓冲处理。
根据一种优选的实施方式，系统还包括预处理单元1和再处理单元2。其中，预处理单元1包括对重金属废水的两股废水分别进行预处理的第一预处理模块和第二预处理模块，第一预处理模块包括至少两个PH调整池101和至少一个物化沉淀池102，第二预处理模块包括至少两个PH调节池103、芬顿模块104和至少一个物化沉淀池102，第一预处理模块用于处理低金属离子浓度和低有机物含量的重金属废水，第二预处理模块用于处理高金属离子浓度和高有机物含量的重金属废水。芬顿模块104能够去除较高难降解COD的能力，所以能够作为废水处理前，对高金属离子浓度和高有机物含量的重金属废水的预处理工艺，而低金属离子浓度和低有机物含量的重金属废水预处理时仅需进行PH调整和物化沉淀。第二预处理模块的设置减小了废水处理的预处理单元1设施负荷，节省了建设成本和后期的运行成本。芬顿模块104还能够依进流水水质的好坏来改变操作条件，提高处理量。而一般的生物处理难以弹性操作。例如针对较高的污染量只需提高亚铁及H202加药量及适当的PH控制。芬顿模块104氧化反应效果与速率的影响因素在于：反应物本身的特性、H202加药量、Fe2 +的浓度、PH值、反应时间、温度。通过上述参数的调节能够针对重金属废水的金属离子浓度和有机物含量的具体值适应性调控芬顿模块104的氧化反应效果与速率，使得预处理单元1的使用成本降低，操作弹性大，能够根据重金属废水的水质选择对应的预处理方式和程度。
根据一种优选的实施方式，再处理单元2串联若干个模块以将预处理后的重金属废水再处理为符合第一减量化模块301、第二减量化模块302和渗透模块303处理指标的原水。其中，再处理单元2包括物化沉淀模块201、高密度澄清池202、厌氧好氧模块203和活性炭过滤器204，重金属废水依次经过再处理单元2的若干个模块后排入三通阀以选择性进入渗透模块303的来水侧或第一减量化模块301。物化沉淀模块一般由反应池、聚凝池和沉淀池组成。其中，反应池利用高速水流使废水与加入的药剂充分混合均匀，并发生化学反应，使重金属沉淀。聚凝池利用慢速水流使污水中矾花互相软碰撞，矾花因碰撞结合形成大颗粒矾花，大颗粒矾花沉降性能更好。沉淀池利用矾花与水的比重差异，在中立作用下，使矾花与水分离，从而达到去除污水中重金属、污染物等目的。
优选地，高密度澄清池202设置多级混合和絮凝反应，可以根据混合、絮凝反应、沉淀不同的速度梯度，通过调整机械搅拌强度，提供适宜的水力条件，达到较好的絮凝效果。传统加速沉淀池由于矾花细小，而且较轻，为了达到较好的分离效果，必须控制一定的上升流速。高密度澄清池202能够提供良好的絮凝效果，而且通过污泥回流，生成的矾花密实，而且较重，非常容易与清水进行分离。斜管分离区又能够将预沉浓缩池剩余的少量矾花有效分离，所以高密度澄清池202上升流速远远大于常规机械加速沉淀池。
优选地，活性炭过滤器204采用高效COD活性炭吸附塔，其主体是由罐体和内外部构件组成。罐体通过法兰连接进水、出水和清洗用水。构件包括进水管、布水器、空气提升装置、气控箱和洗料装置。高效COD吸附塔可以根据过滤水量的需求选择单台运行或串并联运行。活性炭过滤器204作用在于：去色：可去除由铁、锰及植物分解生成物或有机污染物等所形成的色度。脱氯：可去除因余氯所造成的嗅味。去除有机物：可去除由于水源污染而常规工艺又无法去除的水中微量污染物，如农药、杀虫剂、氯化烃、芳香族化合物以及BOD与COD等。去除剩余氯或氧化剂，保护超滤、反渗透膜。另外，活性炭过滤器204还可以除臭，去除水中的微量重金属离子(如汞、铬等离子)，合成洗涤剂及放射性物质等。
本发明的厌氧好氧模块203包括厌氧池、好氧池和膜生物反应器。其中，厌氧池和好氧池用于对废水中的有机物，氨氮等进行去除。厌氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率。如COD、BOD5和SCN-在厌氧池中去除率在67％、38％、59％，酚和有机物的去除率在62％和36％，故反硝化反应是最为经济的节能型降解过程。由于硝化阶段采用了强化生化，反硝化阶段又采用了高浓度污泥的膜技术，有效地提高了硝化及反硝化的污泥浓度，具有较高的容积负荷。并且本发明将厌氧池和好氧池与膜生物反应器进行结合应用，该结合综合了两种工艺的优点，该厌氧好氧模块203泥龄和水力停留时间可以完全独立控制，耐冲击负荷，代替传统的活性污泥法中的二沉池，解决了活性污泥浓度高、出水水质差等问题，同时膜生物反应器污泥停留时间长，也有利于硝化细菌增殖，强化了系统对氨氮去除能力，工艺集合了厌氧池和好氧池工艺稳定、运行方便的优点，出水指标氨氮、COD和悬浮物去除效果明显提高。
根据一种优选的实施方式，系统还包括用于处理第一产水和第二产水的反渗透膜单元4和用于蒸发结晶第二浓水的蒸发单元5。反渗透膜单元4设为一级反渗透模块401和二级反渗透模块402。一级反渗透模块401将第一产水和第二产水利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、氯离子并得到第三产水和第三浓水。第三产水进入二级反渗透模块402并得到第四产水和第四浓水。其中第四产水经由EDI技术处理后作为回用水。第三浓水和第四浓水排入上级减量化模块或进行处理排放。蒸发单元5选择三效强制循环混流蒸发工艺，第二浓水由上料泵分别至生蒸汽冷凝水预热器预热，然后依次进入一、二、三效蒸发器，蒸发浓缩至一定浓度后由二效出料泵输送至闪蒸结晶器，再进入离心机进行离心分离：离心出的母液返回蒸发器，离心出的固体即为杂盐。蒸发单元5蒸发过程中产生的冷凝水进入冷凝水管路降温后排入厌氧好氧模块203中。
本发明还涉及一种含重金属废水的减量化处理方法，方法包括：至少两个减量化模块和至少一个渗透模块303对重金属废水进行减量化处理，通过耦合连接减量化处理过程，同时实现减小减量化模块减量化处理的压力和对排水的缓冲处理；其中，方法的处理过程包括：至少两个减量化模块设为第一减量化模块301和第二减量化模块302，经过预处理和再处理的重金属废水进入渗透模块303的来水侧，并从渗透模块303的来水出口进入第一减量化模块301。第一减量化模块301将来水进行减量化处理得到第一产水和第一浓水。第一浓水作为驱动液泵入渗透模块303的浓水侧，由渗透模块303的来水侧的来水稀释并经过渗透模块303的浓水出口进入第二减量化模块302。第二减量化模块302将来水进行减量化处理得到第二产水和第二浓水。第一减量化模块301和渗透模块303的来水流通方向串联回流设置，构成梯级减量化结构。
根据一种优选的实施方式，经过预处理和再处理的重金属废水直接进入渗透模块303的来水侧以实现对来水的初级减量化。重金属废水的流动方式包括连续式或间断式，以控制在渗透模块303的来水侧和/或在渗透模块303的浓水侧的流速保持在阈值范围内。
实施例2
本实施例是对上述实施例的进一步补充。
本发明提供的芬顿模块104能够去除较高难降解COD的能力，所以能够作为废水处理前，对高金属离子浓度和高有机物含量的重金属废水的预处理工艺，而低金属离子浓度和低有机物含量的重金属废水预处理时仅需进行PH调整和物化沉淀。现有技术中的芬顿装置常采用加入过氧化氢和二价铁离子进入反应塔的方式进行有机物的氧化降解，但是，对于过氧化氢和二价铁离子利用率过低，造成了药物成本的浪费。目前尚未见到将电芬顿用于电子工业重金属废水处理中的报道，本发明希望能够提出一种能耗更低、成本更低、污染物降解效率高的芬顿模块104，但仍存在众多挑战，例如：电芬顿阴极和阳极的设置方式和污染物的选择性等。
针对现有技术的问题，本发明提供一种芬顿模块，通过将电芬顿反应部分和重金属废水入水分离，并且结合生物电化学技术，实现重金属废水处理能耗低、成本低、效率高的特点。
根据一种优选的实施方式，芬顿模块104至少包括反应塔6。反应塔6由分段层601至少分为上反应段602和下入水段603两个部分。竖向方向从上往下依次是上反应段602和下入水段603。重金属废水从PH调节池103中进入下入水段603，并由抽水组件604将该重金属废水穿过分段层601上提至上反应段602。分段层601将反应部分和入水部分分开，使得废水的处理效率取决于抽水组件604的工作效率，能够通过控制抽水组件604的工作效率进行调控，增加了系统的抗冲击能力。下入水段603可作为芬顿模块104的缓冲部分使用，防止重金属废水流量和流速的突然暴增，导致系统处理能力达到上限，大量未处理废水进入下游设备中，减少设备的使用寿命，增加维护成本的问题。阴极和阳极设置于上反应段602，其可以是一套，可以设置多套，以对应不同的上反应段602尺寸需求和重金属废水处理需求。
根据一种优选的实施方式，阴极部605和阳极部606在空间三维坐标中以象限不同的方式设置，使得阴极部605和阳极部606形成错位的电芬顿结构。具体地，阴极部605和阳极部606在竖向上和水平上的延伸面(或延伸体)不相交。即阴极部605和阳极部606在轴向和水平向错位设置，使得阴极部605和阳极部606形成两个区域。阴极部605和阳极部606通过导向与外加电场的正负极连接。阳极部606设置在电芬顿结构的中心处，而阴极部605环绕设置在电芬顿结构的周围，并且阴极部605和阳极部606不处于同一水平面上，以形成错位。本发明通过将阴极部605和阳极部606在空间三维坐标中以象限不同的方式设置，使得阴极部605和阳极部606的分布区域分开，阴极部605需要氧气，而阳极部606要处于厌氧环境，错位的形成使得阳极部606的反应不会受到阴极部605内氧气的影响，有利于阴极部605和阳极部606分布进行不同的降解反应，并且有利于曝气的进行，减小对阴极部605曝气时对阳极部606的影响。现有技术采用的电芬顿结构将阴极和阳极设置在同一轴线或水平线上，使得在阴极处曝气时，阳极受氧气影响，从而降低了对有机物的分解效率。
根据一种优选的实施方式，本发明的电芬顿结构至少包括一个隔离室以将阴极部605和阳极部606分开。隔离室可由高分子电解质膜607包覆腔体608的方式形成。隔离室可在上反应段602中并行设置多个。隔离室可设为多种规则或不规则形状等。优选地，隔离室在阴极部605和阳极部606设置不同形状。例如，阳极部606设置为竖向上下端均为圆锥形，中间由圆柱形连接。阴极部605设置于阳极部606上方，为单个圆柱形和单个圆锥形的组合。阴极部605的直径与阳极部606的直径相同。其中，阳极部606内填充有可搭载微生物的导电粒子，例如三维石墨粒等。导电粒子填充了圆柱形处和下方的圆锥形处。如此设置的目的在于，废水由下方圆锥形进入，并逐步扩散至圆柱形处，使得废水与导电粒子和导电粒子搭载的微生物进行充分接触。圆锥形设置使得废水接触的表面积逐步增大，并且使得废水流速减小，给予微生物负载空间，增大反应效率。上方圆锥形的设置能够防止阴极部605进入氧气，保障阳极部606始终处于厌氧环境且不与微生物接触，以对阳极部606中的废水进行快速分解。阴极部605由隔离室外加碳毡电极构成。阴极部605负载三价铁离子，通过得电子产生二价铁离子，又通过参与芬顿反应形成三价铁离子。在不断循环过程中，实现重金属废水的处理。上述微生物可采用电活性微生物。上述高分子电解质膜607可由纯聚合物膜或复合膜制作。例如采用全氟磺酸的含氟聚合物。重金属废水由下往上经过阳极部606和阴极部605，并与阴极部605的圆柱形的上清液中抽出。阴极部605和阳极部606均贴附在包裹有高分子电解质膜607的腔体608上，从而减小了电极间距和传质阻力。
根据一种优选的实施方式，阴极部605和阳极部606之间还设置有曝气板609，曝气板609朝向阴极部605进行曝气以降低氧气对阳极部606的影响。阳极部606始终处于厌氧环境使得微生物降解效率提高，从而使得重金属废水处理效率提高。具体地，在外加电场的情况下，阳极部606内的微生物降解重金属废水产生质子和电子，阴极部605以氧气为受体并在质子作用下生成过氧化氢，以三价铁离子为受体并在电子作用下生成二价铁离子，从而降解废水中的有机物。腔体608上离散性分布有连通至高分子电解质膜607的孔洞以使得质子能够通过孔洞到达阴极部605。曝气板609还用于将经氢氧根氧化降解后的有机物的最终产物二氧化碳、废水中的挥发性和半挥发性有机污染物吹出。阴极部605设置于阳极部606上，有利于将氧气快速通过曝气送至阴极部605。需要说明的是，本发明的隔离室结构不限于本发明提出的优选结构方式。其结构能够根据废水处理需要进行改变，例如将阴极和阳极分隔更远，之间设置传递各物质的装置，从而使阴极和阳极的环境更加不受对方的影响。
根据一种优选的实施方式，上反应段602还设置有用于收集排出的二氧化碳的气体处理组件和用于将沉淀铁泥收集的收集腔。虽通过阴极部605和阳极部606的设置实现了芬顿反应，但是无法完全避免芬顿反应中铁泥的产生。对此，设置收集腔用于收集可能产生的沉淀铁泥。收集的二氧化碳能够排入收集腔中，通过二氧化碳含量升高并产生碳酸根，使得收集腔内PH回调至碱性，减小PH值调节的消耗，降低废水处理成本。铁泥进入碱性收集腔后回流至上反应段602，使铁泥进行重复利用，提高催化能力和催化效率，增加铁离子利用率。
在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种含重金属废水的减量化处理系统，其特征在于，包括使用至少两个减量化模块和至少一个渗透模块(303)对重金属废水进行减量化处理，所述至少两个减量化模块设为第一减量化模块(301)和第二减量化模块(302)，其中，
经过预处理和再处理的重金属废水进入所述渗透模块(303)的来水侧，并从所述渗透模块(303)的来水出口进入所述第一减量化模块(301)，所述第一减量化模块(301)将来水进行减量化处理得到第一产水和第一浓水，所述第一浓水作为驱动液泵入所述渗透模块(303)的浓水侧，由所述渗透模块(303)的来水侧的来水稀释并经过所述渗透模块(303)的浓水出口进入所述第二减量化模块(302)，所述第二减量化模块(302)将来水进行减量化处理得到第二产水和第二浓水，
所述第一减量化模块(301)和渗透模块(303)的来水流通方向串联回流设置，构成梯级减量化结构。
2.如权利要求1所述的含重金属废水的减量化处理系统，其特征在于，经过预处理和再处理的重金属废水直接进入所述渗透模块(303)的来水侧以实现对来水的初级减量化，所述重金属废水的流动方式包括连续式或间断式，以控制在所述渗透模块(303)的来水侧和/或在所述渗透模块(303)的浓水侧的流速保持在阈值范围内。
3.如权利要求2所述的含重金属废水的减量化处理系统，其特征在于，经过预处理和再处理的重金属废水送至三通阀，所述三通阀将重金属废水选择性送入所述渗透模块(303)的来水侧或所述第一减量化模块(301)。
4.如权利要求3所述的含重金属废水的减量化处理系统，其特征在于，当所述三通阀将重金属废水送入所述渗透模块(303)的来水侧时，重金属废水的流动路径为：所述渗透模块(303)的来水侧、所述第一减量化模块(301)、所述渗透模块(303)的浓水侧、所述第二减量化模块(302)；其中，所述渗透模块(303)用于减轻所述第一减量化模块(301)的减量化处理压力，并用于缓冲重金属废水；
当所述三通阀将重金属废水送入所述第一减量化模块(301)，重金属废水的流动路径为：所述第一减量化模块(301)、所述渗透模块(303)的浓水侧、所述第二减量化模块(302)；其中，所述渗透模块(303)的浓水侧作为所述第一减量化模块(301)和第二减量化模块(302)之间的缓冲池。
5.如权利要求4所述的含重金属废水的减量化处理系统，其特征在于，单个所述渗透模块(303)对重金属废水进行初级减量化或对所述第一减量化模块(301)排水进行缓冲处理；或者
两个及两个以上的所述渗透模块(303)串联对重金属废水进行多层初级减量化或对所述第一减量化模块(301)排水进行多层缓冲处理。
6.如权利要求5所述的含重金属废水的减量化处理系统，其特征在于，所述系统还包括预处理单元(1)和再处理单元(2)，其中，
所述预处理单元(1)包括对重金属废水的两股废水分别进行预处理的第一预处理模块和第二预处理模块，所述第一预处理模块包括至少两个pH调整池(101)和至少一个物化沉淀池(102)，所述第二预处理模块包括至少两个pH调节池(103)、芬顿模块(104)和至少一个物化沉淀池(102)，所述第一预处理模块用于处理低金属离子浓度和低有机物含量的重金属废水，所述第二预处理模块用于处理高金属离子浓度和高有机物含量的重金属废水。
7.如权利要求6所述的含重金属废水的减量化处理系统，其特征在于，所述再处理单元(2)串联若干个模块以将预处理后的重金属废水再处理为符合所述第一减量化模块(301)、第二减量化模块(302)和渗透模块(303)处理指标的原水，其中，
所述再处理单元(2)包括物化沉淀模块(201)、高密度澄清池(202)、厌氧好氧模块(203)和活性炭过滤器(204)，所述重金属废水依次经过所述再处理单元(2)的若干个模块后排入所述三通阀以选择性进入所述渗透模块(303)的来水侧或所述第一减量化模块(301)。
8.如权利要求7所述的含重金属废水的减量化处理系统，其特征在于，所述系统还包括用于处理所述第一产水和第二产水的反渗透膜单元(4)和用于蒸发结晶第二浓水的蒸发单元(5)。
9.一种含重金属废水的减量化处理方法，其特征在于，所述方法包括：
至少两个减量化模块和至少一个渗透模块(303)对重金属废水进行减量化处理，通过耦合连接减量化处理过程，同时实现减小减量化模块减量化处理的压力和对排水的缓冲处理；其中，所述方法的处理过程包括：
所述至少两个减量化模块设为第一减量化模块(301)和第二减量化模块(302)，经过预处理和再处理的重金属废水进入所述渗透模块(303)的来水侧，并从所述渗透模块(303)的来水出口进入所述第一减量化模块(301)，所述第一减量化模块(301)将来水进行减量化处理得到第一产水和第一浓水，所述第一浓水作为驱动液泵入所述渗透模块(303)的浓水侧，由所述渗透模块(303)的来水侧的来水稀释并经过所述渗透模块(303)的浓水出口进入所述第二减量化模块(302)，所述第二减量化模块(302)将来水进行减量化处理得到第二产水和第二浓水，
所述第一减量化模块(301)和渗透模块(303)的来水流通方向串联回流设置，构成梯级减量化结构。
10.如权利要求9所述的含重金属废水的减量化处理方法，其特征在于，经过预处理和再处理的重金属废水直接进入所述渗透模块(303)的来水侧以实现对来水的初级减量化，所述重金属废水的流动方式包括连续式或间断式，以控制在所述渗透模块(303)的来水侧和/或在所述渗透模块(303)的浓水侧的流速保持在阈值范围内。
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