CN101935126B - 含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法 - Google Patents

含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法，方法是电沉积、两级膜分离的组合处理：电沉积：废水进入回用水糟、多介质过滤器-1、平板式电沉积装置、三维电沉积装置，回收废水中金属锌后，提纯，得到金属锌；两级膜分离：电沉积后的废水，经过pH调节池、调节池、多介质过滤器-2，进入超滤膜***、低压反渗透膜***，膜***产生的浓缩液进入调节池、反应池、沉淀池，然后又回到多介质过滤器-1中，再经过两个电沉积装置，回收膜***产生的浓缩液中的金属锌；而废水回收只有1个口。本发明的优点：利用电沉积和膜分离工艺结合，解决了以往存在的问题，实现了生产和处理的良性循环，废水回用率高、运行成本低，重金属污染物基本实现完全回收和零排放。

Description

含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法
技术领域
本发明涉及一种工业废水处理方法，具体地说，是涉及含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法。
背景技术
重金属废水是对环境和人类健康危害极大的污染物，随着一系列环境保护法律和标准的出台，对重金属废水处理的要求也日益严格，重金属废水产生于冶金、电镀、化工、电子、机械制造与加工等众多行业和工业部门。高效、低耗地去除废水中重金属离子的同时，实现废水回用和重金属回收是今后重金属废水处理的发展方向。传统处理重金属的废水的方法包括：化学处理法、生物处理法、电化学处理法，但化学法处理含重金属废水时，由于许多重金属废水中含有大量的有机络合物，限制了化学沉降过程，导致处理后的废水重金属含量超标；生物处理法虽然具有成本低，处理方便的优点，但由于受废水毒性的影响，很难大规模实现，且处理的效率低，效果较差；在以往应用电化学方法处理，当废水中重金属浓度降低时，存在能耗大，处理效果较差的问题。
国内主要锌冶炼和电镀企业的工业废水，采用传统重金属沉淀工艺处理重金属废水很难达标，外排后严重污染环境，废水回收率低，回收水质差，重金属污染物无法回收，浪费资源，容易造成二次污染的现状，本发明开发的新的重金属污染物基本可以实现完全回收和零排放，水资源完全回用的新工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供一种投资少、效益高的电解锌漂洗废水的电沉积-两级膜分离处理组合工艺。
本发明的技术方案为：含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法，该方法是废水进行电沉积、两级膜分离的组合处理二个步骤：
第一步骤：电沉积
废水进入回用水糟，调节-1中的pH4～5加到回用水糟中，该废水进入多介质过滤器-1后，再进入平板式电沉积装置、三维电沉积装置，回收废水中金属锌后，继续进行金属加工提纯，得到金属锌；
电沉积指平板式电沉积装置和三维电沉积装置；
第二步骤：两级膜分离
电沉积后的废水，经过pH3.5～5.5的调节-2、调节池、多介质过滤器-2，进入超滤膜***、低压反渗透膜***，经过两级膜分离***所得浓缩液，进入调节池、反应池、沉淀池，然后回到多介质过滤器-1中，再经过平板式电沉积装置、三维电沉积装置，回收金属锌；
两级膜分离指超滤膜***和低压反渗透膜***分离；
而废水回收只有1个口，来自低压反渗透***。
金属锌的回收来源于两个部分，一部分是来源于含锌重金属废水的电沉积过程，回收的是含锌重金属废水中的金属锌；另外一部分来源于电沉积后的废水，经过两级膜分离后产生的浓缩液回流到电沉积装置后的电沉积过程，回收的是本组合处理方法中膜***产生的浓缩液中的金属锌。
下面陈述各部件的工艺条件及功能：
pH调节-1：pH为4～5；
平板式电沉积装置的Zn2+的最低浓度降低达到100mg/L；
所说的三维电沉积处理含锌废水的条件为：对溶液进行常温搅拌，电极材料选用石墨阳极/不锈钢阴极配对电极，槽电压为4.0V，电解时间为60min；三维电沉积，是在传统二维电解槽电极间装填粒状或其他碎屑状工作电极材料，并使装填粒状电极材料表面带电，成为新的一极(第三极)，在工作电极材料表面能发生电化学反应；经三维电沉积装置处理后的Zn2+的最低浓度低于10mg/L，锌离子的去除率达95％以上；
所说的在低压反渗透LPRO分离过程中，使用的操作压力控制在0.6～0.9MPa，出水中Zn2+浓度降低0.1-0.5mg/L，锌离子的平均去除效率为85％，出水电导降低到50μS/cm；；废水工作温度25℃～35℃，废水pH调节3.5～5.5；低压反渗透膜工艺产水率为75％～85％，平均截留率在92％～95％，产水水质优于工业循环水水质标准，可回用于工业循环水***或者水质要求高的用水点；
多介质过滤器-1、多介质过滤器-2，都是去除水中的悬浮物，降低水的浊度，满足超滤进水要求(浊度小于1.0NTU)；
pH调节池-2：pH为3.5～5.5；
调节池：用于蓄水，稳定水流；
超滤膜***是去除水中悬浮物、胶体等物质，水质达到反渗透进水要求(主要为SDI(淤积指数)＜3.0，浊度小于0.10)；在超滤UF(Ultrafiltration)分离过程锌离子的平均去除效率为50％到70％，加入0.1g/L胶束强化添加剂十二烷基磺酸钠SDS，锌离子的去除效率达到99％；
上述处理后的废水，先进行超滤膜处理工艺，再进行低压反渗透膜LPRO分离，以保证反渗透的出水效果，并节约反渗透设备所需能源；
两级膜分离工艺产生20％～25％的浓缩液，经过循环再进入调节池、反应池、沉淀池，又回到多介质过滤器-1中，再经过电沉积装置，回收金属锌后，而这时所产生的水，进行回用，这样能够实现整个工艺只有一个清水的排出回用出口，而重金属污染物基本可以实现完全回收和零排放。
所说的膜分离过程，经过超滤膜和低压反渗透膜处理，充分浓缩废液中重金属，使浓缩液中的金属离子浓度得到较大提高，适用于电沉积回收重金属，低压反渗透分离过程的出水电导降低到50μS/cm，并易于实现出水的循环再利用。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点：
第一，利用电沉积和膜分离处理技术的最新成果，把电沉积技术和膜分离处理工艺结合起来，充分发挥电沉积中电化学还原和膜分离技术的优点，解决了以往电化学还原处理方式存在的问题。
第二，重金属废水处理的废水净化回用和重金属回收同时完成，实现了生产和处理的良性循环。
第三，从微观水平揭示过程机理，发展重金属电沉积过程的传质分析模型和方程，并对重金属离子在膜分离过程中的传质规律和分离动力学做出研究。
第四，针对不同浓度和组成的废水提出相应的处理工艺方式，为装置的合理设计和操作过程的优化提供理论指导。
本发明该工艺废水回用率高(可达75％-80％)、运行成本低，整个工艺只有一个清水的排出回用出口，而重金属污染物基本可以实现完全回收和零排放。
依据电沉积和两级膜分离技术的优点，可以达到最低的运行费用和最佳的分离效果，实现水的达标排放的同时，有效回收废水中重金属资源，在有效回收废水中重金属的同时，实现水的循环使用。
附图说明
图1为本发明含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法流程图
具体实施方式
下面列举1个实施例，结合附图，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这个实施例。
实施例1
本发明方法步骤采用平板式电沉积装置-三维电沉积装置-超滤膜***-低压反渗透膜***的工艺组合，具体工艺流程如下：
第一步骤：电沉积
废水首先收集在回用水槽，用pH4来调节废水，废水进入盘式多介质过滤器后，对原水进行初步过滤处理，以除去一些大颗粒悬浮物及无机盐类析出的结垢沉淀。依据废水重金属离子的浓度情况，废水进入平板式电沉积装置和三维电沉积装置，回收废水中金属锌后，继续进行金属加工提纯，得到金属锌；
第二步骤：两级膜分离
电沉积出来的废水，温度控制在25℃～35℃，pH值至5.5，经过调节池、多介质过滤器-2，去除水中的悬浮物，降低水的浊度以满足超滤进水，进入超滤膜***，去除水中的悬浮物、胶体等物质，再进入低压反渗透膜***、调节池、反应池、沉淀池，然后由沉淀池出来的浓缩液，回到多介质过滤器-1中，再经过平板式电沉积装置、三维电沉积装置，回收金属锌。
而废水回收只有1个口，来自低压反渗透***。而重金属污染物基本可以实现完全回收和零排放。

Claims (3)

1.含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法，其特征在于该方法是废水进行电沉积、两级膜分离的组合处理二个步骤：
第一步骤：电沉积
废水进入回用水糟，调节-1中的pH4～5加到回用水糟中，该废水进入多介质过滤器-1后，再进入平板式电沉积装置、三维电沉积装置，回收废水中金属锌后，继续进行金属加工提纯，得到金属锌；
电沉积指平板式电沉积装置和三维电沉积装置；
第二步骤：两级膜分离
电沉积后的废水，经过pH3.5～5.5的调节-2、调节池、多介质过滤器-2，进入超滤膜***、低压反渗透膜***，经过两级膜分离***所得浓缩液，进入调节池、反应池、沉淀池，然后回到多介质过滤器-1中，再经过平板式电沉积装置、三维电沉积装置，回收金属锌；
两级膜分离指超滤膜***和低压反渗透膜***分离；
而废水回收只有1个口，来自低压反渗透***；
金属锌的回收来源于两个部分，一部分是来源于含锌重金属废水的电沉积过程，回收的是含锌重金属废水中的金属锌；另外一部分来源于电沉积后的废水，经过两级膜分离后产生的浓缩液回流到电沉积装置后的电沉积过程，回收的是本组合处理方法中膜***产生的浓缩液中的金属锌。
2.如权利要求1所述的含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法，其特征在于：所说的三维电沉积处理含锌废水的条件为：对溶液进行常温搅拌，电极材料选用石墨阳极/不锈钢阴极配对电极，槽电压为4.0V，电解时间为60min。
3.如权利要求1所述的含锌重金属废水的电沉积和膜分离组合处理方法，其特征在于：所说的在低压反渗透膜***分离过程中，使用的操作压力控制在0.6～0.9MPa，出水中Zn2+浓度降低0.1-0.5mg/L，锌离子的平均去除效率为85％。 
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