CN107572686A - 一种含重金属废液的处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种含重金属废液的处理装置和方法。所述处理装置包括用于进行还原反应、酸碱中和反应和絮凝沉淀反应的综合反应容器、过滤装置、吸附装置和调节容器，所述综合反应容器的上出口处分为两路，一路通过第一阀门依次与过滤装置、吸附装置相连，另一路通过第二阀门与调节容器相连。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种含重金属废液的处理装置和方法。
背景技术
在电镀、金属加工、表面处理、冶金等行业生产过程中往往会产生含重金属废水。此类废液酸度大，pH低，盐分高，重金属种类多，排放到环境中会产生生物累积性或者“三致”(致癌、致畸、致突变)作用，对人体或环境构成潜在威胁。目前，处理含重金属废水的方法主要有物化法和化学法。物化法中有吸附法、离子交换法；其中吸附法主要用多孔物质如炭类、高分子类、纳米材料等，但此法再生性较差，应用较少；离子交换法主要以树酯类物质作为离子交换剂，与重金属离子及其配合物进行离子交换，操作简单，但设备复杂、投资较高。化学法有中和沉淀法和硫化物沉淀法，分别利用氢氧根离子和硫离子与重金属结合生成沉淀将重金属离子除去。其中，硫化物沉淀法可实现分步沉淀，有利于重金属的回收，但极易产生有毒气体硫化氢，尤其重金属废液绝大部分都是强酸性，硫化氢产生量就更大了。
发明内容
针对现有技术中存在的处理工艺流程长，设备占地面积大，水质盐分高，出水水质不达标等不足，本发明提供了一种含重金属废液的处理装置和方法。
根据本发明的一方面，提供了一种含重金属废液的处理装置，包括用于进行还原反应、酸碱中和反应和絮凝沉淀反应的综合反应容器、过滤装置、吸附装置和调节容器，所述综合反应容器的上出口处分为两路，一路通过第一阀门依次与过滤装置、吸附装置相连，另一路通过第二阀门与调节容器相连。
根据本发明的一个实施方式，根据本发明的处理装置还包括废液储存容器、进料泵、出水储存容器、污泥泵、污泥储存容器、蒸发装置、混盐储存容器和生化处理装置；
所述废液储存容器通过进料泵与综合反应容器相连，所述综合反应容器的上出口与出水储存容器的入口相连，所述出水储存容器的出口通过第一阀门与过滤装置的入口相连，所述出水储存容器的出口还通过第二阀门与调节容器相连；所述调节容器通过第三阀门与蒸发装置、混盐储存容器依次相连，所述调节容器还通过第四阀门与生化处理装置相连，所述综合反应容器的下出口通过污泥泵与污泥储存容器相连。
根据本发明的一个实施方式，所述综合反应容器中设置有还原剂加料泵、第一碱加料泵、第二碱加料泵和絮凝剂加料泵。
根据本发明的一个实施方式，所述综合反应容器中设置有pH在线监测仪和搅拌器。
根据本发明的一个实施方式，所述过滤装置选自石英砂过滤器、活性炭过滤器中的一种以上，所述吸附装置选自离子交换树脂或重捕器中的一种以上；过滤装置用于吸附溶液中的大分子物质，吸附装置用于吸附超标的重金属。
根据本发明的一个实施方式，所述蒸发装置选自强制循环蒸发装置或多效蒸发装置。
根据本发明的一个实施方式，所述生化处理装置选自例如A-O池、生物接触氧化池或MBR装置等。
根据本发明的另一方面，还提供了一种含重金属废液的处理方法，包括以下步骤：
(1)絮凝沉淀：加入碱和絮凝剂进行絮凝沉淀；
(2)过滤、吸附：当经絮凝沉淀的废液中的重金属浓度超标时，进行过滤和吸附，当经絮凝沉淀的废液中的重金属浓度不超标时，不进行过滤和吸附，直接进入后续处理。
根据本发明的一个实施方式，所述后续处理包括蒸发或者生化处理。根据本发明的一个实施方式，所述生化处理采用例如A-O池、生物接触氧化池或MBR装置等进行。
由于含重金属废液含盐量较高，因此可以通过蒸发除盐后达标排放，或者进入生化处理装置中与生活污水稀释后再经生化处理后达标排放。
含重金属废液酸度大，pH小于1，在步骤(1)中加入碱，既可以调节废液的pH，又可以使废液中的重金属离子絮凝沉淀。根据本发明的一个实施方式，所述碱选自氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种，碱的用量为废液总质量的0.1％～10％，例如0.1％、0.5％、1％、2％、3％、5％、7％、9％、10％等。根据本发明的一个实施方式，使用碱将废液的pH调节至7～9，优选地8～9，例如8、8.5、9。当废液的pH在此范围之内时，絮凝沉淀效果良好。
本发明中的絮凝剂起辅助絮凝的作用。根据本发明的一个实施方式，所述絮凝剂选自阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)或非离子聚丙烯酰胺(NPAM)，絮凝剂的用量为废液总质量的0.01‰～1‰，例如0.01‰、0.05‰、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.8‰、1‰。加入絮凝剂后进行搅拌然后静置，搅拌时间为1～10分钟，搅拌速度为50～300r/min；静置时间为10～30分钟。
根据本发明的一个实施方式，当含重金属废液中含有六价铬时，步骤(1)之前还包括使用还原剂对废液进行还原处理。根据本发明的一个实施方式，所述还原剂选自亚硫酸氢钠、亚硫酸、硫酸亚铁、亚硫酸钠、硫代硫酸钠，还原剂的用量为废液总质量的0.1％～1％。投加时进行搅拌，搅拌速度为50～300r/min，反应时间为10～30分钟。当废液中不含六价铬时，直接进行步骤(1)絮凝沉淀。
本发明中，“重金属浓度超标”是指废液中的重金属浓度大于《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级排放标准。
本发明的含重金属废液的处理方法可以利用根据本发明的含重金属废液的处理装置进行，具体过程如下：
含重金属废液由进料泵从废液储存容器中进入综合反应容器中，当废液中含有六价铬时，(i)打开还原剂加药泵向废液中加入还原剂，将六价铬还原为三价铬，之后进行步骤(1)絮凝沉淀：打开第一碱加料泵和第二碱加料泵中的一者或两者，向废液中加入碱液，之后再打开絮凝剂加料泵，调节溶液的pH并进行絮凝沉淀。当废液中不含有六价铬时，不需要进行还原反应，直接进行步骤(1)絮凝沉淀。
絮凝沉淀反应结束之后，上清液进入出水储存容器中，沉淀由污泥泵泵入污泥储存容器中。经取样检测分析，当出水储存容器中的重金属浓度超标时，打开第一阀门、关闭第二阀门，废液进行步骤(2)过滤、吸附：经过滤装置进行过滤并经吸附装置对废液中的重金属进行吸附，以降低重金属浓度；之后，废液进行蒸发或生化处理。当出水储存容器中的重金属浓度达标时，打开第二阀门、关闭第一阀门，废液不需进行步骤(2)过滤、吸附，直接进行蒸发或生化处理。
打开第三阀门、关闭第四阀门，则废液进入蒸发装置进行蒸发除盐，蒸发得到的混盐进入混盐储存容器，之后经干化后安全填埋，蒸发液达标排放。打开第四阀门、关闭第三阀门，则废液进入生化反应容器，在生化反应容器中被生活污水稀释后再经生化处理，达标后排放。
本发明具有以下有益效果：
(1)占地面积小，流程简单，在综合反应容器中可以实现多个反应(还原反应、酸碱中和反应、絮凝沉淀反应)，节省管路及泵等附属件，节约投资成本。
(2)设置有过滤装置和吸附装置，可以保证出水的重金属达标排放。
(3)设置有蒸发装置，可以保证出水的盐分较低。
附图说明
图1为根据本发明的含重金属废液的处理装置的示意图；
其中，1-废液储存容器，2-进料泵，3-综合反应容器，4-污泥泵，5-污泥储存容器，6-出水储存容器，7-过滤装置，8-吸附装置，9-蒸发装置，10-混盐储存容器，11-生化处理装置，12-调节容器，21-还原剂加料泵，22-第一碱加料泵，23-第二碱加料泵，24-絮凝剂加料泵，31-第一阀门，32-第二阀门，33-第三阀门，34-第四阀门，a-含重金属废液，b-综合反应容器的上出口，c-综合反应容器的下出口。
具体实施方式
具体实施方式仅为对本发明的说明，而不构成对本发明内容的限制，下面将结合具体的实施方式对本发明进行进一步说明和描述。
如图1所示，根据本发明的含重金属废液的处理装置包括用于进行还原反应、酸碱中和反应和絮凝沉淀反应的综合反应容器3、过滤装置7、吸附装置8和调节容器12，所述综合反应容器3的上出口b处分为两路，一路通过第一阀门31依次与过滤装置7、吸附装置8相连，另一路通过第二阀门32与调节容器12相连。
根据本发明的处理装置还包括废液储存容器1、进料泵2、出水储存容器6、污泥泵4、污泥储存容器5、蒸发装置9、混盐储存容器10和生化处理装置11；
所述废液储存容器1通过进料泵2与综合反应容器3相连，所述综合反应容器3的上出口b与出水储存容器6的入口相连，所述出水储存容器6的出口通过第一阀门31与过滤装置7的入口相连，所述出水储存容器6的出口还通过第二阀门32与调节容器12相连；所述调节容器12通过第三阀门33与蒸发装置9、混盐储存容器10依次相连，所述调节容器12还通过第四阀门34与生化处理装置11相连，所述综合反应容器3的下出口c通过污泥泵4与污泥储存容器5相连。
所述综合反应容器3中设置有还原剂加料泵21、第一碱加料泵22、第二碱加料泵23和絮凝剂加料泵24。
所述综合反应容器3中设置有pH在线监测仪和搅拌器。
所述过滤装置7选自石英砂过滤器、活性炭过滤器中的一种以上，所述吸附装置8选自离子交换树脂或重捕器中的一种以上。所述蒸发装置9选自强制循环蒸发装置或多效蒸发装置。所述生化处理装置11选自例如A-O池、生物接触氧化池或MBR装置等。
本发明中，“废液储存容器”中的“容器”可以是用于容纳反应物和提供反应场所的反应罐、反应池等，对于“综合反应容器”、“污泥储存容器”、“出水储存容器”、“混盐储存容器”中的“容器”，也应作与“废液储存容器”相同的理解。本发明中的“调节容器”用于在进入蒸发装置或者生化处理装置之前，对含重金属废液的含盐量等指标进行监测。
本发明中，进料泵用于将含重金属废液由废液储存容器泵入综合反应容器中；污泥泵用于将综合反应容器中絮凝沉淀后得到的沉淀/污泥泵入污泥储存容器中；出水储存容器用于储存经絮凝沉淀反应后得到的上清液；污泥储存容器用于储存经絮凝沉淀反应产生的沉淀/污泥；混盐储存容器用于储存经蒸发结晶后得到的混盐。
本发明中，第一碱加料泵、第二碱加料泵用于在絮凝沉淀步骤向废液中投加氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的两种。例如，第一碱加料泵用于向废液中投加氢氧化钠，第二碱加料泵用于向废液中投加氧化钙。第一碱加料泵主要用于调节废液的pH，例如将废液的pH由1调节至例如7～9，第二碱加料泵主要用于小幅调节废液的pH并进行废液的絮凝沉淀。当使用了两种不同的碱时，“碱的用量为废液总质量的0.1％～10％”是指两种碱的质量之和为废液总质量的0.1％～10％。
当然，也可以仅使用一种碱，此时，第一碱加料泵、第二碱加料泵中仅一个打开。例如，可以仅使用氧化钙、仅使用氢氧化钙等。
本发明中，各加料泵的开闭，综合反应容器的上出口、下出口的开闭等均可通过例如阀门进行控制。
下面结合具体实施例对本发明的含重金属废液的处理方法进行说明。
实施例1
石家庄某表面处理液含铬、铜、锌、砷、银，表1是石家庄某表面处理液的水质数据。
表1 石家庄某表面处理液的水质数据
表面处理液主要是酸性废液，含有大量的重金属，盐分高。
将待处理的含重金属废液导入废液储存容器中，之后经进料泵进入综合反应容器中。由还原剂加料泵向综合反应容器中加入亚硫酸氢钠，将六价铬还原成三价铬，亚硫酸氢钠投加量为2.09kg/t，搅拌速度为300r/min，反应10分钟之后，由第一碱加料泵向综合反应容器中投加氢氧化钠，调节表面处理液pH至9，氢氧化钠投加量为28.8kg/t，之后由第二碱加料泵和絮凝剂加料泵分别投加氧化钙和APAM进行絮凝沉淀，氧化钙投加量为10kg/t，APAM投加量为0.01kg/t，以300r/min的速度搅拌5分钟，静置澄清20分钟，上清液进入出水储存容器，污泥进入污泥储存容器。出水储存容器中，各重金属浓度小于0.1mg/L，符合排放标准，因此不需要进行过滤和吸附，关闭第一阀门、打开第二阀门。但废液的盐分为88000mg/L超标，打开第三阀门、关闭第四阀门，进入MVR***，进行蒸发除盐。
蒸发出水COD<100mg/L，氨氮<30mg/L，pH为6～9，总盐<200mg/L，各重金属浓度小于0.1mg/L，出水满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级排放标准，蒸发所产的混盐干化后安全填埋。
实施例2
石家庄某电镀废液含铬、铜、镍，表2是石家庄某电镀废液的水质数据。
表2 石家庄某电镀废的水质数据
电镀废液主要是酸性废液，含有大量的重金属，盐分高。
将待处理的含重金属废液导入废液储存容器中，之后经进料泵进入综合反应容器中。由还原剂加料泵向综合反应容器中加入亚硫酸，将六价铬还原成三价铬，硫酸亚铁投加量为37.81kg/t，搅拌速度为200r/min，反应20分钟之后，由第一碱加料泵向综合反应容器中投加氢氧化钙，调节电镀废液pH至9.5，氢氧化钙投加量为4.6kg/t，之后再由絮凝剂加料泵投加NPAM，进行絮凝沉淀，NPAM投加量为0.01kg/t，以250r/min的速度搅拌5分钟，静置澄清25分钟，上清液进入出水储存容器，污泥进入污泥储存容器。出水储存容器中，各重金属浓度小于0.1mg/L，符合排放标准，因此不需要进行过滤和吸附，关闭第一阀门、打开第二阀门。但废液的盐分为12000mg/L超标，打开第四阀门、关闭第三阀门，进入A/O生化***，与生活污水稀释并经生化处理后，出水
COD<100mg/L，氨氮<30mg/L，pH为6～9，总盐<200mg/L，各重金属浓度小于0.1mg/L，出水满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级排放标准。
实施例3
石家庄某表面处理液含铜、锌、镍、银，表3是石家庄某表面处理液的水质数据。
表3 石家庄某表面处理液的水质数据
表面处理液主要是酸性废液，含有大量的重金属，盐分高，废液不含六价铬。
将待处理的含重金属废液导入废液储存容器中，之后经进料泵进入综合反应容器中。由于废液中不含六价铬，因此不需要进行还原反应，直接由第一碱加料泵向综合反应容器中投加氢氧化钙，调节表面处理液pH至8.5，氢氧化钙投加量为45.67kg/t，之后由第二碱加料泵和絮凝剂加料泵分别投加氧化钙和CPAM进行絮凝沉淀，氧化钙投加量为10kg/t，CPAM投加量为0.01kg/t，以200r/min的速度搅拌8分钟，静置澄清25分钟，上清液进入出水储存容器，污泥进入污泥储存容器。出水储存容器中，铜和镍浓度超标，因此需要进行过滤、吸附。关闭第二阀门、打开第一阀门，废液依次经过过滤装置和吸附装置，经石英砂、活性炭过滤和重捕器吸附，铜和镍的浓度均小于0.1mg/L，符合排放标准。但废液的盐分为158000mg/L超标，打开第三阀门、关闭第四阀门，进入MVR***，进行蒸发除盐。
蒸发出水COD<100mg/L，氨氮<30mg/L，pH为6～9，总盐<200mg/L，各重金属浓度小于0.1mg/L，出水满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级排放标准，蒸发所产的混盐干化后安全填埋。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种含重金属废液的处理装置，其特征在于，包括用于进行还原反应、酸碱中和反应和絮凝沉淀反应的综合反应容器、过滤装置、吸附装置和调节容器，所述综合反应容器的上出口处分为两路，一路通过第一阀门依次与过滤装置、吸附装置相连，另一路通过第二阀门与调节容器相连。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，还包括废液储存容器、进料泵、出水储存容器、污泥泵、污泥储存容器、蒸发装置、混盐储存容器和生化处理装置；
所述废液储存容器通过进料泵与综合反应容器相连，所述综合反应容器的上出口与出水储存容器的入口相连，所述出水储存容器的出口通过第一阀门与过滤装置的入口相连，所述出水储存容器的出口还通过第二阀门与调节容器相连；所述调节容器通过第三阀门与蒸发装置、混盐储存容器依次相连，所述调节容器还通过第四阀门与生化处理装置相连，所述综合反应容器的下出口通过污泥泵与污泥储存容器相连。
3.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述综合反应容器中设置有还原剂加料泵、第一碱加料泵、第二碱加料泵和絮凝剂加料泵。
4.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述综合反应容器中设置有pH在线监测仪和搅拌器。
5.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述过滤装置选自石英砂过滤器、活性炭过滤器中的一种以上，所述吸附装置选自离子交换树脂或重捕器中的一种以上。
6.一种含重金属废液的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)絮凝沉淀：加入碱和絮凝剂进行絮凝沉淀；
(2)过滤、吸附：当经絮凝沉淀的废液中的重金属浓度超标时，进行过滤和吸附，当经絮凝沉淀的废液中的重金属浓度不超标时，不进行过滤和吸附，直接进入后续处理。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述后续处理包括蒸发或者生化处理。
8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，当含重金属废液中含有六价铬时，步骤(1)之前还包括使用还原剂对废液进行还原处理。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述还原剂选自亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、亚硫酸钠、硫代硫酸钠，还原剂的用量为废液总质量的0.1％～1％。
10.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述碱选自氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种，碱的用量为废液总质量的0.1％～10％；所述絮凝剂选自阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺或非离子聚丙烯酰胺,絮凝剂的用量为废液总质量的0.01‰～1‰。
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