申请日2016.11.22
公开(公告)日2017.04.26
IPC分类号C02F9/04; C02F101/20
摘要
一种去除废水重金属的系统和方法，该系统包括：反应器，用于使含有重金属的废水与碱液进行混合反应，使至少部分重金属离子转化成氢氧化物颗粒;膜分离池，连接所述反应器，所述膜分离池内设置有截留膜，所述截留膜用于对混合反应后的混合液中的氢氧化物颗粒进行截留，截留形成的悬浮固体床层与所述截留膜协同进一步捕获氢氧化物颗粒以及未充分反应的重金属离子，捕获物成为所述悬浮固体床层的一部分而参与截留;清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。本发明能够有效去除废水中的重金属离子，且产泥量小。
权利要求书
1.一种去除废水重金属的系统，其特征在于，包括：
反应器，用于使含有重金属的废水与碱液进行混合反应，使至少部分重金属离子转化成氢氧化物颗粒;
膜分离池，连接所述反应器，所述膜分离池内设置有截留膜，所述截留膜用于对混合反应后的混合液中的氢氧化物颗粒进行截留，截留形成的悬浮固体床层与所述截留膜协同进一步捕获氢氧化物颗粒以及未充分反应的重金属离子，捕获物成为所述悬浮固体床层的一部分而参与截留;清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。
2.如权利要求1所述的去除废水重金属的系统，其特征在于，所述膜分离池包括设置在所述截留膜的下方的污泥排放部，所述悬浮固体床层的悬浮固体浓度超出一定范围后产生的多余氢氧化物颗粒经所述污泥排放部排出。
3.如权利要求2所述的去除废水重金属的系统，其特征在于，所述污泥排放部包括锥形泥斗和污泥排放管道，所述多余氢氧化物颗粒借助重力作用落入所述锥形泥斗中并经污泥排放管道排出。
4.如权利要求1至3任一项所述的去除废水重金属的系统，其特征在于，所述膜分离池内设置有曝气器，由曝气风机经曝气管道输气至所述曝气器，曝气形成搅拌作用以提高所述膜分离池内的悬浮固体床层浓度均匀性，并形成对膜表面的擦洗作用以缓解膜污染。
5.如权利要求1至4任一项所述的去除废水重金属的系统，其特征在于，所述截留膜的膜孔孔径范围在25～100nm。
6.如权利要求1至5任一项所述的去除废水重金属的系统，其特征在于，所述碱液为NaOH碱液或Ca(OH)2碱液。
7.如权利要求1至6任一项所述的去除废水重金属的系统，其特征在于，所述截留膜为纳米陶瓷膜。
8.如权利要求1至7任一项所述的去除废水重金属的系统，其特征在于，所述反应器中设置有搅拌机，用于搅拌使废水与碱液充分混合。
9.一种使用如权利要求1至8任一项所述的去除废水重金属的系统去除废水重金属的方法，其特征在于，包括：
通过所述反应器使含有重金属的废水与碱液进行混合反应，在合适的pH值环境下，使至少部分重金属离子转化成氢氧化物颗粒;
含有氢氧化物颗粒的混合液进入膜分离池，通过所述截留膜对混合液中的氢氧化物颗粒进行截留，截留形成的悬浮固体床层与所述截留膜协同进一步捕获氢氧化物颗粒以及未充分反应的重金属离子，捕获物成为所述悬浮固体床层的一部分而参与截留;清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。
10.如权利要求9所述的重金属废水处理方法，其特征在于，利用反应后形成的氢氧化物颗粒在膜分离池中进行积累，通过自絮凝作用形成浓度为12000～18000mg/L的高浓度悬浮固体床层，不需要投加混凝剂和絮凝剂。
说明书
一种去除废水重金属的系统和方法
技术领域
本发明涉及废水处理，特别是涉及一种去除废水重金属的系统和方法。
背景技术
重金属离子是水环境中重要的污染物之一，其主要来自矿山开采、有色金属冶炼以及化工等工业，有潜在的危害性，容易被生物所富集，通过食物链进入人体，并在人体器官中积聚，造成慢性中毒。如何有效治理重金属废水污染已成为人类共同关注的问题。
目前，传统重金属废水处理的方法大致可以分为三类：1)化学处理法，即废水中重金属离子通过发生化学反应除去的方法;2)物理处理法，使废水中的重金属离子在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩及分离的方法;3)生物处理法，借助微生物或植物的絮凝、吸收累积及富集等作用去除废水中重金属离子的方法。其中，国内绝大多数的重金属废水处理工艺均采用化学沉淀法，即通过调节pH值后进行混凝-沉淀工序，将水中的重金属以沉淀物的方式分离出来，此方法操作简单方便、价格低廉，但具有处理不完全、能耗高、受原水水质影响大以及产生大量有毒污泥等缺陷，出水水质勉强达到GB21900-2008中表2标准。
近年来，膜技术的出现改变了传统水处理的方式。膜分离技术是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液中溶质的化学形态，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。按照膜孔径来划分，膜技术可分为微滤、超滤、纳滤及反渗透。其中，纳滤和反渗透都可以直接拦截离子态物质，但操作压力较大，能耗较高，对进水水质有一定的要求。超滤作为截留颗粒态物质的过滤方式，有着巨大的潜力。若率先通过化学方法使重金属从离子态变成颗粒态物质，其粒径大小大于超滤膜膜孔，即可通过超滤膜进行去除，且过滤压力相对纳滤及反渗透要低得多。
膜技术按照材料的性质来划分，则可分为有机膜和无机膜。当前所用的超滤膜大多为有机膜，其机械强度和化学稳定性较差，使用年限短。无机膜的出现弥补了有机膜这一缺点。无机膜中的陶瓷膜具有机械强度高、化学稳定性好等优点，能够耐受极端污染环境和清洗条件，在水处理中的应用日渐增多。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种去除废水重金属的系统和方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种去除废水重金属的系统，包括：
反应器，用于使含有重金属的废水与碱液进行混合反应，使至少部分重金属离子转化成氢氧化物颗粒;
膜分离池，连接所述反应器，所述膜分离池内设置有截留膜，所述截留膜用于对混合反应后的混合液中的氢氧化物颗粒进行截留，截留形成的悬浮固体(SS)床层与所述截留膜协同进一步捕获氢氧化物颗粒以及未充分反应的重金属离子，捕获物成为所述悬浮固体床层的一部分而参与截留;清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。
进一步地：
所述膜分离池包括设置在所述截留膜的下方的污泥排放部，所述悬浮固体床层的悬浮固体浓度超出一定范围后产生的多余氢氧化物颗粒经所述污泥排放部排出。
所述污泥排放部包括锥形泥斗和污泥排放管道，所述多余氢氧化物颗粒借助重力作用落入所述锥形泥斗中并经污泥排放管道排出。
所述膜分离池内设置有曝气器，由曝气风机经曝气管道输气至所述曝气器，曝气形成搅拌作用以提高所述膜分离池内的悬浮固体床层浓度均匀性，并形成对膜表面的擦洗作用以缓解膜污染。
所述截留膜的膜孔孔径范围在25～100nm。
所述碱液为NaOH碱液或Ca(OH)2碱液。
所述截留膜为纳米陶瓷膜。
所述反应器中设置有搅拌机，用于搅拌使废水与碱液充分混合。
一种使用所述的去除废水重金属的系统去除废水重金属的方法，包括：
通过所述反应器使含有重金属的废水与碱液进行混合反应，在合适的pH值环境下，使至少部分重金属离子转化成氢氧化物颗粒;
含有氢氧化物颗粒的混合液进入膜分离池，通过所述截留膜对混合液中的氢氧化物颗粒进行截留，截留形成的悬浮固体床层与所述截留膜协同进一步捕获氢氧化物颗粒以及未充分反应的重金属离子，捕获物成为所述悬浮固体床层的一部分而参与截留;清水则通过所述截留膜的膜孔，由膜抽吸泵抽送至清水箱。
进一步地，利用反应后形成的氢氧化物颗粒在膜分离池中进行积累，通过自絮凝作用形成浓度为12000～18000mg/L的高浓度悬浮固体床层，不需要投加混凝剂和絮凝剂。
本发明的有益效果：
根据本发明的原理，投加碱液调节废水pH值，使重金属离子转化成氢氧化物颗粒，利用高浓度SS床层捕获氢氧化物颗粒和未充分反应的重金属离子以及纳米陶瓷膜截留SS床层的办法，能够完全去除废水中的重金属污染物，使处理出水各重金属浓度能够稳定达到GB21900-2008中表3标准。
本发明解决了现有技术所没有解决的以下问题：
1.消除因投加絮凝剂和助凝剂所导致产泥量大的问题;
2.消除处理效果受水质变化的影响，重金属污染物得到完全去除;
3.减少处理工艺的占地面积、一次投资费用以及运行费用;
4.该方法在新建工程和改建工程均容易实现，操作简便，极易实现自动化，运行维护方便。
本发明的技术方案具有以下具体优点：
1)产泥量减少，污泥资源化利用。根据质量守恒定律，本发明所产污泥仅为水中重金属和所投加碱液的混合物，而没有掺杂常规工艺中的絮凝剂、助凝剂等药液，产泥量大大幅度减少，重金属纯度高，可用于污泥资源化回收。
2)减少占地面积。本发明实施时，仅需要接触反应器、膜分离池和清水箱，相对于传统工艺，工艺流程缩短，占地面积相应减少。
3)操作简便，极易实现自动化。该装置唯一需要控制的参数是pH值，pH值的控制在实际工程中可控性较高。
4)处理效果好，受原水水质影响较小。该装置的处理原理为：通过调整合适的pH值，使重金属离子转化成氢氧化物颗粒，尽管水中会含有未充分反应的重金属离子，但这些污染物都会被高浓度SS床层所捕获，SS床层中的颗粒粒径大于纳米陶瓷膜的膜孔，利用纳米陶瓷膜截留SS床层，即可达到去除重金属污染物的目的。如此一来，原水中重金属离子浓度的高低仅会影响到床层的SS浓度增长的快慢，其去除效果不会因此而影响，所以原水水质对该技术方法的处理效果几乎没有影响。