申请日2012.04.01
公开(公告)日2012.07.25
IPC分类号C02F1/74; C02F1/76; C02F1/58; C02F1/28; C02F1/44; C02F1/78
摘要
本发明公开了一种氧化吸附一体化废水除砷装置及方法，属于废水除砷领域。其包括进水控制系统、反应器和微滤膜过滤系统，还包括曝气氧化系统、排泥系统和出水控制系统，所述的进水控制系统连接到反应器中;所述的微滤膜过滤系统位于反应器的中下部;所述的微滤膜过滤系统包括微滤膜组件和微滤膜;所述的排泥系统包括排泥阀和排泥管;所述的曝气氧化系统由曝气管、气体流量计、进气阀和空气泵通过管道依次连接组成。同时本发明还公开一种废水除砷的方法。本发明氧化吸附一体化废水除砷装置及方法，是将氧化、吸附和膜分离有机地结合，置于同一反应池内完成，具有便于工程应用、固定投资抵、运行成本低廉、能确保废水水质安全的深度除砷的优点。
权利要求书
1.一种氧化吸附一体化废水除砷装置，包括进水控制系统、反应器(5)和微滤膜过滤系统(6)，其特征在于，还包括曝气氧化系统、排泥系统和出水控制系统，所述的进水控制系统连接到反应器(5)中;所述的微滤膜过滤系统(6)位于反应器(5)的中下部，并且与出水控制系统相连接;所述的微滤膜过滤系统(6)包括微滤膜组件和微滤膜，微滤膜包裹在微滤膜组件上，所述微滤膜的孔径为0.l 微米～0.75 微米;所述的排泥系统包括排泥阀(17)和排泥管，排泥阀(17)位于排泥管上，用于控制排泥管的开闭，排泥管的一端连接在反应器(5)的底部或反应器(5)侧壁的下半部分;所述的曝气氧化系统由曝气管(16)、气体流量计(15)、进气阀(14)和空气泵(13)通过管道依次连接组成，曝气管(16)位于反应器(5)内部的中下部，通过管道伸出反应器(5)的外部，气体流量计(15)、进气阀(14)和空气泵(13)位于反应器(5)的外部;所述的出水控制系统由出水阀门(8)、抽吸泵(9)和出水管(10)依次连接组成，出水阀门(8)与微滤膜过滤系统(6)通过管道连接;所述的出水控制系统的连接管道上有真空表(7)，连接在出水阀门(8)和微滤膜过滤系统(6)之间的管道上，用于读取出水控制系统抽吸的气压。
2.根据权利要求1所述的氧化吸附一体化废水除砷装置，其特征在于：还包括反冲洗系统和吸附剂投加管(18)，所述的反冲洗系统包括冲洗管(12)和反冲洗阀门(11)，所述的冲洗管(12)通过反冲洗阀门(11)接在反冲洗系统真空表(7)和出水阀门(8)之间;所述的吸附剂投加管(18)的一端伸入反应器(5)中。
3.根据权利要求1所述的氧化吸附一体化废水除砷装置，其特征在于：所述的进水控制系统由进水管(1)、提升泵(2)、高位水箱(3)和恒位水箱(4)通过管道依次连接构成，在废水有重力流的情况下也可直接连接恒位水箱(4)上。
4.一种氧化吸附一体化废水除砷方法，包括以下步骤：
(1)将待处理的受砷污染废水通过进水控制系统加入反应器(5)中;
(2)空气泵(13)向反应器(5)内加入氧化剂进行曝气，将水中三价砷氧化为五价砷，并进行搅拌混合，气水比为4∶1～20∶1范围内;
(3)向反应器(5)内投加吸附剂，用来吸附砷;
(4)水在反应器(5)中反应10～60min后，出水控制系统启动，抽出处理后的水。
5.根据权利要求4所述的氧化吸附一体化废水除砷方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(5)打开排泥系统的排泥阀(17)，排放饱和吸附剂，控制吸附剂在反应器(5)内的停留时间在1d～5d;
(6)微滤膜过滤系统(6)的清洗，关闭出水控制系统，开启反冲洗系统，将反冲洗系统与水泵连接，使水通过微滤膜过滤系统(6)流入反应器(5)中，对反应器(5)中的微滤膜过滤系统(6)进行清洗。
6.如权利要求4所述的氧化吸附一体化废水除砷方法，其特征在于：所述步骤(1)的受砷污染废水中砷可以是无机三价砷，也可以是无机五价砷，总砷浓度小于10 mg/L。
7.如权利要求4所述的氧化吸附一体化废水除砷方法，其特征在于：所述步骤(2)中的氧化剂可以是空气，也可以是空气与臭氧或氯气组成的混合气体，混合气体中空气所占的体积为95%~99%。
8.根据权利要求4所述的氧化吸附一体化废水除砷方法，其特征在于：所述步骤(3)中的吸附剂为氧化铁或氧化锰，吸附剂其外形尺寸为50微米～1000微米，吸附剂投加量为50~200 mg/L。
9.根据权利要求4所述的氧化吸附一体化废水除砷方法，其特征在于：所述步骤(4)中的出水控制系统抽水时抽吸压力为0.7kPa～7kPa，膜通量在50L/m2·h～200L/m2·h范围内。
说明书
氧化吸附一体化废水除砷装置及方法
技术领域
本发明涉及废水除砷领域，更具体地说，涉及一种采用微滤膜的氧化吸附一体化废水除砷装置及方法。
背景技术
水体砷污染是一个全球性问题。基于地球化学和突发性水污染事故，据统计我国受到废水砷污染的人口约占世界的30%。鉴于砷对人体健康的巨大危害，美国疾病控制中心和国际癌症研究机构都将其定为第一类致癌物质。许多国家及世界卫生组织都对排放废水中砷的含量制定了严格标准。国内外机构还计划今后将含砷废水排放标准由0.5 mg/L升级为0.1 mg/L。因此，世界各国都把开发经济、高效、实用的废水深度除砷技术作为环境保护和安全健康工作的重点工作之一。同时，工业生产废水和事故性废水中含有的砂砾、淤泥、黏土等颗粒物质和贾第虫、隐孢子虫、藻类和一些细菌较难去除，也成为水污染控制关注重点之一。因此，世界各国都把开发经济、高效、实用的废水除砷技术作为环境保护和安全健康工作的重点工作之一。废水中的砷主要以无机砷酸盐(五价砷)和亚砷酸盐(三价砷)的形式存在，其中三价砷毒性大、难去除，是开发废水除砷技术的重中之重。
近年来，氧化铁、氧化锰为代表的除砷吸附剂的研发和应用，获得重大进展。但是大颗粒吸附剂需要固定床吸附装置，投资大、维护繁琐、不灵活;小颗粒吸附剂机械强度低、沉降性能不理想、固液分离困难，吸附剂易进入废水给水管道，造成二次污染;并且此类吸附剂对于“两虫”、水蚤和藻类都不能有效去除。
近年来，膜分离技术在水污染控制领域受到了极大的关注。反渗透膜可以从水体中有效分离重金属、砷等无机污染物，但是其孔径小、压差大、对辅助设备要求高，因此由于造价和运行费用高，难以在环保领域大规模应用。微滤又称微孔过滤，属于精密过滤，虽然几乎不能去除水中无机砷，但是能有效截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒物质和贾第虫、隐孢子虫、藻类及一些细菌等微生物。
中国专利号：200910226721.3公开日：2011-06-29，公开了一种高效率的含砷废水处理方法，该发明提供了处理含砷废水完整方法，它能通过自氧性氧化铁流杆菌预先催化氧化处理As3+，将亚砷酸离子氧化为砷酸离子，然后加入钙化合物聚集水中含砷废物，进行两次固液分离，且污泥可以再次进入废水进行循环除砷，处理后废水砷含量极低，且其排出的含砷污泥经干燥、焙烧变成无害物填埋，排出的水可直排。但是该专利处理的工艺复杂，需要自氧性氧化铁流杆菌的配合，成本较高，而且该发明需要多个反应槽配合工作，占地面积较大，增大了生产成本。
中国专利号201110197594.6，公开日2012年02月15日，公开一种处理废水中砷的方法，该发明属于湿法冶金及环保技术领域，该发明为：向含砷溶液中加入含铁离子的溶液，在15-75℃下，使Fe离子与As离子的摩尔比为1-5，搅拌均匀后，用碱调节反应体系的pH值为2-12，并使反应体系在此pH值下继续反应0.17-72小时，形成第一步的含砷共沉淀物;向第一步已经形成的含砷共沉淀物中继续投加金属离子溶液，在15-75℃下，使金属离子与As离子的摩尔比为0.1-5，而后用碱调节反应体系的pH值为2-12，形成最终的含砷共沉淀物，使废水中As离子形成高稳定性的含砷固体废弃物。该发明两步共沉淀方法的使用在保证了废水除砷效果的同时提高了含砷固体废弃物的稳定性，大大降低了含砷废渣二次污染的风险。但是该发明只是将废水中的砷吸附到吸附剂中，也仅仅是停留在实验室阶段，放到工业废水处理时，要使用很多大型的反应设备，也是比较占用体积，吸附剂和处理后的废水分离比较费时费力，成本较高，而且不能过滤水中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒物质和贾第虫、隐孢子虫、藻类及一些细菌等微生物。
文献检索表明，对于采用微滤膜的氧化吸附一体化废水除砷装置及方法并未见文献报道。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有废水除砷装置及方法占地面积大，处理成本较高，而且不能过滤水中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒物质和贾第虫、隐孢子虫、藻类及一些细菌等微生物的问题，本发明提供一种氧化吸附一体化废水除砷装置及方法，将氧化、吸附和膜分离有机地结合，置于同一反应池内完成除砷过程，是一种便于工程应用、固定投资抵、运行成本低廉、并能同时过滤去除水中的包括砂砾、淤泥、黏土等颗粒物质和贾第虫、隐孢子虫、藻类及一些细菌等微生物的除砷装置及工艺。
2.技术方案
本发明的技术方案如下：
一种氧化吸附一体化废水除砷装置，包括进水控制系统、反应器和微滤膜过滤系统，还包括曝气氧化系统、排泥系统和出水控制系统，所述的进水控制系统连接到反应器中;所述的微滤膜过滤系统位于反应器的中下部，并且与出水控制系统相连接;所述的微滤膜过滤系统包括微滤膜组件和微滤膜，微滤膜包裹在微滤膜组件上，所述微滤膜的孔径为0.l 微米～0.75 微米;所述的排泥系统包括排泥阀和排泥管，排泥阀位于排泥管上，用于控制排泥管的开闭，排泥管的一端连接在反应器的底部或反应器侧壁的下半部分;所述的曝气氧化系统由曝气管、气体流量计、进气阀和空气泵通过管道依次连接组成，曝气管位于反应器内部的中下部，通过管道伸出反应器的外部，气体流量计、进气阀和空气泵位于反应器的外部;所述的出水控制系统由出水阀门、抽吸泵和出水管依次连接组成，出水阀门与微滤膜过滤系统通过管道连接;所述的出水控制系统的连接管道上有真空表，连接在出水阀门和微滤膜过滤系统之间的管道上，用于读取出水控制系统抽吸的气压。
还包括反冲洗系统和吸附剂投加管，所述的反冲洗系统包括冲洗管和反冲洗阀门，所述的冲洗管通过反冲洗阀门接在反冲洗系统真空表和出水阀门之间;所述的吸附剂投加管的一端伸入反应器中。
所述的进水控制系统由进水管、提升泵、高位水箱和恒位水箱通过管道依次连接构成，在废水有重力流的情况下也可直接连接恒位水箱上。
一种氧化吸附一体化废水除砷方法，包括以下步骤：
(1)将待处理的受砷污染废水通过进水控制系统加入反应器中;
(2)空气泵向反应器内加入氧化剂进行曝气，将水中三价砷氧化为五价砷，并进行搅拌混合，气水比为4∶1～20∶1范围内;
(3)向反应器内投加吸附剂，用来吸附砷;
(4)水在反应器中反应10～60min后，出水控制系统启动，抽出处理后的水;
进一步的，还包括以下步骤：
(5)打开排泥系统的排泥阀，排放饱和吸附剂，控制吸附剂在反应器内的停留时间在1d～5d;
(6)微滤膜过滤系统的清洗，关闭出水控制系统，开启反冲洗系统，将反冲洗系统与水泵连接，使水通过微滤膜过滤系统流入反应器中，对反应器中的微滤膜过滤系统进行清洗。
所述步骤(1)的受砷污染废水中砷可以是无机三价砷，也可以是无机五价砷，总砷浓度小于10 mg/L。
所述步骤(2)中的氧化剂可以是空气，也可以是空气与臭氧或氯气组成的混合气体，混合气体中空气所占的体积为95%~99%。
所述步骤(3)中的吸附剂为氧化铁或氧化锰，吸附剂其外形尺寸为50微米～1000微米，吸附剂投加量为50~200 mg/L。
所述步骤(4)中的出水控制系统抽水时抽吸压力为0.7kPa～7kPa，膜通量在50L/m2·h～200L/m2·h范围内。
3.有益效果
采用本发明提供的装置及方法，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明巧妙地将废水处理工艺中的氧化、吸附与膜分离单元有机地结合起来，将氧化、吸附与膜分离置于同一个反应器内完成，显著降低了工程造价与运行费用，大幅度减少了占地面积，易于维护管理，便于推广应用;
(2)本发明采用孔径在0.l 微米～0.75微米范围内的微滤膜，处理后废水中砷含量小于0.1 mg/L，达到排放标准，在去除废水中砷的同时，还能同时过滤去除过滤水中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒物质和贾第虫、隐孢子虫、藻类及一些细菌等微生物;
(3)本发明采用颗粒形尺寸在50微米～1000微米范围内的氧化铁和氧化锰为吸附剂，能有效将无机砷从水体中去除，而且价格便宜，有效地降低处理成本;
(4)本发明采用较低的膜抽吸压力与膜通量，进一步降低了能耗，并能有效延缓膜污染，减少膜物理清洗与化学清洗的次数，并且带有反冲洗系统，对膜的清洗方便，延长膜的使用寿命，减少该工艺的维护运行费用;
(5)本发明利用曝气氧化作用将高毒性、难去除的三价砷转化为低毒性、易去除的五价砷;利用吸附剂高效的吸附富集作用将无机砷从废水中分离去除;最后利用微滤膜高效的截留能力将反应器内的饱和吸附剂回收，为吸附剂后续的再生、重复利用创造了条件，能有效的去处水中的砷