申请日2019.06.25
公开(公告)日2019.09.27
IPC分类号C02F9/02; C02F101/20; C02F101/32; C02F101/22
摘要
本发明涉及环境保护中的废水处理领域，特别涉及一种含固含油低浓度重金属废水的处理方法及其系统，该方法是首先利用具有深层过滤沸腾床分离器去除废水中的固体颗粒;然后利用纤维聚结过滤器控制和去除废水中油及微乳态中包覆的油;最后利用重金属离子吸附塔深度去除废水中的离子态重金属污染物，使出水达到相关排放标准。整个处理系统仅有达到标准的废水外排，无其他废液排放。该方法可实现炼油、电厂、电镀等行业含固含油废水中重金属污染物的深度去除，出水水质达到相关排放标准。
权利要求书
1.一种含固含油低浓度重金属废水深度处理方法，该方法是废水先通过沸腾床分离器去除其中含重金属颗粒的固体颗粒，再通过聚结过滤器去除非溶解油，最后通过重金属离子吸附塔去除离子态重金属污染物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废水中固含量不高于2000mg/L，油含量不高于1000mg/L，重金属总含量不高于20mg/L。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废水在经过沸腾床分离器后固含量降至10mg/L以下。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废水在经过聚结过滤器后油含量降至15mg/L以下。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，经沸腾床分离器、聚结过滤器及重金属离子吸附塔净化处理后，废水中多种重金属离子同步达到国家或地方排放标准。
6.一种含固含油低浓度重金属废水深度处理系统，采用如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述沸腾床分离器为间歇运行，连续运行一定时间达到额定最高压降后进行反冲洗;反冲洗采用气液混合物，反冲洗水来自本系统的出口净化水;反冲洗产生的浓缩液排出沸腾床分离器，经压滤设备分离，滤液返回沸腾床过滤器入口，滤饼做为固废外排处理;反冲气体从沸腾床分离器顶部排出后经气液旋流器分离，旋流器顶部气体送至火炬燃烧，底部收集液与浓缩液混合送至压滤设备。
7.一种含固含油低浓度重金属废水深度处理系统，采用如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述重金属离子吸附塔为间歇运行，吸附剂达到饱和后进行原位再生;在吸附塔入口加入一定量的萃洗剂，萃洗剂进入混合器后再加入沉淀剂生成含重金属的沉淀物，随后含固废液经泥浆泵进入压滤设备过滤，得到重金属滤饼，滤液返回重金属离子吸附塔入口;吸附塔内吸附剂加入本系统的出口净化水淋洗，再加入再生剂浸泡一定时间实现再生;再生剂循环使用。
8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述沸腾床分离器和离子吸附塔均至少采用一开一备的操作方法。
9.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，其中深层过滤沸腾床分离器中的过滤介质通过反冲洗和旋流分离实现原位再生;吸附塔中吸附剂达到饱和时，通过萃取交换实现吸附剂原位再生，富集的重金属离子通过沉淀剂沉淀压滤得到重金属滤饼，重金属萃取交换液循环使用。
10.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述含固含油低浓度重金属废水经除固、除油和除重金属后成为净化水排放，其中部分净化水回用于沸腾床分离器的反冲洗以及冲洗离子吸附塔中吸附剂上的萃取剂。
说明书
一种含固含油低浓度重金属废水深度处理方法及其系统
技术领域
本发明属于环境保护中的废水处理领域，涉及含固、含油、含低浓度颗粒态及离子态重金属废水的处理系统，适用于石油炼制、电厂等行业废水中重金属、尤其是I类重金属污染物的深度去除。具体地说，提供了一种含固含油废水中低浓度重金属污染物分级脱除系统。
背景技术
重金属离子是水环境中主要的污染物之一。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷等I类污染物,还包括具有毒性的重金属铜、锌、钴、镍、锡、钒等污染物。这些重金属在水环境中不能被分解，通过浮游等生物的富集和扩大等变化毒性变大，因此会给人类的生命健康及生态环境带来非常严重的危害。目前，重金属废水处理方法大致可以分为三类：化学法、物理法、生物法。
一、化学法
1、化学沉淀法
在工业废水中投加某种化学物质，使其与废水中某些溶解性物质发生反应，生成难溶盐而沉淀下来，这种方法称为化学沉淀法。该法设备简单，化学性质稳定。但操作时反应缓慢,含盐高,而且不适用于含Hg和络合物废水。由于受沉淀剂和环境条件的影响，沉淀法往往出水重金属浓度达不到要求，需作进一步处理，同时，产生的重金属沉淀物中包含化学药剂和沉淀剂，废渣处理量大。由于沉淀物含有重金属，均需经过危废处理与处置，否则会造成二次污染。
2、电解法
电解法是利用金属的电化学性质，金属离子在电解时能够从相对高浓度的溶液中分离出来，然后加以利用。电解法主要用于电镀废水的处理，但电解法不适于处理较低浓度的含重金属离子的废水。
二、物理法
物理法主要包含溶剂萃取分离、离子交换法、膜分离法及吸附法。
1、溶剂萃取法
溶剂萃取法是利用重金属离子在有机相与水相溶解度不同,使重金属浓缩于有机相进行分离的方法。此法可连续操作，分离效果好，但在萃取过程中涉及液 -液分离，能源消耗大，并且萃取液还需进一步处理。
2、离子交换法
离子交换法是利用离子交换剂与金属离子进行交换,达到去除废水中重金属离子的方法。离子交换纤维是一种新型纤维状吸附与分离材料,具有比表面积大、吸附和解吸速度快等优点。离子交换法处理容量大,可回收重金属,无二次污染,但离子交换剂易被氧化,需频繁再生,操作费用高。
3、膜分离法
膜分离法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液的化学形态使溶质和溶剂进行分离和浓缩的方法。膜分离法具有成本低、占地少、无二次污染的优点。但重金属浓缩到一定浓度时，膜分离效率需要定期更换，且有些粒子不能完全除去。
4、吸附法
吸附法是一种应用多种具有高比面积或特殊功能团的吸附材料去除废水中重金属离子的方法。吸附法的关键是吸附剂的选择。传统的吸附剂有活性炭、沸石、粘土矿物等天然物质。活性炭能同时吸附多种重金属离子，去除率高吸附容量大，但造价贵，再生效率低。
三、生物处理法
生物处理法是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法，包括生物吸附、生物絮凝、植物修复等方法。
1、生物吸附
生物吸附法是指生物体借助化学作用吸附金属离子的方法。藻类和微生物菌体对重金属有很好的吸附作用，并且具有成本低、选择性好、吸附量大、浓度适用范围广等优点。但生物吸附法易受环境因素的影响，微生物对重金属的吸附具有选择性，而重金属废水常含有多种有害重金属，影响微生物的作用，应用上受限制。
2、生物絮凝法
生物絮凝法是借助微生物或微生物的代谢物进行絮凝沉淀的一种方法。生物絮凝剂安全无毒、无二次污染、絮凝效果好，有广泛的应用前景，但也有不利之处,如成本高,活体生物絮凝剂保存困难等。
尽管目前针对重金属离子的去除已开发出如上所述的多种方法，但是对于复杂工况下低浓度重金属废水的处理，如固体颗粒、非溶解油单独或组合存在于低浓度重金属废水中，现有单种技术存在较多问题：处理能耗大，低浓度重金属难以处理达标，且效率不高，设备长期稳定运行难，投资大和运行维护费用高等问题;尤其针对含固、含油废水中，低浓度重金属污染物去除的难度大大增加，去除效率较低，重金属污染物处理难以达到国家、行业和地方排放标准。
中国发明专利申请公开说明书CN201811424764.8公开的一种低浓度重金属废水处理系统，处理效果明显，但在预处理过程中使用腐植酸树脂滤板易造成堵塞，且不易清洗，增大维护成本。中国发明专利申请公开说明CN201711184176.7 公开的一种重金属废水一体化净化工艺，其包括过滤、渗透反应格栅反应、电絮凝处理和活性炭过滤等步骤，渗透反应格栅经长期运行后易堵塞，造成处理量不足、压差过大，可能导致无法正常投用。
中国发明专利申请公开说明书CN201811084665.X公开的一种含油重金属废水工业的处理方利法，通过加入破乳剂和混凝剂去除油脂，再通过流化床与碳酸钠试剂去除工业废水中的重金属离子。但是该方法设备有需要设置大型的搅拌器用于对废水与破乳剂和混凝剂混合均匀，令设备大型化，运行费用高，且重金属离子去除不彻底。中国发明专申请公开说明书CN201710693280.2公开的一种工业含油重金属废水的处理方法，该方法可应对多种工况下的重金属废水且处理效果良好，但π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜为一次性吸附膜，不可重复使用，增加净化成本。中国发明专利申请公开说明书CN20071003108.7公开的一种低浓度重金属生物吸附剂及制备方法和应用，采用活性污泥制备活体生物吸附剂，利用活体微生物对重金属的附着作用，基本实现了从废水中吸附去除低浓度重金属。但微生物对环境因素较为敏感且制备过程复杂，难以大规模应用于各行业多种重金属废水的处理。
综上，对于石油炼制、电厂等行业所产生的含固、含油、低浓度重金属废水，废水排放环境复杂、重金属种类繁多，现有的重金属废水的处理工艺难以应对复杂工况下低浓度重金属废水的处理净化，例如具有定向选择性的生物法并不适应多金属种类的工况;化学法需添加大量药剂，产生大量危险废弃物，并且残留的药剂本身将产生二次污染。物理法效率高、不产生二次污染，可循环使用，成本低，其中吸附法对于低浓度重金属废水最为经济，因此本发明基于吸附法对重金属进行处理。而复杂工况下低浓度重金属废水的处理，如固体颗粒、非溶解油单独或组合存在都将大大降低吸附剂的吸附效率。因此必须针对含固、含油低浓度重金属废水进行预处理，使吸附剂达到最高的吸附效率。
发明人经过广泛而深入的研究后发现，在含固含油低浓度重金属废水的净化过程中，先用沸腾床分离器、聚结过滤器对低浓度重金属废水进行预处理，以去除废水中的固体颗粒(含重金属颗粒)、非溶解油，而后废水经重金属离子吸附塔吸附脱除处理后进一步去除其中的离子态重金属污染物。该系统通过将沸腾床分离器、聚结过滤器和重金属离子吸附塔依据废水的实际情况选择性搭配组合使用，有效解决了含固含油低浓度重金属废水的处理净化问题，并且此系统相比其他重金属废水的处理系统设备成本更低、能耗更低、去除效果更好、运行更可靠且基本不产生二次污染。
发明内容
本发明针对现有生产废水中重金属污染物处理难以达到国家、行业、地方重金属排放标准的问题，提供了一种含固含油低浓度重金属废水深度处理系统，解决了同步除固、除油和低浓度重金属深度去除的问题。
本发明提供了一种含固含油低浓度重金属废水深度处理系统，该系统包括：废水先通过沸腾床分离器去除其中含重金属的固体颗粒，然后通过聚结过滤器去除非溶解油，最后通过重金属离子吸附塔去除离子态重金属污染物。
在一个优选的实施方式中，所述废水中固含量不高于2000mg/L，油含量不高于1000mg/L，重金属总含量不高于20mg/L。
在另一个优选的实施方式中，正常操作时，所述废水在经过沸腾床分离器后固含量降至10mg/L以下，避免堵塞后续纤维聚集除油器和重金属离子吸附塔设备。
在另一个优选的实施方式中，正常操作时，所述废水在经过聚结过滤器后油含量降至15mg/L以下，避免后续重金属离子吸附塔出现吸附剂粘附大量油而效率降低。
在另一个优选的实施方式中，正常操作时，经沸腾床分离器、聚结过滤器及重金属离子吸附塔净化处理后，废水达到国家、行业或地方排放标准。
在另一个优选的实施方式中，所述沸腾床分离器为间歇运行，连续运行一定时间后达到额定压降即进行反冲洗。反冲洗采用气液混合物，反冲水为本系统出口净化水。反冲洗产生的浓缩液排出沸腾床分离器，经压滤设备分离，滤液返回沸腾床过滤器入口，滤饼做为固废外排处理。反冲气体从沸腾床分离器顶部排出后经气液旋流器分离，旋流器顶部气体送至火炬燃烧，底部收集液与浓缩液混合送至压滤设备。
在另一个优选的实施方式中，所述重金属离子吸附塔为间歇运行，连续运行一段时间后即进行吸附剂的原位再生。首先在吸附塔入口加入一定量的萃洗剂，萃洗剂经混合器(加入沉淀剂)，泥浆泵，压滤设备得到含重金属滤饼。滤液返回离子吸附塔入口。然后引入本系统出口净化水冲洗。接着加入再生剂使吸附剂原位再生。最后就压缩气体将吸附塔的再生剂压回再生剂储罐。
在另一个优选的实施方式中，所述沸腾床分离器和离子吸附塔至少采用一开一备的操作方法，为满足大流量要求，也可采用多台并联，其中有不少于一台处于备用状态。
在另一个优选的实施方式中，所述废水中平均固含量低于10mg/L时，可取消沸腾床分离器。
在另一个优选的实施方式中，所述废水中非溶解油含量低于15mg/L时，可取消聚结过滤器。
在另一个优选的实施方式中，所述废水经除固、除油和除重金属后成为净化水排放，其中部分净化水回用于沸腾床分离器的反冲洗以及冲洗离子吸附塔中吸附剂上的萃取剂。