申请日2016.10.19
公开(公告)日2017.02.22
IPC分类号C02F9/04; C02F101/20
摘要
本发明涉及一种含铜废水的处理方法及装置;使机械搅拌反应器中的放射性含铜废水与碱式碳酸铜晶种、碳酸钠通过机械搅拌进行化学反应，使沉淀物在晶种碱式碳酸铜表面沉积，形成大粒径密实的晶体颗粒物快速沉淀到机械搅拌反应器底部，以去除大部分铜离子;小颗粒的沉淀物和晶种随上清液进入膜分离器，颗粒物经中空纤维膜分离后进一步去除铜离子，使出水的铜浓度大幅度降低。该方法形成的颗粒物粒径大、结构密实、沉降性能好，有效克服了化学沉淀法产泥量大，沉淀物沉降性能差的缺点，提高了铜处理的浓缩倍数，同时没有造成严重的膜污染，是一种经济实用的含铜废水处理方法。
摘要附图
权利要求书
1.一种含铜废水的处理方法，其特征是步骤如下：
1)投加晶种：向机械搅拌反应器一次性加入碱式碳酸铜晶种，反应器排空前不再投加晶种;
2)机械搅拌预处理：向机械搅拌反应器投加过量的碳酸钠，经过机械搅拌后，废水中的铜离子与碱式碳酸铜晶种、碳酸钠反应生成大粒径密实颗粒物，随后静置沉淀使颗粒物沉积到机械搅拌反应器底部;反应完成后CO32-过量;
3)膜分离处理：机械搅拌预处理后的含铜废水上清液进入膜分离器，在曝气搅拌作用下继续反应生成颗粒物，经中空纤维膜分离后出水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的一次性加入碱式碳酸铜晶种为0.5-1.0g/L。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤2)中含铜废水在机械搅拌预处理完成后，机械搅拌反应器内过量的CO32-不少于50mg/L。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的步骤2)中含铜废水在机械搅拌反应器中停留时间为15-30min，机械搅拌时间不少于5min、沉淀时间不少于10min。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的含铜废水在膜分离器中的停留时间为30-45分钟。
6.实现权利要求1的含铜废水的处理装置，其特征是废水经进水泵连接机械搅拌反应器上部的进口，机械搅拌反应器的上清液管道经过提升泵连接膜分离器上部的进口，膜分离器内的中空纤维膜通过出水管与电动阀和出水泵连接;储药桶经过加药泵连接到机械搅拌反应器上部的进药口，机械搅拌器和液位计安装在机械搅拌器内，鼓风机连接到膜分离器底部的进气口，液位计安装在膜分离器内。
7.如权利要求6所述的装置，其特征是所述的中空纤维膜为水处理中常用的微滤膜或超滤膜。
说明书
一种含铜废水的处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种含铜废水的处理技术，确切地说是从废水中去除铜离子。
背景技术
铜资源在地球上的分布很广，铜金属在工业中的应用很多。近些年来，随着铜矿的开采、金属加工、机械制造等行业的发展，剧增的工业活动和大量排放的工业废水导致了环境中重金属铜的污染加剧。铜可进入水体、土壤中进而对生态环境和人体都会产生危害。人类过度摄入铜会导致严重的粘膜刺激和腐蚀，胃部不适和溃疡，肝和肾损伤，慢性铜中毒和大脑损伤。无论从对生态环境安全还是人体健康的角度来讲，铜都是具有危害性的重金属。因此需要将铜从源头废水中去除，以保护生态环境的安全和人体的健康。
化学沉淀法是指通过引入合适的阴离子到水中与Cu2+形成沉淀，再利用固液分离手段将沉淀物与水分离的方法。常用的沉淀剂有石灰、硫化物、碳酸钠等。化学沉淀法工艺流程简单，操作方便，运行费用低，适用于一般含铜废水的处理;然而，化学沉淀法形成的沉淀物CuS颗粒粒径细小，从水体中分离困难;Cu(OH)2为絮状体、沉降性能差，且Cu(OH)2污泥产量大，浓缩倍数(处理的废水总体积与产生的污泥体积之比)低。
这两种沉淀法中沉淀物和水体分离都比较困难，而利用诱导结晶法引入晶种能够改善这两种工艺中形成沉淀的液固分离特性。诱导结晶沉淀法是指向水体中加入矿物颗粒作为晶种，使Cu2+的沉淀物在其表面结晶析出而达到增大沉淀颗粒尺寸和改善沉降性能的目的。通常会加入石英砂作为晶种，加入碳酸钠作为沉淀剂，然而碳酸钠的投量在一定程度上决定了铜的去除率，碳酸钠投量过低，没有足够的碳酸根和铜反应，除铜效果不好，投量过高，导致pH值升高进而有絮状沉淀氢氧化铜的生成。
目前的大多数研究，虽然已经可以控制碳酸钠和铜的摩尔比(反应中碳酸钠的浓度和铜离子的浓度之比)在一定值使得在诱导结晶反应中完全生成晶体改善沉淀物性能，但出水仍不能达到我国生活饮用水标准1.0mg/L(GB5749-2006)。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了机械搅拌联用中空纤维膜分离的方法来去除废水中的铜离子。采用机械搅拌和膜分离联用，操作简单方便，自动化程度高，适合大规模工程化应用。本发明通过机械搅拌预处理，可以使废水中的铜离子与碳酸钠和碱式碳酸铜晶种形成大粒径、结构密实、沉降性能好的颗粒物，有效减缓了中空纤维膜组件的的污染速率，延长了膜的使用寿命，同时显著提高了铜的去除效果和污泥浓缩倍数，减少了污泥量。
本发明的技术方案如下：
一种含铜废水的处理方法，步骤如下：
1)投加晶种：向机械搅拌反应器一次性加入碱式碳酸铜晶种，反应器排空前不再投加晶种;
2)机械搅拌预处理：向机械搅拌反应器投加过量的碳酸钠，经过机械搅拌，废水中的铜离子与碱式碳酸铜晶种、碳酸钠反应生成大粒径密实颗粒物，随后沉淀使颗粒物沉积到机械搅拌反应器底部;反应完成后CO32-过量;
3)膜分离处理：机械搅拌预处理后的含铜废水上清液进入膜分离器，在曝气搅拌作用下继续反应生成颗粒物，经中空纤维膜分离后出水。
所述的一次性加入碱式碳酸铜晶种为0.5-1.0g/L。
所述的步骤2)中含铜废水在机械搅拌预处理完成后，机械搅拌反应器内过量的CO32-不少于50mg/L。
所述的步骤2)中含铜废水在机械搅拌反应器中的停留时间为15-30min，其中搅拌时间不少于5min、沉淀时间不少于10min。
所述的含铜废水在膜分离器中的停留时间为30-45分钟。
本发明的含铜废水的处理装置，是废水经进水泵1连接机械搅拌反应器2上部的进口，机械搅拌反应器2的上清液管道经过提升泵3连接膜分离器4上部的进口，膜分离器4内的中空纤维膜5通过出水管与电动阀6和出水泵7连接;储药桶8经过加药泵9连接到机械搅拌反应器2上部的进药口，机械搅拌器10和液位计11安装在机械搅拌器2内，鼓风机12连接到膜分离器4底部的进气口，液位计13安装在膜分离器4内。
所述的中空纤维膜为水处理中常用的微滤膜或超滤膜。
该方法通过反应器中投加一定量的碱式碳酸铜晶种，然后向原水中投加一定量碳酸钠作为沉淀剂，并通过机械搅拌使之混合均匀并进行化学反应，即铜离子和碳酸钠在水中形成碱式碳酸铜并且在碱式碳酸铜晶种表面沉积，形成大粒径密实的晶体颗粒物快速沉淀到机械搅拌器底部，以去除大部分铜离子;小颗粒的碱式碳酸铜晶体随上清液进入膜分离器，颗粒物经中空纤维膜分离后进一步去除铜离子，使出水的铜浓度大幅度降低。
本发明的含铜废水处理装置采用自动控制运行。
本发明的有益效果在于：本发明的实施，能够显著提高含铜废水中铜污泥的沉降性能和浓缩倍数，同时提高了水中铜离子的去除效果，减少了铜对环境和公众的潜在危害。基于该方法的反应器可以根据需要设计成固定式或移动式装置，设计规模也可以灵活选取，适用于一般含铜废水处理，应用前景广阔，环境效益显著。
