申请日2012.07.20
公开(公告)日2012.10.17
IPC分类号B01D61/58; C02F1/44; C02F9/02
摘要
本发明公开了一种含锰废水资源回收及零排放膜系统及其处理方法与应用。含锰废水资源回收及零排放膜系统包括微滤膜装置、纳滤膜装置A、海水淡化膜装置和纳滤膜装置B;微滤膜装置、纳滤膜装置A和海水淡化膜装置依次连接构成一个循环回路，微滤膜装置、纳滤膜装置A与纳滤膜装置B依次连接构成另一个循环回路。该系统为全流程过滤分离系统，以微滤膜过滤装置代替传统的板框压滤机，较好的改善了过滤效果;整个系统通过串联、并联方式将4个膜装置连接起来形成循环回路，可以连续运行，也使得膜使用寿命较长，长时间使用也不会出现膜污染、膜孔堵塞的现象，运行成本低，有利于企业的持续发展;其处理方法简单易行，可以实现资源回收及零排放。
权利要求书
1.一种含锰废水资源回收及零排放膜系统，其特征在于：包括微滤膜装置、 纳滤膜装置A、海水淡化膜装置和纳滤膜装置B;所述的微滤膜装置、纳滤膜装 置A和海水淡化膜装置依次连接构成一个循环回路，所述的微滤膜装置、纳滤膜 装置A与纳滤膜装置B依次连接构成另一个循环回路;
所述的微滤膜装置包括依次连接的含锰废水原水罐、微滤膜过滤装置和微 滤膜装置淡水罐;
所述的纳滤膜装置A包括纳滤膜过滤装置A、纳滤膜装置A浓水罐和纳滤 膜装置A淡水罐，纳滤膜过滤装置A分别与纳滤膜装置A浓水罐、纳滤膜装置 A淡水罐以及所述的微滤膜装置中的微滤膜装置淡水罐连接;
所述的海水淡化膜装置包括依次连接的海水淡化膜过滤装置和海水淡化膜 装置浓水回收罐，海水淡化膜过滤装置分别与所述的纳滤膜装置A中的纳滤膜装 置A浓水罐、微滤膜装置中的微滤膜装置淡水罐连接;
所述的纳滤膜装置B包括依次连接的纳滤膜过滤装置B和纳滤膜装置B淡 水罐，纳滤膜过滤装置B分别与所述的纳滤膜装置A中的纳滤膜装置A淡水罐、 微滤膜装置中的微滤膜装置淡水罐连接。
2.根据权利要求1所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统，其特征在于：
所述的微滤膜过滤装置含有微滤膜、膜壳和膜架，微滤膜设置于膜壳内，膜 壳设置于膜架上;
所述的纳滤膜过滤装置A含有纳滤膜、膜壳和膜架，纳滤膜装设置于膜壳 内，膜壳设置于膜架上;
所述的海水淡化膜过滤装置含有海水淡化膜、膜壳和膜架，海水淡化膜设置 于膜壳内，膜壳设置于膜架上;
所述的纳滤膜过滤装置B含有纳滤膜、膜壳和膜架，纳滤膜装设置于膜壳 内，膜壳装设置于膜架上。
3.根据权利要求1所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统，其特征在于：
所述的微滤膜装置还包括用于将液体由含锰废水原水罐输向微滤膜过滤装 置的提升泵A，提升泵A设置于所述的含锰废水原水罐和微滤膜过滤装置之间。
4.根据权利要求1所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统，其特征在于：
所述的纳滤膜装置A还包括用于将液体由微滤膜装置淡水罐输向纳滤膜过 滤装置A的提升泵B，提升泵B设置于所述的微滤膜装置淡水罐和纳滤膜过滤 装置A之间。
5.根据权利要求1所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统，其特征在于：
所述的海水淡化膜装置还包括用于将液体由纳滤膜装置A浓水罐输向海水 淡化膜过滤装置的提升泵C，提升泵C设置于所述的纳滤膜装置A浓水罐和海 水淡化膜过滤装置之间。
6.根据权利要求1所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统，其特征在于：
所述的纳滤膜装置B还包括用于将液体由纳滤膜装置A淡水罐输向纳滤膜 过滤装置B的提升泵D，提升泵D设置于所述的纳滤膜装置A淡水罐和纳滤膜 过滤装置B之间。
7.根据权利要求5所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统，其特征在于： 所述的提升泵C为2组串联的高压提升泵。
8.运用权利要求1～7任一项所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统实 现含锰废水资源回收及零排放的处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将含锰废水储存于含锰废水原水罐;
(2)启动微滤膜装置，使含锰废水原水进入微滤膜过滤装置进行错流过滤， 得到淡水A和浓水A;浓水A回流至含锰废水原水罐进行循环浓缩，淡水A进 入微滤膜装置淡水罐等待纳滤膜装置A的浓缩分离;
(3)启动纳滤膜装置A，使微滤膜装置淡水罐的淡水A进入纳滤膜过滤装 置A进行一次错流过滤，得到淡水B和浓水B，浓水B流至纳滤膜装置A浓水 罐等待海水淡化膜装置的浓缩，淡水B进入纳滤膜装置A淡水罐等待纳滤膜装 置B的浓缩分离;
(4)启动海水淡化膜装置，使纳滤膜装置A浓水罐的浓水B进入海水淡化 膜过滤装置进行错流过滤，得到淡水C、浓水C和浓水D，浓水D回流至纳滤膜 装置A浓水罐进行循环浓缩，至锰离子浓度为所需的15～25g/L时，将浓水C 放至海水淡化膜装置浓水回收罐，直接用于进行锰资源回收;淡水C回流至微滤 膜装置淡水罐进行循环浓缩;
(5)启动纳滤膜装置B，使纳滤膜装置A淡水罐的淡水B进入纳滤膜过滤 装置B进行二次错流过滤，得到淡水D和浓水E，浓水E回流至微滤膜装置淡 水罐进行循环浓缩，淡水D进入纳滤膜装置B淡水罐，直接作为生产用水使用。
9.权利要求1～7任一项所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统的应用， 其特征在于：所述含锰废水资源回收及零排放膜系统在处理含锰综合废水和尾 矿渣场渗滤液废水中得到应用。
说明书
含锰废水资源回收及零排放膜系统及其处理方法与应用
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种含锰废水资源回收及零排放膜系统及其处理方法与应用。
背景技术
我国约有213个锰矿区、保有储量达5.6亿吨，占世界第二位，分布于全国21个省、市、自治区，主要集中在桂西南地区、湘-黔-川三角地区、贵州遵义地区、辽宁朝阳地区、滇东南地区、湘中地区、湖南永州-道县地区和陕西汉中-大巴山地区，这8个地区的锰矿保有储量合计4.63亿吨，占全国总保有储量的82%，是我国当前和今后锰矿业的重要原料基地。
随着电解金属锰产品的延伸，如四氧化三锰、金属锰锭、锰铝合金等深加工产品的发展，电解金属锰产品的市场需求不断扩大，前景广阔。锰矿行业主要是通过电解锰的形式得到金属锰，但是在制备的过程中往往会产生大量的含锰废水、各类生产制程废水和废液，主要含有锰(Mn)、铬(Cr)、固体悬浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、色度等污染物，其中锰含量≥1600mg/L，氨氮含量≥1000mg/L，电导率(EC)≥10000μs/cm，远远超过了国家污水排放标准(锰一级标准2mg/L，氮氨二级标准30mg/L，EC≤1000μs/cm)，如果直接排放，将会严重污染环境，同时造成锰资源的损失。将此废水回收处理后用于电解锰生产，可实现锰资源的有效利用。
目前，锰矿业内主要采用混凝沉淀处理和膜处理相结合的方法除去废水中的锰污染物，即将废水中的锰转成Mn(OH)2沉淀后过滤除去。但是，Mn(OH)2的溶度积Ksp为1.9×10-13，当废水处理后的出水pH值为9时(GB8978-1996规定排放标准为pH=6～9)，根据Mn(OH)2的浓度积计算得废水中的Mn2+浓度为0.19mmol/L，即105mg/L，远远超过GB8978-1996规定的5mg/L的要求。为解决这一问题，电解锰企业在处理废水时先加入过量的碱，调节废水的pH值至11左右，将废水中的Mn2+去除至达到排放标准，充分沉淀后再用硫酸将pH反调至6～9。由于操作繁琐，运行费用高，企业难以保证废水稳定达标，而且容易造成膜污染、堵塞膜孔，从而使得曝气量和泵的抽吸水头增加，设施投入 大，运行成本高，不利于企业的持续发展。废水中的锰转化成废渣的形式，废渣中还夹杂着处理过程中产生的大量Fe(OH)3和CaSO4等杂质，难以得到再次利用，造成了锰资源的浪费。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种含锰废水资源回收及零排放膜系统。
本发明的另一目的在于提供运用上述系统实现含锰废水资源回收及零排放的处理方法。
本发明的再一目的在于提供所述含锰废水资源回收及零排放膜系统的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种含锰废水资源回收及零排放膜系统，包括微滤膜(OF膜)装置、纳滤膜(NF膜)装置A、海水淡化膜(HF膜)装置和纳滤膜装置B;所述微滤膜装置、纳滤膜装置A和海水淡化膜装置依次连接构成一个循环回路，所述微滤膜装置、纳滤膜装置A和纳滤膜装置B依次连接构成另一个循环回路;
所述的微滤膜装置包括依次连接的含锰废水原水罐、微滤膜过滤装置和微滤膜装置淡水罐;微滤膜装置的主要功能是去除含锰废水中的悬浮杂质、SS及色度，含锰废水经微滤膜装置进行错流过滤处理后，其Mn2+、Ca2+、Mg2+和NH3-N的含量、EC值无明显变化;含锰废水原水罐储存含锰废水原水，含锰废水原水通过微滤膜过滤装置进行错流过滤，得到淡水A和浓水A，浓水A可回流至含锰废水原水罐进行循环浓缩，淡水A则进入微滤膜装置淡水罐等待纳滤膜装置A的浓缩分离;
所述的微滤膜过滤装置含有微滤膜、膜壳和膜架，微滤膜设置于膜壳内，膜壳设置于膜架上;
所述的微滤膜装置还包括用于将液体由含锰废水原水罐输向微滤膜过滤装置的提升泵A，提升泵A设置于所述的含锰废水原水罐和微滤膜过滤装置之间;
所述的提升泵A为单组高压提升泵;
所述的纳滤膜装置A包括纳滤膜过滤装置A、纳滤膜装置A浓水罐和纳滤膜装置A淡水罐，纳滤膜过滤装置A分别与纳滤膜装置A浓水罐、纳滤膜装置A淡水罐以及所述的微滤膜装置中的微滤膜装置淡水罐连接;纳滤膜装置A 的功能是通过错流过滤处理将通过微滤膜装置初步分离的含锰废水浓缩;微滤膜装置淡水罐的淡水A经提升泵B进入纳滤膜过滤装置A进行一次错流过滤，得到淡水B和浓水B，浓水B流至纳滤膜装置A浓水罐等待海水淡化膜装置的浓缩分离，淡水B则进入纳滤膜装置A淡水罐等待纳滤膜装置B的浓缩分离;
所述的纳滤膜过滤装置A含有纳滤膜、膜壳和膜架，纳滤膜设置于膜壳内，膜壳设置于膜架上;
所述的纳滤膜装置A还包括用于将液体由微滤膜装置淡水罐输向纳滤膜过滤装置A的提升泵B，提升泵B设置于所述的微滤膜装置淡水罐和纳滤膜过滤装置A之间;
所述的提升泵B为单组高压提升泵;
所述的海水淡化膜装置包括依次连接的海水淡化膜过滤装置和海水淡化膜装置浓水回收罐，海水淡化膜过滤装置分别与所述的纳滤膜装置A中的纳滤膜装置A浓水罐、微滤膜装置中的微滤膜装置淡水罐连接;海水淡化膜装置的主要功能是通过错流过滤处理将含盐量高的含锰废水浓缩;纳滤膜装置A浓水罐的浓水B经提升泵C进入海水淡化膜过滤装置进行错流过滤，得到淡水C、浓水C和浓水D，浓水D回流至纳滤膜装置A浓水罐进行循环浓缩，直至锰离子浓度为所需的15～25g/L时，将浓水C放至海水淡化膜装置浓水回收罐，淡水C则回流至微滤膜装置淡水罐进行循环浓缩;最终回收的浓水C的锰离子浓度为20～25g/L，可以直接用于进行锰资源回收;
所述的海水淡化膜过滤装置含有海水淡化膜、膜壳和膜架，海水淡化膜设置于膜壳内，膜壳设置于膜架上;
所述的海水淡化膜装置还包括用于将液体由纳滤膜装置A浓水罐输向海水淡化膜过滤装置的提升泵C，提升泵C设置于所述的纳滤膜装置A浓水罐和海水淡化膜过滤装置之间;
所述的提升泵C为2组串联的高压提升泵;
所述的纳滤膜装置B包括依次连接的纳滤膜过滤装置B和纳滤膜装置B淡水罐，纳滤膜过滤装置B分别与所述的纳滤膜装置A中的纳滤膜装置A淡水罐、微滤膜装置中的微滤膜装置淡水罐连接;纳滤膜装置B的功能是将纳滤膜装置A的一次产水再进行二次错流过滤处理，以确保回用水的水质，其产水可以直接作为生产用水使用;纳滤膜装置A淡水罐的淡水B经提升泵D进入纳滤膜过 滤装置B进行二次错流过滤，得到淡水D和浓水E，浓水E回流至微滤膜装置淡水罐进行循环浓缩，淡水D进入纳滤膜装置B淡水罐，可以直接作为生产用水使用;
所述的纳滤膜过滤装置B含有纳滤膜、膜壳和膜架，纳滤膜设置于膜壳内，膜壳设置于膜架上;
所述的纳滤膜装置B还包括用于将液体由纳滤膜装置A淡水罐输向纳滤膜过滤装置B的提升泵D，提升泵D设置于所述的纳滤膜装置A淡水罐和纳滤膜过滤装置B之间;
所述的提升泵D为单组高压提升泵;
所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统是一个全流程过滤分离系统;
优选的，所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统还包括压力表、计量表、电导率(EC)在线监测仪和pH计;
所述的连接均采用连接管道进行连接;
所述的连接管道优选为硬聚氯乙烯(U-PVC)管;
所述的淡水是指经过滤处理得到的水;
所述的浓水是指经过滤处理后余下的浓液;
所述的错流过滤是指被过滤废水流向与出水(过滤后的水)流向成直角;
运用上述含锰废水资源回收及零排放膜系统实现含锰废水资源回收及零排放的处理方法，包括以下步骤：
(1)将含锰废水储存于含锰废水原水罐，以达到水质均匀的目的;
(2)启动微滤膜装置，使含锰废水原水进入微滤膜过滤装置进行错流过滤，得到淡水A和浓水A;浓水A回流至含锰废水原水罐进行循环浓缩，淡水A则进入微滤膜装置淡水罐等待纳滤膜装置A的浓缩分离;
(3)启动纳滤膜装置A，使微滤膜装置淡水罐的淡水A进入纳滤膜过滤装置A进行一次错流过滤，得到淡水B和浓水B，浓水B流至纳滤膜装置A浓水罐等待海水淡化膜装置的浓缩，淡水B则进入纳滤膜装置A淡水罐等待纳滤膜装置B的浓缩分离;
(4)启动海水淡化膜装置，使纳滤膜装置A浓水罐的浓水B进入海水淡化膜过滤装置进行错流过滤，得到淡水C、浓水C和浓水D，浓水D回流至纳 滤膜装置A浓水罐进行循环浓缩，直至锰离子浓度为所需的15～25g/L时，将浓水C放至海水淡化膜装置浓水回收罐，可以直接用于进行锰资源回收;淡水C则回流至微滤膜装置淡水罐进行循环浓缩;
(5)启动纳滤膜装置B，使纳滤膜装置A淡水罐的淡水B进入纳滤膜过滤装置B进行二次错流过滤，得到淡水D和浓水E，浓水E回流至微滤膜装置淡水罐进行循环浓缩，淡水D进入纳滤膜装置B淡水罐，可以直接作为生产用水使用;
所述的含锰废水资源回收及零排放膜系统可应用于处理含锰综合废水和尾矿渣场渗滤液废水;
所述的含锰综合废水来源于锰矿行业的电解车间;
所述的尾矿渣场渗滤液废水来源于锰矿行业制液车间粗滤和精滤后的尾矿渣;
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明采用全流程过滤分离系统处理含锰废水，以微滤膜过滤装置代替传统的板框压滤机，较好的改善了过滤效果;并且微滤膜装置、纳滤膜装置A和海水淡化膜装置依次连接构成一个循环回路，微滤膜装置、纳滤膜装置A和纳滤膜装置B依次连接构成另一个循环回路，整个系统可以连续运行，运行成本低，有利于企业的持续发展。
(2)本发明所用的系统操作简单，劳动强度小。整个系统通过串联、并联方式将微滤膜装置、纳滤膜装置A、海水淡化膜装置和纳滤膜装置B连接起来，使得膜使用寿命较长，长时间使用也不会出现膜污染、膜孔堵塞的现象，减少了因膜孔堵塞需要经常清洗或更换的运行费用及人力物力的损耗，节约了成本。
(3)使用本发明的含锰废水资源回收及零排放膜系统对含锰废水进行过滤处理，能够将含锰废水中的锰资源回收，并将排放水回收作为生产用水使用，实现了资源回收及零排放。
