申请日2012.12.20
公开(公告)日2014.06.25
IPC分类号C02F9/04
摘要
一种污泥动态成核絮凝的重金属废水深度处理方法，包括：使重金属废水依次通过一级反应单元、二级混合单元和三级絮凝单元，通过投加酸液或碱液，使一级反应单元中水的pH值保持在5～9.2，二级混合单元中水的pH值保持在7.8～8.2，按浓度3～10mg/L向二级混合单元中投加无机混凝剂，按浓度5～15mg/L向三级絮凝单元中投加有机高分子絮凝剂;将三级絮凝单元处理后的产物送入固液分离单元处理，获得处理水和絮凝污泥，将20%～30%的絮凝污泥回流至所述一级反应单元作为混凝和絮凝主体。本方法具有净化效果稳定，排污总量低，处理成本低等特点。
权利要求书
1.污泥动态成核絮凝的重金属废水深度处理方法，其特征在于，包括：
使重金属废水依次通过一级反应单元、二级混合单元和三级絮凝单元，通过投加酸液或碱液，使一级反应单元中水的pH值保持在5～9.2，二级混合单元中水的pH值保持在7.8～8.2，按浓度3～10mg/L向二级混合单元中投加无机混凝剂，按浓度5～15mg/L向三级絮凝单元中投加有机高分子絮凝剂;
将三级絮凝单元处理后的产物送入固液分离单元处理，获得处理水和絮凝污泥，将20%～30%的絮凝污泥回流至所述一级反应单元作为混凝和絮凝主体。
2.根据权利要求1所述的污泥动态成核絮凝的重金属废水深度处理方法，其特征在于，还包括：分别用pH在线监测仪和液位监测仪监测pH值和液位，并用控制装置对各在线监测仪的输出值采集和处理，进而自动控制无机混凝剂、有机高分子絮凝剂、酸液和碱液的投加顺序和投加量。
3.根据权利要求1所述的污泥动态成核絮凝的重金属废水深度处理方法，其特征在于，向二级混合单元中投加的无机混凝剂与所述回流的絮凝污泥的重量比为5-10：95-90。
4.根据权利要求1所述的污泥动态成核絮凝的重金属废水深度处理方法，其特征在于，进一步还包括将固液分离后的处理水送入多元膜分离系统进行处理，所述多元膜分离系统的处理工艺包括砂滤、活性炭过滤、微滤、超滤和反渗透。
说明书
污泥动态成核絮凝的重金属废水深度处理方法
技术领域
本发明涉及工业废水 处理方法，特别是用于重金属污染行业的废水处理方法。
背景技术
在重金属污染行业废水净化体系中，混凝沉淀技术一直占据主导地位。重金属污染行业废水中的各类污染物，通过混凝沉淀净化工艺处理后，最终以沉淀污泥的形式去除。这类传统重金属废水处理工艺一般采用二级混凝沉淀处理工艺，混凝剂有二级都使用三氯化铁(或硫酸铝聚铝)、聚丙烯酰胺的，也有第一级混凝采用三氯化铁、聚丙烯酰胺，第二级混凝采用硫酸铝、聚丙烯酰胺的。虽然各企业多年来一直立足于改进强化重金属废水处理混凝工艺，但因原水水质波动幅度大，其混凝沉淀净化效果一直处于不稳定状态，始终存在废水排污总量高(只基本满足浓度达标排放)，含重金属污泥量多及废水处理成本高的问题。
重金属污染行业现行通用的回用水工艺主要以砂滤～活性炭过滤～微滤～超滤～反渗透多级膜回用水工艺为主，该工艺理论上可分级截留悬浮物质、胶体粒子、有机物及溶解性无机盐，污染物总截留量大于98%。该工艺深度处理达到排放标准的工业废水，其出水水质优于自来水水质，电导率低于150μs/cm，pH在6～7.5之间，可满足生产用水水质需求。但实际运行中绝大多数企业都无法达到60%的预期目标，绝大多数企业该类回用水设施只在运行初期能达到预期目标，运行一段时间后因产水率急速下降而停用搁置，现运行的回用水设施效能也比较低，难以达到回用率60%以上的预期目标。这主要是因为经传统工艺处理后达标排放的重金属工业废水还无法满足该回用水工艺的进水要求，导致该回用水设施污染负荷过载，净水效能在短时间内急速下降，无法正常运行。
污泥动态成核絮凝工艺技术的前身加载絮凝高效澄清技术在欧洲国家及美国、日本家已有近20年的应用历史，象法国Veolia Water公司开发的ACTIFLO工艺，从92年到现在，已在法国、美国、英国、加拿大和亚洲的马来西亚等国家的自来水厂得到广泛的应用。我国近年来也开始在电厂废水再生、洗车废水回用处理、沉淀池排泥水和滤池反洗水处理、给水厂处理高浊度水工艺改进、洗煤废水及高炉煤气洗涤处理、强化生活污水一级处理、造纸废水处理等水处理领域进行了中试及生产性试验研究。其研究结果均表明，加载絮凝高速澄清工艺尽管目前在我国尚处于初级使用阶段，但因其具有处理效率高效果好、污泥量少、抗冲击负荷能力强、操作简单灵活、占地面积小等优点，因此在我国具有良好的应用前景，尤其在水资源及土地资源紧张的大中城市。
发明内容
本发明的目的是针对现有重金属废水的水质波动幅度大，导致的净化效果不稳定、排污总量高、处理成本高等缺陷，提供一种污泥动态成核絮凝的重金属废水深度处理方法。
本发明提供的污泥动态成核絮凝的重金属废水深度处理方法，包括：
使重金属废水依次通过一级反应单元、二级混合单元和三级絮凝单元，通过投加酸液或碱液，使一级反应单元中水的pH值保持在5～9.2，二级混合单元中水的pH值保持在7.8～8.2，按浓度3～10mg/L向二级混合单元中投加无机混凝剂，按浓度5～15mg/L向三级絮凝单元中投加有机高分子絮凝剂;
将三级絮凝单元处理后的产物送入固液分离单元处理，获得处理水和絮凝污泥，将20%～30%的絮凝污泥回流至所述一级反应单元作为混凝和絮凝主体。
优选地，所述重金属废水深度处理方法还包括：分别用pH在线监测仪和液位监测仪监测pH值和液位，并用控制装置对各在线监测仪的输出值采集和处理，进而自动控制无机混凝剂、有机高分子絮凝剂、酸液和碱液的投加顺序和投加量。
优选地，向二级混合单元中投加的无机混凝剂与所述回流的絮凝污泥的重量比为5-10：95-90，回流的絮凝污泥起主要混凝作用，无机混凝剂起补充混凝作用。
优选地，所述重金属废水深度处理方法进一步还包括：将固液分离后的处理水送入多元膜分离系统进行处理，所述多元膜分离系统的处理工艺包括砂滤、活性炭过滤、微滤、超滤和反渗透。
本发明重金属废水深度处理方法是在加载絮凝高效澄清技术基础上，进一步深化絮凝形态学理论，开发研制的新型高效固液分离方法，由于以回流的絮凝污泥—胶质凝核为絮凝主体，与少量絮凝剂及混凝剂相配合，其絮凝效率可以随原水水质的波动自行调节，因此能够基本消除原水水质波动对混凝沉淀效果的影响，同时，可以节省大量混凝剂、絮凝剂，可以节省约50%的成本。而且，本发明重金属废水深度处理方法絮凝速度快于传统工艺，大幅度缩短了水力停留时间;同时其净水效能及产泥系数均得到了优化，产泥量可减少60%～70，污染物排放总量可减少50%～80%。
具体实施方式
建立一套包含原水槽、一级反应单元、二级混合单元、三级絮凝单元、折板沉淀池(固液分离单元)的废水处理装置，并设置药剂投加装置、在线监测装置、原水泵、回流泵等。药剂投加装置包括酸试剂投加罐、碱试剂投加罐、混凝剂投加罐和絮凝剂投加罐，在线监测装置包括pH在线监测仪和液位监测仪。通过上述装置可实现污泥回流后动态成核作为絮凝主体高效处理重金属废水，药剂投加量及pH值都可以通过在线监测装置和自动控制系统得到精确控制，出水可持续满足多元膜分离系统进水水质要求。
具体处理方法包括：使重金属废水依次通过一级反应单元、二级混合单元和三级絮凝单元，通过投加酸液或碱液，使一级反应单元中水的pH值保持在5～9.2，二级混合单元中水的pH值保持在7.8～8.2，按浓度3～10mg/L向二级混合单元中投加无机混凝剂，按浓度5～15mg/L向三级絮凝单元中投加有机高分子絮凝剂;
将三级絮凝单元处理后的产物送入折板沉淀池进行固液分离，将折板沉淀池中沉淀的絮凝污泥以20%～30%的比例回流至所述一级反应单元作为混凝和絮凝主体。
通过精确严密的在线监测及自动控制，能够对化学药剂、无机混凝剂、有机高分子絮凝剂的投加顺序和投加量进行控制，对各级反应的有效pH范围进行调节，使得重金属废水经快速接触絮凝反应后持续生成致密的成核絮凝体，实现高效去除水中颗粒污染物及降低产泥系数。
实验1：
重金属废水之一：水温15～41℃，pH值2～5，悬浮物SS浓度5～150mg/L， COD浓度30～150mg/L, Pb浓度0.2～10mg/L，Zn浓度0.1～10mg/L。
采用上述方法处理，工艺参数如下：一、pH值调控范围：一级反应单元pH值9～9.2，二级混合单元pH值7.8～8.2;二、污泥回流比例20%～25%(体积比);三、无机混凝剂采用聚合硫酸铁，以铁计，投加浓度为3～10mg/L，有机高分子絮凝剂采用聚丙烯酰胺，投加浓度为3～10mg/L。回流污泥与投加的无机混凝剂的重量比可达95：5。
处理后，出水pH值7.2～8.5，悬浮物SS浓度0.5～3mg/L，COD浓度18～50mg/L,Pb浓度0.01～0.15mg/L，Zn浓度0.01～0.15mg/L。
污泥排放量仅为 0.62～0.7kg/m3 ，处理成本1.5元/ m3。
实验2：
重金属废水之二：水温20～38℃，pH值3～9，悬浮物SS浓度100～390mg/L， COD浓度160～490mg/L,Cr+6 浓度0.3～15mg/L，Zn浓度 0.1～10mg/L。
采用上述方法处理，工艺参数如下：一、pH值调控范围：一级反应单元pH值5～6，二级混合单元pH值7.8～8.2;二、污泥回流比例25%～30%(体积比);三、无机混凝剂采用聚合硫酸铁，以铁计，投加浓度为3～10mg/L，有机高分子絮凝剂采用聚丙烯酰胺，投加浓度为3～10mg/L。回流污泥与投加的无机混凝剂的重量比可达90：10。
处理后，出水pH值7.2～8.5，悬浮物SS浓度0.9～5mg/L， COD浓度25～80mg/L, Cr+6 浓度0.01～0.15mg/L，Cr+3 浓度0.01～0.5mg/L，Zn 浓度0.01～0.15mg/L。
污泥排放量仅为 1.1～1.5kg/m3 ，处理成本 1.8元/ m3 。
实验3：
重金属废水之三：水温15～38℃，pH值1.5～11，悬浮物SS浓度5～90mg/L， COD浓度40～100mg/L, Cu浓度0.3～160mg/L，Ni 0.1～8mg/L。
采用上述方法处理，工艺参数如下：一、pH值调控范围：一级反应单元pH值9～9.5，二级混合单元pH值7.8～8.2;二、污泥回流比例20%～30%(体积比);三、无机混凝剂采用聚合硫酸铁，以铁计，投加浓度为3～10mg/L，有机高分子絮凝剂采用聚丙烯酰胺，投加浓度为3～10mg/L。回流污泥与投加的无机混凝剂的重量比可达90：10。
处理后，出水pH值7.2～8.5，悬浮物SS浓度0.9～5mg/L， COD浓度25～80mg/L, Cu浓度0.15～0.30mg/L，Ni浓度0.01～0.03mg/L。
污泥排放量仅为1.2～1.8kg/m3 ，处理成本 2.5元/ m3 。
为了进一步提高处理后的水质，本发明重金属废水深度处理方法还可以进一步将上述处理方法与重金属回用的多元膜分离技术协同联用。更具体地说，本发明重金属废水深度处理方法进一步还包括：将折板沉淀池固液分离后的水送入多元膜分离系统进行处理，所述多元膜分离系统的处理工艺包括砂滤、活性炭过滤、微滤、超滤和反渗透。由于本发明方法中，折板沉淀池固液分离后的水质能够持续满足多元膜分离回用水系统的进水水质要求，有效解决了多元膜回用水系统因快速堵塞而无法持续高效稳定运行的瓶颈问题，而且能够延长膜寿命50%～80%,可以预见，二者的协同联用，在重金属污染行业减排及资源化领域具有广阔的应用前景。
