申请日2018.10.08
公开(公告)日2019.01.01
IPC分类号C02F9/04; C22B7/00
摘要
本发明公开了一种废水中重金属离子的资源化处理方法与装置，基于Gibbs函数研究了不同pH下实际涂装废水中沉淀产物的形成机制，找到使金属离子沉淀的最佳pH值;将原水通过陶瓷平板膜过滤，去除SS、油类等;滤液进入混凝沉淀池，调节最适pH值分离出铁离子的沉淀物;上清液进入碱洗池，调节最适pH值分离出镍离子的沉淀物;上清液进入后续中和池，调节最适pH值分离出锌离子的沉淀物。本发明有益效果是：实现了铁、锌、镍三种涂装废水中的金属离子的回收，避免金属离子形成的沉淀物对环境造成不利影响，操作简便，工艺简单，回收率高。
权利要求书
1.一种废水中重金属离子的资源化处理装置，其特征是：包括依序连通的陶瓷平板膜池(1)、混凝沉淀池(2)、碱洗池(3)、中和池(4)和PLC控制器(501)，所述陶瓷平板膜池(1)内底部设有曝气泵(108);所述混凝沉淀池(2)、碱洗池(3)、中和池(4)中分别设有混凝区和沉淀区，所述混凝区设有搅拌装置和加药装置;所述PLC控制器(501)分别设有伸入所述混凝沉淀池(2)、碱洗池(3)、中和池(4)内搅拌区的监测探头和与所述加药装置、曝气泵(108)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种废水中重金属离子的资源化处理装置，其特征是：所述混凝沉淀池(2)通过与碱洗池(3)相接的侧壁低与碱洗池(3)连通，所述碱洗池(3)通过与中和池(4)相接的侧壁底与中和池(4)连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种废水中重金属离子的资源化处理装置，其特征是：所述的陶瓷平板膜池(1)的进水通过管道与水泵(101)连接，池内设有陶瓷平板膜组件(102)，陶瓷平板膜组件(102)上部通过管道依次连接阀门(104)和过滤水泵(103)，通过阀门(104)控制过滤水泵(103)的抽停水，过滤水泵(103)后面的管道与混凝沉淀池(2)连接;陶瓷平板膜组件(102)上部通过管道还依次连接阀门(106)和反冲洗水泵(105)，陶瓷平板膜池(1)底部设有曝气装置(107)通过管道连接曝气泵(108);
所述的混凝沉淀池(2)通过管道与过滤水泵(103)连接，隔板(204)将混凝沉淀池(2)分为混凝区(212)和沉淀区(213)两部分，混凝区(212)内设有搅拌装置(201)并通过搅拌桨(202)与池上部的搅拌电机(203)连接，过氧化氢加药罐(207)连接计量泵(208)通过管道连接到混凝区(212)内，氢氧化钠加药罐(209)连接计量泵(210)通过管道连接到混凝区(212)内，隔板(204)与斜板(211)之间形成导流缝(205)，混凝区(212)与沉淀区(213)经导流缝(205)连接，池底部设有排泥管(206);
所述的碱洗池(3)的进水由混凝沉淀池(2)的沉淀区(213)溢流过来，隔板(304)将碱洗池(3)分为混凝区(310)和沉淀区(311)两部分，混凝区(310)内设有搅拌装置(301)并通过搅拌桨(302)与池上部的搅拌电机(303)连接，氢氧化钠加药罐(307)连接计量泵(308)通过管道连接到混凝区(310)内，隔板(304)与斜板(309)之间形成导流缝(305)，混凝区(310)与沉淀区(311)经导流缝(305)连接，池底部设有排泥管(306);
所述的中和池(4)进水由碱洗池(3)的沉淀区(311)溢流过来，池内通过隔板(404)将碱洗池分为混凝区(411)和沉淀区(412)两部分，混凝区(411)内设有搅拌装置(401)并通过搅拌桨(402)与池上部的搅拌电机(403)连接，盐酸加药罐(407)连接计量泵(408)通过管道连接到混凝区(411)内，隔板(404)与斜板(410)之间形成导流缝(405)，混凝区(411)与沉淀区(412)经导流缝(405)连接，池底部设有排泥管(406)，出水由出水管(407)排出;所述的PLC控制器(501)与加药装置的各个计量泵电连接。
4.根据权利要求3所述的一种废水中重金属离子的资源化处理装置，其特征是：经陶瓷平板膜池(1)过滤后的过滤水由阀门(104)控制经过过滤水泵(103)进入混凝沉淀池(2)，所述陶瓷平板膜组件(102)还连接反冲洗管道，由阀门控制(106)通过反冲洗水泵(105)泵入反冲洗水对膜组件进行清洗。
5.根据权利要求1所述的一种废水中重金属离子的资源化处理装置，其特征是：所述的搅拌装置采用三叶螺旋桨，所述三叶螺旋桨的叶片为三个弯曲叶片形成，将水与药物快速搅拌均匀且将水向上提升，在混凝区内将水进行循环流动。
6.一种根据权利要求1所述的废水中重金属离子的资源化装置的处理方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一、废水在陶瓷平板膜池(1)内过滤：原水由进水泵(101)泵入陶瓷平板膜池内(1)，在过滤水泵(103)的抽吸作用下，废水透过膜流经管道进入到混凝沉淀池(2)内，油类、SS杂质被截留在陶瓷平板膜组件(102)表面;对膜组件进行清洗时，在反冲洗水泵(105)的作用下，清水被泵入到陶瓷平板膜组件(102)内部，同时配合曝气装置(107)产生的气泡将附着在陶瓷平板膜组件(102)表面的物质清洗掉;
步骤二、经过步骤一的废水溢流进入混凝沉淀池(2)内沉淀：通过混凝区(212)内的探头(502)将废水的pH以及二价铁离子的浓度反映到PLC控制器(501)中，PLC控制器(501)控制计量泵(208)与计量泵(210)的开关使混凝区(212)内废水的pH保持在3-5，且二价铁离子消失，然后计量泵(208)将加药罐(207)中的过氧化氢加入到混凝沉淀池(2)的混凝区(212)中，将Fe2+氧化为Fe3+，计量泵(210)将加药罐(209)中的氢氧化钠加入到混凝沉淀池(2)的混凝区(212)中，调节pH为4，搅拌装置(201)通过搅拌提升形成环流将药剂与废水均匀混合，Fe3+与氢氧根离子形成Fe(OH)3沉淀，在沉淀区(213)中完成沉淀;
步骤三、经过步骤二的废水进入碱洗池(3)内沉淀：混凝区(310)内的探头(503)将废水的pH以反映到PLC控制器(501)中，PLC控制器(501)控制计量泵(308)的开关来保证混凝区(212)内废水的pH保持在11-13，沉淀区(213)的上清液溢流进入碱洗池(3)的混凝区(310)中，计量泵(308)将加药罐(307)中的氢氧化钠加入到碱洗池(3)的混凝区(310)中，调节pH到9，搅拌装置(301)通过搅拌提升形成环流将药剂与废水均匀混合，锌、镍离子与氢氧根离子形成Ni(OH)2沉淀和Zn(OH)2沉淀，继续加过量碱，调节pH到12，Zn(OH)2沉淀溶解，留在水中的Ni(OH)2沉淀物在沉淀区(311)完成沉淀;
步骤四、经过步骤三的废水进入中和池(4)内，混凝区(411)内的探头(504)将废水的pH以反映到PLC控制器(501)中，PLC控制器(501)控制计量泵(409)的开关来保证混凝区(212)内废水的pH保持在8-10，沉淀区(311)的上清液溢流到中和池(4)的混凝区(411)内，计量泵(409)将加药罐(408)中的盐酸加入到中和池(4)的混凝区(411)内，中和过量碱，调节pH到9，锌离子与氢氧根离子形成Zn(OH)2沉淀，在沉淀区(412)中完成沉淀，被斜板(410)截留下来，出水经出水管(407)排出。
7.根据权利要求书6所述的废水中重金属离子的资源化的处理方法，其特征是：所述步骤三，铁离子沉淀后上清液需要进入到碱洗池(3)，加碱后锌、镍离子形成沉淀，Zn(OH)2是一种两性化合物，可溶于酸或碱，加过量碱使锌离子沉淀溶解，可以得到镍离子沉淀，含锌离子的上清液进入中和池(4)的混凝区(411)内，加酸调节pH使锌离子重新形成沉淀。
8.根据权利要求书6所述的废水中重金属离子的资源化的处理方法，其特征是：步骤一所述陶瓷平板膜进出水形式为外进内出，材料为氧化铝，孔径为0.1μm，可处理废水的pH范围为2～12，颗粒去除率≥95%，通量为50LMH，运行方式为9.5min抽吸/0.5min反冲洗，膜清洗采用在线清洗的方式，反冲洗结合曝气清洗膜。
说明书
废水中重金属离子的资源化处理方法与装置
技术领域
本发明涉及涂装废水回收技术领域，具体涉及一种废水中重金属离子的资源化处理方法与装置。
背景技术
据统计，我国每年自行车喷涂工艺产生的废水大约为35亿吨，每年汽车喷涂工艺产生的废水大约为80亿吨。涂装废水水质复杂，化学耗氧量含量高，一般为1200～2000mg/L，可生化性差，污水可生化降解性的指标：5日生化需氧量与化学需氧量的比值<0.3。涂装酸性强，pH=1.5～3.0，含有大量铁、镍、锰、锌、Cl-、SO42-等多种无机污染物，如锌离子浓度为250～300mg/L。
混凝沉淀是处理涂装废水传统且常见的工艺，采用此工艺必然会产生大量重金属沉淀物，这种废物被定义为危险废物。目前全世界危险废物的年产量超过4×108吨，我国危险废物的年产量逐年增加，年平均增长率比较高，到2015年，我国危险废物的年产量达到6000万吨。
危险废物的危害主要有两个方面：不恰当的排放和贮存，危险废物在雨水及地下水的长期渗透和扩散作用下，水体及土壤收到污染;人体接触后会对人体健康产生不利影响，甚至致癌。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的第一目的是提供一种能够分步回收涂装废水中的金属离子的装置。
本发明的第二目的是提供一种能够满足危险废物的处置减量化、资源化、无害化的要求的重金属离子发生沉淀的处理方法。
为实现上述目的，针对汽车涂装废水中的金属元素通过不同pH下不同金属离子产生沉淀物的原理，将三种金属离子从废水中分离出来，分别回收。
本发明采用的技术方案是：一种废水中重金属离子的资源化处理装置，包括依序连通的陶瓷平板膜池、混凝沉淀池、碱洗池、中和池和PLC控制器，所述陶瓷平板膜池内底部设有曝气泵;所述混凝沉淀池、碱洗池、中和池中分别设有混凝区和沉淀区，所述混凝区设有搅拌装置和加药装置;所述PLC控制器分别设有伸入所述混凝沉淀池、碱洗池、中和池内搅拌区的监测探头和与所述加药装置、曝气泵电连接。
所述混凝沉淀池通过与碱洗池相接的侧壁低与碱洗池连通，所述碱洗池通过与中和池相接的侧壁底与中和池连通。
所述的陶瓷平板膜池的进水通过管道与水泵连接，池内设有陶瓷平板膜组件，陶瓷平板膜组件上部通过管道依次连接阀门和过滤水泵，通过阀门控制过滤水泵的抽停水，过滤水泵后面的管道与混凝沉淀池连接;陶瓷平板膜组件上部通过管道还依次连接阀门和反冲洗水泵，陶瓷平板膜池底部设有曝气装置通过管道连接曝气泵;
所述的混凝沉淀池通过管道与过滤水泵连接，隔板将混凝沉淀池分为混凝区和沉淀区两部分，混凝区内设有搅拌装置并通过搅拌桨与池上部的搅拌电机连接，过氧化氢加药罐连接计量泵通过管道连接到混凝区内，氢氧化钠加药罐连接计量泵通过管道连接到混凝区内，隔板与斜板之间形成导流缝，混凝区与沉淀区经导流缝连接，池底部设有排泥管;
所述的碱洗池的进水由混凝沉淀池的沉淀区溢流过来，隔板将碱洗池分为混凝区和沉淀区两部分，混凝区内设有搅拌装置并通过搅拌桨与池上部的搅拌电机连接，氢氧化钠加药罐连接计量泵通过管道连接到混凝区内，隔板与斜板之间形成导流缝，混凝区与沉淀区经导流缝连接，池底部设有排泥管;
所述的中和池进水由碱洗池的沉淀区溢流过来，池内通过隔板将碱洗池分为混凝区和沉淀区两部分，混凝区内设有搅拌装置并通过搅拌桨与池上部的搅拌电机连接，盐酸加药罐连接计量泵通过管道连接到混凝区内，隔板与斜板之间形成导流缝，混凝区与沉淀区经导流缝连接，池底部设有排泥管，出水由出水管排出;
所述的PLC控制器与加药装置的各个计量泵电连接。
经陶瓷平板膜池过滤后的过滤水由阀门控制经过过滤水泵进入混凝沉淀池，所述陶瓷平板膜组件还连接反冲洗管道，由阀门控制通过反冲洗水泵泵入反冲洗水对膜组件进行清洗。
所述的搅拌装置采用三叶螺旋桨，所述三叶螺旋桨的叶片为三个弯曲叶片形成，将水与药物快速搅拌均匀且将水向上提升，在混凝区内将水进行循环流动。
本发明采用的另一种技术方案是：一种废水中重金属离子的资源化处理方法，包括以下步骤：
步骤一、废水在陶瓷平板膜池内过滤：原水由进水泵泵入陶瓷平板膜池内，在过滤水泵的抽吸作用下，废水透过膜流经管道进入到混凝沉淀池内，油类、SS杂质被截留在陶瓷平板膜组件表面;对膜组件进行清洗时，在反冲洗水泵的作用下，清水被泵入到陶瓷平板膜组件内部，同时配合曝气装置产生的气泡将附着在陶瓷平板膜组件表面的物质清洗掉;
步骤二、经过步骤一的废水溢流进入混凝沉淀池内沉淀：通过混凝区内的探头将废水的pH以及二价铁离子的浓度反映到PLC控制器中，PLC控制器控制计量泵与计量泵的开关使混凝区内废水的pH保持在3-5，且二价铁离子消失，然后计量泵将加药罐中的过氧化氢加入到混凝沉淀池的混凝区中，将Fe2+氧化为Fe3+，计量泵将加药罐中的氢氧化钠加入到混凝沉淀池的混凝区中，调节pH为4，搅拌装置通过搅拌提升形成环流将药剂与废水均匀混合，Fe3+与氢氧根离子形成Fe(OH)3沉淀，在沉淀区中完成沉淀;
步骤三、经过步骤二的废水进入碱洗池内沉淀：混凝区内的探头将废水的pH以反映到PLC控制器，PLC控制器控制计量泵的开关来保证混凝区内废水的pH保持在11-13，沉淀区的上清液溢流进入碱洗池的混凝区中，计量泵将加药罐中的氢氧化钠加入到碱洗池的混凝区中，调节pH到9，搅拌装置通过搅拌提升形成环流将药剂与废水均匀混合，锌、镍离子与氢氧根离子形成Ni(OH)2沉淀和Zn(OH)2沉淀，继续加过量碱，调节pH到12，Zn(OH)2沉淀溶解，留在水中的Ni(OH)2沉淀物在沉淀区完成沉淀;
步骤四、经过步骤三的废水进入中和池内，混凝区内的探头将废水的pH以反映到PLC控制器中，PLC控制器控制计量泵的开关来保证混凝区内废水的pH保持在8-10，沉淀区的上清液溢流到中和池的混凝区内，计量泵将加药罐中的盐酸加入到中和池的混凝区内，中和过量碱，调节pH到9，锌离子与氢氧根离子形成Zn(OH)2沉淀，在沉淀区中完成沉淀，被斜板截留下来，出水经出水管排出。
所述步骤三，铁离子沉淀后上清液需要进入到碱洗池，加碱后锌、镍离子形成沉淀，Zn(OH)2是一种两性化合物，可溶于酸或碱，加过量碱使锌离子沉淀溶解，可以得到镍离子沉淀，含锌离子的上清液进入中和池的混凝区内，加酸调节pH使锌离子重新形成沉淀。
步骤一所述陶瓷平板膜进出水形式为外进内出，材料为氧化铝，孔径为0.1μm，可处理废水的pH范围为2～12，颗粒去除率≥95%，通量为50LMH，运行方式为9.5min抽吸/0.5min反冲洗，膜清洗采用在线清洗的方式，反冲洗结合曝气清洗膜。
本发明的有益效果是：
(1)原水经过陶瓷平板膜池在膜过滤的作用下，悬浮物去除率可达到95%以上，油类去除率可达99%以上，膜经过反冲洗加曝气后，膜功能恢复正常。
(2)混凝沉淀池内加过30%的H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，加50%的NaOH调节pH到4左右，使得铁离子生成沉淀，铁离子的回收率接近99%，纯度接近80%;碱洗池内，加50%的NaOH调节pH到12左右，使得镍离子生成沉淀，镍离子的回收率接近100%，纯度为80%～95%;中和池内，加1mol/L的HCL调节pH到9左右，使得锌离子生成沉淀，锌离子的回收率接近100%，纯度为85%～95%。
(3)混凝沉淀池的混凝区内的三叶螺旋立式搅拌桨可将水提升形成水流的循环，使得絮凝区内的反应更加充分，将水提升上来，水中还未反应的药物再次被利用，药物的利用率增加，减少药物消耗量。
