公布日：2023.03.28
申请日：2022.11.21
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本申请涉及废水处理系统的技术领域，具体公开了一种含镍废水处理系统及其使用方法。一种含镍废水处理系统，包括预处理系统和脱盐系统；所述预处理系统包括：含镍废水调节池，pH调节池，预沉池、中间水池；所述脱盐系统包括：多介质过滤器、超滤器、超滤水池、纳滤器、纳滤水池、反渗透器和反渗透水池。本申请的废水处理系统可用于处理电镀、工业等含镍废水，其具有处理成本低、对镍的去除效率高，废水回收率高的优点。
权利要求书
1.一种含镍废水处理系统，其特征在于：包括预处理系统和脱盐系统；所述预处理系统包括：含镍废水调节池，pH调节池，预沉池、中间水池；所述脱盐系统包括：多介质过滤器、超滤器、超滤水池、纳滤器、纳滤水池、反渗透器和反渗透水池。
2.根据权利要求1所述的一种含镍废水处理系统，其特征在于：所述超滤器内包括超滤膜，所述超滤膜为表面负载有碳纳米管的膜。
3.根据权利要求2所述的一种含镍废水处理系统，其特征在于，所述超滤膜的制备方法包括以下步骤：按质量比1:80-100取石墨烯分散液和PVA分散液，将石墨烯分散液喷涂至超滤膜表面，得到中间物，在中间物上喷洒PVA分散液，洗涤，干燥，得到表面负载有碳纳米管的膜。
4.根据权利要求1所述的一种含镍废水处理系统，其特征在于：所述纳滤器中包括纳滤膜，所述纳滤膜为抗污染纳滤膜，所述抗污染纳滤膜的制备包括以下步骤：将超滤膜浸渍于水相溶液中，取出，再将超滤膜浸渍于油相中，烘箱热处理，取出，反渗透水溶液中浸泡，得到抗污染纳滤膜；其中，水相包括以下重量份物质：0.01-0.03反应单体、0.03份三乙胺和1份水，所述反应单体为60-80％L-精氨酸和20-40％哌嗪；油相包括质量浓度为0.001-0.002g/mL的TMC-正己烷。
5.根据权利要求4所述的一种含镍废水处理系统，其特征在于：所述水相包括以下重量份物质：0.01-0.03份反应单体、0.0015份催化剂A和1份水，所述反应单体包括2-（2-溴异丁基氧基）丙烯酸乙酯、磺基甜菜碱、聚二硅氧烷、配位剂和催化剂B。
6.根据权利要求1所述的一种含镍废水处理系统，其特征在于：所述反渗透器中包括反渗透膜，所述反渗透膜为经单宁酸处理的载银反渗透膜。
7.根据权利要求1所述的一种含镍废水处理系统，其特征在于：还包括吸附处理系统，所述吸附处理系统包括吸附池，所述吸附池内填充有吸附剂，所述吸附剂选自海泡石、钢渣、离子树脂中的任意一种或两种。
8.根据权利要求7所述的一种含镍废水处理系统，其特征在于，所述海泡石为经磁改性处理的海泡石，所述海泡石的制备包括以下步骤：将海泡石置于改性液中，搅拌混合，陈化处理，清洗，磁分离实现固液分离，烘干，得到经改性处理的海泡石；所述改性液包括四水合硫酸亚铁和六水合氯化铁。
9.根据权利要求7所述的一种含镍废水处理系统，其特征在于：所述钢渣为经预处理的钢渣，所述预处理包括以下步骤：取钢渣进行破碎，使钢渣粒径小于5mm，将钢渣与铁屑溶解与稀盐酸与稀硝酸中，搅拌反应，陈化，得到经预处理的钢渣。
10.权利要求1-9任一项所述的一种含镍废水处理系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、预处理：含镍废水进入pH调节池，加碱调节，在预沉池中济宁混凝沉淀，再将上清液输送至中间水池，在中间水池中进行进一步的沉降，得到中间液；S2、脱盐处理：将中间液输送至多介质过滤器中，依次经过超滤、纳滤和反渗透，得到滤液，滤液可再次输送至超滤水池中，再次进行纳滤、反渗透，输出至反渗透水池中，得到经处理后的废水。
发明内容
为了改善目前处理工艺处理单元多，处理费用高的缺陷，本申请提供一种含镍废水处理系统及其使用方法。
第一方面，本申请提供一种含镍废水处理系统，采用如下的技术方案：一种含镍废水处理系统，包括预处理系统和脱盐系统；所述预处理系统包括：含镍废水调节池，pH调节池，预沉池、中间水池；所述脱盐系统包括：多介质过滤器、超滤器、超滤水池、纳滤器、纳滤水池、反渗透器和反渗透水池。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案优选采用物化-膜法对废水进行处理，含镍废水经调节均衡后，输送至pH调节池中，加碱调节进行预沉，去除废水中较大的悬浮物以及颗粒物等，预沉出水后，将上清液输送至多介质过滤器中，经超滤，降低废水的SDI，再经纳滤、反渗透去除大部分溶解的一价、多价无机盐，进一步循环浓缩，降低废水中镍离子的含量。通过纳滤和反渗透的两级过滤处理，维持高回收率的同时，获得较高的脱盐率，反渗透系统的设置，在来水波动较大的情况下，仍能确保出水水质较为优良。
本申请中，废水处理单元少，减少污泥的产生，全流程可采用自动控制，有效降低了处理成本且处理效果优良。
优选的，所述超滤器内包括超滤膜，所述超滤膜为表面负载有碳纳米管的膜。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选采用在超滤膜表面负载碳纳米管，由于碳纳米管具有优良的高比表面积以及吸附性，使得超滤膜表面的孔隙结构以及界面粗糙度均有所改变，碳纳米管纤维之间的缠结，形成具有较多空隙的交织层，使得超滤膜的水通量基本维持。但超滤膜表面的粗糙程度得到显著提升，降低了超滤膜与污染物之间的相互作用，还增加了超滤膜与污染物之间的极性力排斥效果，降低了超滤膜上负载污染物的可能性，超滤膜较易在反洗过程中恢复洁净，提高了过滤膜的过滤效果。
优选的，所述超滤膜的制备方法包括以下步骤：按质量比1:80-100取石墨烯分散液和PVA分散液，将石墨烯分散液喷涂至超滤膜表面，得到中间物，在中间物上喷洒PVA分散液，洗涤，干燥，得到表面负载有碳纳米管的膜。
优选的，碳纳米管的喷涂量为10-20mg。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选采用PVA作为交联剂，聚乙烯醇与碳纳米管上的基团发生交联结合，辅助碳纳米管在超滤膜表面形成交错的网络结构，即形成具有较多孔隙结构的交织层，并且赋予超滤膜适宜的亲水性，使得超滤膜获得较佳的水通量以及界面粗糙度，提高超滤膜的抗污染效果。
本申请技术方案中还优化了碳纳米管的喷涂量，适宜的碳纳米喷涂量使得超滤膜获得优异的抗污染效果以及通量恢复效果。
优选的，所述纳滤器中包括纳滤膜，所述纳滤膜为抗污染纳滤膜，所述抗污染纳滤膜的制备包括以下步骤：将超滤膜浸渍于水相溶液中，取出，再将超滤膜浸渍于油相中，烘箱热处理，取出，反渗透水溶液中浸泡，得到抗污染纳滤膜；其中，水相包括以下重量份物质：0.01-0.03反应单体、0.03份三乙胺和1份水，所述反应单体为60-80％L-精氨酸和20-40％嗪；油相包括质量浓度为0.001-0.002g/mL的TMC-正己烷。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选采用精氨酸与TMC配合，通过界面聚合反应引入纳滤膜的选择分离层中，精氨酸的引入提高了纳滤膜的亲水性和电负性。同时，由于哌嗪与精氨酸之间的氢键相互作用以及静电吸引，阻碍了哌嗪的自由扩散，在纳滤膜表面形成不规则的脊谷结构，提高了精氨酸在纳滤膜表面的负载量，提高纳滤膜的亲水性。此外，由于精氨酸与哌嗪的配合，提高了纳滤膜的渗透性以及道南效应，因此纳滤膜对硫酸根的截留率有效提高。
同时，本申请技术方案中优化了精氨酸和哌嗪的添加量，不仅可以维持致密、完整且无缺陷的纳滤膜，还能够增强纳滤膜的亲水效果，降低水的渗透阻力，也就是说，提高了纳滤膜对废水的过滤效果。
优选的，所述水相包括以下重量份物质：0.01-0.03份反应单体、0.0015份催化剂A和1份水，所述反应单体包括2-（2-溴异丁基氧基）丙烯酸乙酯、磺基甜菜碱、聚二硅氧烷、配位剂和催化剂B。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中反应单体中各组分之间反应，能够形成两性离子聚合物，两性离子聚合物通过界面聚合反应引入到纳滤膜中，通过两性离子聚合物与TMC之间发生反应，以及TMC基团中的酰氯基团发生水解成为羧基，改善了纳滤膜的水通过量以及并使纳滤膜为电负性，提高纳滤膜对硫酸根的截留率。
优选的，所述反渗透器中包括反渗透膜，所述反渗透膜为经单宁酸处理的载银反渗透膜。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中采用单宁酸对反渗透膜进行处理，由于单宁酸具有良好的抗氧化性、亲水性以及金属离子螯合能力，通过单宁酸的还原性将银纳米粒子引入到反渗透膜的中间层中，不仅能够维持反渗透膜的选择透过性，还能够提高反渗透膜的抗生物污染效果。
通过降低反渗透膜表面的粗糙度，使得反渗透膜表面趋近电中性，在有机物染污靠近时，通过位阻效应以及能量屏障，降低污染物在反渗透膜上粘附的可能性。且银纳米粒子具有较佳的杀菌效果，因此能够进一步提高反渗透膜对微生物的杀灭效果，维持反渗透膜优良的选择透过性，提高反渗透膜的洁净效果。
优选的，还包括吸附处理系统，所述吸附处理系统包括吸附池，所述吸附池内填充有吸附剂，所述吸附剂选自海泡石、钢渣、离子树脂中的任意一种或两种。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中，在处理系统中添加后处理系统，将经脱盐系统处理的废水，再经吸附池中的吸附剂进行吸附处理，对水中的镍离子等进一步吸附，进一步降低废水中金属离子的含量，提高经处理后的废水的循环利用率。海泡石、钢渣均具有较多的孔隙结构，较大的比表面积，使得海泡石与钢渣均具有较佳的吸附性能，能够对经反渗透处理中的少量镍离子进行吸附。而离子树脂能够通过离子交换，吸附经反渗透处理的水中的镍离子，进一步减少废水中的镍离子含量，提高废水的循环利用效率。
优选的，所述海泡石为经磁改性处理的海泡石，所述海泡石的制备包括以下步骤：将海泡石置于改性液中，搅拌混合，陈化处理，清洗，磁分离实现固液分离，烘干，得到经改性处理的海泡石；所述改性液包括四水合硫酸亚铁和六水合氯化铁。
通过采用上述技术方案，海泡石为两层连续的硅氧四面体夹持一层不连续的每样八面体，具有较大的比表面积以及孔容积，且海泡石内部负压较大，吸附性较强，能够有效吸附废水中的镍离子。对海泡石进行磁性改性处理后，海泡石不易因吸水和流变性而溶胀，能够通过磁选的方式便捷分离，维持海泡石优良的吸附效果，并有效分离吸附饱和的海泡石。
优选的，所述钢渣为经预处理的钢渣，所述预处理包括以下步骤：取钢渣进行破碎，使钢渣粒径小于5mm，将钢渣与铁屑溶解与稀盐酸与稀硝酸中，搅拌反应，陈化，得到经预处理的钢渣。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中预先对钢渣进行破碎处理，适宜的粒径使得钢渣的比表面积以及表面能较大，有利于吸附的进行，即提高了吸附剂对废水中残余镍离子的吸附效果。
通过铁屑与钢渣配合反应能够形成聚硅酸铁，高分子量的聚硅酸铁具有极强的吸附架桥能力，进一步提高了吸附剂的絮凝效果，减少废水中镍离子的含量，并且聚硅酸铁中处于链端的金属离子其阻聚作用且提供较高的表面电荷，有效压缩杂质双电层，减少表面电荷，进一步促进了聚硅酸铁的吸附效果。
此外，钢渣与铁屑均为废弃物，通过废弃物对废水中少量的镍离子进行吸附，进一步提高废水的净化效果，并且吸附剂的费用较低。
第二方面，本申请提供一种含镍废水处理系统的使用方法，采用如下的技术方案：一种含镍废水处理系统的使用方法，包括以下步骤：S1、预处理：含镍废水进入pH调节池，加碱调节，在预沉池中济宁混凝沉淀，再将上清液输送至中间水池，在中间水池中进行进一步的沉降，得到中间液；S2、脱盐处理：将中间液输送至多介质过滤器中，依次经过超滤、纳滤和反渗透，得到滤液，滤液可再次输送至超滤水池中，再次进行纳滤、反渗透，输出至反渗透水池中，得到经处理后的废水。
优选的，pH调节至5.0-5.5。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优化了预处理与脱盐处理中的处理步骤，经反渗透处理的废水再次进水至超滤池中，进一步提高废水中镍离子的去除效果。同时，本申请技术方案中优化了pH，适宜的pH能够减少废水调节时的加药量，降低了处理成本。
综上所述，本申请具有以下有益效果：1、由于本申请采用物化-膜法对废水进行处理，含镍废水经调节均衡后，输送至pH调节池中，加碱调节进行预沉，去除废水中较大的悬浮物以及颗粒物等，预沉出水后，将上清液输送至多介质过滤器中，经超滤，降低废水的SDI，再经纳滤、反渗透去除大部分溶解的一价、多价无机盐，进一步循环浓缩，降低废水中镍离子的含量。通过纳滤和反渗透的两级过滤处理，维持高回收率的同时，获得较高的脱盐率，反渗透系统的设置，在来水波动较大的情况下，仍能确保出水水质较为优良，废水处理单元少，减少污泥的产生，全流程可采用自动控制，有效降低了处理成本且处理效果优良。
2、本申请中优选采用PVA作为交联剂，聚乙烯醇与碳纳米管上的基团发生交联结合，辅助碳纳米管在超滤膜表面形成交错的网络结构，即形成具有较多孔隙结构的交织层，并且赋予超滤膜适宜的亲水性，使得超滤膜获得较佳的水通量以及界面粗糙度，提高超滤膜的抗污染效果。
3、本申请采用精氨酸与TMC配合，通过界面聚合反应引入纳滤膜的选择分离层中，精氨酸的引入提高了纳滤膜的亲水性和电负性。同时，由于哌嗪与精氨酸之间的氢键相互作用以及静电吸引，阻碍了哌嗪的自由扩散，在纳滤膜表面形成不规则的脊谷结构，提高了精氨酸在纳滤膜表面的负载量，提高纳滤膜的亲水性。此外，由于精氨酸与哌嗪的配合，提高了纳滤膜的渗透性以及道南效应，因此纳滤膜对硫酸根的截留率有效提高。同时，优化了精氨酸和哌嗪的添加量，不仅可以维持致密、完整且无缺陷的纳滤膜，还能够增强纳滤膜的亲水效果，降低水的渗透阻力。
（发明人：龚勇;龚丽;龚本廷;杨友秀）
