一種處理含重金屬廢水膜過濾濃縮液的方法
2023-07-09 11:18:06 2
專利名稱：一種處理含重金屬廢水膜過濾濃縮液的方法
技術領域：
本發明涉及環境保護技術領域，特別涉及含重金屬廢水經過「膜法深度處理」產生的膜濃縮液的處理問題，特別是冶金和礦山行業含重金屬廢水膜濃縮液的處理。
背景技術：
冶金、採選、電鍍、化工等行業在生產過程中會產生大量含重金屬的廢水，主要有礦山排水、廢石場淋浸水、選礦廠尾礦排水、有色金屬冶煉廠制酸和車間排水、有色金屬加工廠酸洗廢水和車間排水、電鍍廠鍍件電鍍廢水和車間排水、鋼鐵廠酸洗排水，以及電解、 農藥、醫藥、油漆、顏料等含重金屬工業廢水。由於廢水中的重金屬一般不能被分解破壞，只能轉移其存在位置和轉變其物化形態。所以重金屬(如含鉛、鎘、銅、汞、鋅等)廢水是對環境汙染最嚴重和對人類危害最大的工業廢水之一。目前在含重金屬廢水的實際處理應用中廣泛採用超濾、納濾、反滲透等膜處理工藝對廢水進行深度處理。本申請中涉及的膜濃縮液主要是指超濾、納濾、反滲透膜濃縮液，以及電滲析膜濃縮液。膜處理工藝產生的濃縮液水量較大，約佔處理水量的15% 30%。含重金屬廢水膜濃縮液，特別是冶金和礦山行業含重金屬廢水膜濃縮液，屬於高含鹽量、高硬度的廢水， 其中含有大量各類重金屬離子，處理及處置難度大，處理成本高，限制了「膜處理」工藝在重金屬廢水處理中的應用與發展。因此，快速、有效、經濟地對含重金屬廢水膜濃縮液，特別是冶金廢水膜濃縮液進行處理或預處理，對重金屬廢水的有效處置和膜處理技術的推廣具有重要作用。一般納濾及反滲透膜濃縮液的典型處置方法有(1)地面水排放(海洋、潮水、非鹽水)；⑵深井注射；(3)噴灌；⑷廢水處理裝置；(5)熱蒸發；(6)曝曬蒸發池；(7)廢水池儲存。但對於含重金屬的膜濃縮液的主要處理方法為返回法和蒸發法。但是這兩種方法都存在一定缺點和局限性。返回法會使有些汙染物循環積累，降低膜處理系統的壽命；蒸發法由於能耗高、設備昂貴，暫時難以推廣，需要進一步濃縮後才能較經濟地處理。因此，研究和開發濃縮液經濟、有效的處理方法迫在眉睫。申請者研究表明，「膜蒸餾(MD)+高效蒸發」對重金屬廢水膜濃縮液有較好的處理效果，且經濟可行，在脫除鹽分的同時也能去除重金屬，還能得到淡水回收利用。膜蒸餾(MD)是能夠提高含重金屬濃鹽水濃度的一種廉價、高效的新型膜分離技術，具有可在常壓或負壓下操作，可以利用太陽能、地熱、工廠廢熱、餘熱等各種熱源直接或間接作為熱源，以及設備簡單、對膜的機械強度要求低等優點。膜蒸餾是膜技術與蒸餾過程相結合的膜分離過程，其所用的膜為不被待處理的溶液潤溼的疏水微孔膜。膜的一側與熱的待處理的溶液直接接觸(稱為熱側)(膜疏水的本性使得水溶液不能透過膜孔，而在每個孔入口處形成氣液接觸)，另一側直接或間接的與冷的水溶液接觸(稱為冷側)，熱側溶液中易揮發的組分在膜面處汽化通過膜進入冷側並被冷凝成液相，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側，從而實現混合物分離或提純的目的。根據膜蒸餾的操作方式不同，膜蒸餾過程可分為直接接觸式膜蒸餾(DCMD)、減壓式(真空)膜蒸餾(VMD)、氣體吹掃式膜蒸餾(SGMD)、氣隙式膜蒸餾(AGMD)等操作方式。採用膜蒸餾技術處理含重金屬濃鹽水，可以使產品純水的重金屬和鹽的脫除率接近100%，並且可以實現膜結晶，因此採用該技術可以使含重金屬廢水膜濃縮液循環並最大限度的濃縮。高效蒸發是目前最前沿的蒸發技術，其中多效蒸發是最有效的蒸發技術。多效蒸發是將幾個蒸發器串聯運行的蒸發操作，使蒸汽熱能得到多次利用，從而提高熱能的利用率，多用於水溶液的處理，目前多效蒸發經濟成熟的技術主要有二效蒸發和三效蒸發等。在三效蒸發操作的流程中，第一個蒸發器(稱為第一效)以生蒸汽作為加熱蒸汽，其餘兩個 (稱為第二效、第三效)均以其前一效的二次蒸汽作為加熱蒸汽，從而可大幅度減少生蒸汽的用量。每一效的二次蒸汽溫度總是低於其加熱蒸汽，故多效蒸發時各效的操作壓力及溶液沸騰溫度沿蒸汽流動方向依次降低。依據二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸發的流程可分為①並流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通過各效。由於前效壓力高於後效，料液可借壓差流動。但末效溶液濃度高而溫度低，溶液粘度大，因此傳熱係數低。②逆流流程。溶液與二次蒸汽流動方向相反。需用泵將溶液送至壓力較高的前一效，各效溶液的濃度和溫度對粘度的影響大致抵各效傳熱條件基本相同。③錯流流程。二次蒸汽依次通過各效，但料液則每效單獨進出，這種流程適用於有晶體析出的料液。在生蒸汽溫度與末效冷凝器溫度相同(即總溫度差相同)條件下，將單效蒸發改為多效蒸發時，蒸發器效數增加，生蒸汽用量減少，但總蒸發量不僅不增加，反而因溫度差損失增加而有所下降。多效蒸發節省能耗， 但降低設備的生產強度，因而增加設備投資。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術之不足，為解決含重金屬廢水膜濃縮液，特別是冶金和礦山行業含重金屬廢水膜濃縮液的處理難題，使膜處理單元作為含重金屬廢水的深度處理方法得以推廣，本發明提供一種操作方便、節能、佔地面積小、環境汙染小、成本低廉，具有廣泛的應用前景的處理方法。採用「膜蒸餾(MD)+高效蒸發」技術實現含重金屬廢水膜濃縮液的「零」排放，並使含重金屬廢水膜濃縮液處理後循環利用，從而真正達到冶金和礦山行業含重金屬廢水處理的「零」排放。本發明處理含重金屬廢水膜過濾濃縮液的方法，其特徵是，所說的含重金屬廢水膜過濾濃縮液被收集預處理後，進入膜蒸餾系統，在系統內加熱後通入疏水微孔膜的一側 (稱為熱側)，控制熱側溫度40 90°C，另一側直接或間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側)，冷側溫度10 30°C，使疏水膜的兩側維持在10 80°C，從而在膜的兩側形成蒸汽壓差，熱側溶液中易揮發的組分在膜面處汽化通過膜進入冷側並被冷凝成液相，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側，從而實現含重金屬廢水膜濃縮液的濃縮，濃縮1 10倍後再進入高效蒸發系統處理；膜蒸餾系統和高效蒸發系統產生的淡水收集後回用或排放，膜蒸餾系統和高效蒸發系統產生的結晶固體綜合利用或再處理。所說的膜蒸餾系統可以作為含重金屬廢水膜過濾濃縮液處理中的一個處理單元或系統單獨使用，也可以結合高效蒸發技術一起聯合使用。所說的膜蒸餾可以採用不同的過程與形式，可應用直接接觸式膜蒸餾、氣隙式膜蒸餾、真空式膜蒸餾和吹掃氣式膜蒸餾中之任一種方法。膜蒸餾過程可以採用反衝洗、化學清洗、超聲波清洗、脈動清洗、電磁波清洗、蒸汽清洗方法防治膜汙染；這些方法在防治膜汙染過程中可以單獨使用，也可以根據工作實際需要聯合使用。高效蒸發系統可採用各類蒸發器和蒸餾器串聯或並聯使用。膜過濾濃縮液進入膜蒸餾處理前和膜蒸餾濃縮液進入高效蒸發處理前，濃縮液可以不經過處理，也可以對濃縮液進行各種方法的預處理後再進行膜蒸餾或高效蒸發處理， 預處理方法為濃縮液PH值調整、隔渣、沉澱、絮凝沉澱、曝氣、化學氧化及還原處理、電化學處理、固液分離和預熱。和現有技術相比，本發明有如下優點或積極效果1.與單一的多效蒸發相比，首先由膜蒸餾系統將含重金屬廢水膜濃縮液濃縮一定倍數，減少了多效蒸發的處理量，從而大大降低了含重金屬廢水膜濃縮液的處理成本。2.本發明可結合利用電能、太陽能、地熱、風能、燃料油、廢油、固體及固體廢棄物燃料、汙水餘熱、工廠各種形式的廢熱、餘熱、蒸汽等熱源直接或間接作為膜蒸餾系統和高效蒸發系統的熱源，也可以把低品位熱源提升後(如熱泵)再作為熱源。3.膜蒸餾和多效蒸發產生的淡水接近於純水，可用於工廠的鍋爐回用水或其他生產用水，提高了水的利用率。4.含重金屬濃鹽水中含有的重金屬和鹽經過多效蒸發系統後結晶為固體，易於資源化利用或後續處理。5.該工藝操作方便、節能、佔地面積小、環境汙染小、成本低廉，具有廣泛的應用前
旦
ο6.實現含重金屬廢水膜濃縮液的「零」排放，從而真正達到冶金和礦山行業含重金屬廢水處理的「零」排放。
圖1為含重金屬廢水膜濃縮液的處理工藝。
具體實施例方式下面通過實施例並結合附圖對本發明的做進一步說明，但本發明不限於這些實施例，保護範圍以權利要求為準。實施例1某鉛鋅冶煉廠廢水，處理工藝以石灰(石)中和+氧化絮凝+膜法處理為主，反滲透膜過濾濃縮液，其水質指標:Pb :0. 4774mg/l、Zn :0. 0402mg/l, Cd :0. 1898mg/l、As 0. 015mg/l、F :42. 09mg/l、Cl :11316mg/l、Na :8759mg/l。採用直接接觸式膜蒸餾法進行處理，運用聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜，控制熱側溫度60°C，冷側溫度10°C，採用酸洗防治膜汙染，出水水質指標此時的脫鹽率在99. 1%，對重金屬的截留率也在99%以上。由直接接觸式膜蒸餾法濃縮2倍後剩餘的廢水再經過三效蒸發器處理，蒸髮結晶回收鹽和有用物質； 蒸汽冷卻水已達到超純水，用作鍋爐用水，使得反滲透膜過濾濃縮液接近100%處理回用， 實現了資源的回收利用和出水100%的回用。實施例2某鉛鋅冶煉廠廢水，處理工藝以石灰(石)中和+氧化絮凝+電化學+膜法處理為主，納濾膜過濾濃縮液，其水質指標:Pb :0. 384mg/l、Zn :0. 0848mg/l、Cd 0. 0347mg/l、As 0. 018mg/l、F :34. 16mg/l、Cl :7425mg/l、Na :5152mg/L· 採用氣隙式膜蒸餾法處理進行處理，運用聚丙烯(PP)微孔膜，控制熱側溫度80°c，冷側溫度20°C，採用反衝洗防治膜汙染， 出水水質指標此時的脫鹽率在99.3%，對重金屬的截留率也在99%以上。由氣隙式膜蒸餾法濃縮5倍後剩餘的廢水再經過三效蒸發器處理，蒸髮結晶回收鹽和有用物質；蒸汽冷卻水已達到超純水，用作鍋爐用水，使得納濾膜過濾濃縮液接近100%處理回用，實現了資源的回收利用和出水100%的回用。實施例3某銅冶煉廠廢水，處理工藝以石灰中和+硫化沉澱+膜法處理為主，納濾和反滲透膜過濾混合濃縮液，其水質指標=Cu 0. 284mg/l, Pb :0. 184mg/l, Zn :0. 1548mg/l, Cd 0. 0427mg/l、As :0. 028mg/l、F :30. 16mg/l、Cl :5425mg/l、Na :4152mg/l。採用真空式膜蒸餾法處理進行試驗，運用聚丙烯(PP)微孔膜，控制熱側溫度90°c、冷側溫度10°C，冷側真空度 0. 15MPa，採用超聲波清洗防治膜汙染出水水質指標此時的脫鹽率在99. 6%，對重金屬的截留率也在99%以上。由減壓膜蒸餾法濃縮10倍後剩餘的廢水再經過三效蒸發器處理，蒸髮結晶回收鹽和有用物質；蒸汽冷卻水已達到超純水，用作鍋爐用水，使得納濾和反滲透膜過濾混合濃縮液接近100%處理回用，實現了資源的回收利用和出水100%的回用。實施例4某銅礦山含重金屬酸性廢水，處理工藝以石灰中和+膜法處理為主，膜(納濾 + 反滲透)過濾濃縮液，其水質指標=Cu 1. 31mg/l、Pb :0. 174mg/l, Zn :0. 063mg/l, Fe 0. 820mg/l、Cl :8975mg/l、Na :6849mg/l。採用吹掃氣式膜蒸餾法處理進行試驗，運用聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜，控制熱側溫度40°C，冷側溫度10°C，出水水質指標此時的脫鹽率在 99.5%，對重金屬的截留率也在99%以上。由吹掃氣式膜蒸餾法濃縮1倍後剩餘的廢水再經過三效蒸發器處理，蒸髮結晶回收鹽和有用物質；蒸汽冷卻水已達到超純水，用作鍋爐用水，使得膜(納濾+反滲透)過濾濃縮液接近100%處理回用，實現了資源的回收利用和出水100%的回用。實施例5某銅冶煉廠廢水，處理工藝以石灰中和+硫化沉澱+膜法處理為主，納濾和反滲透膜過濾混合濃縮液，其水質指標=Cu 0. 284mg/l, Pb :0. 184mg/l, Zn :0. 1548mg/l、Cd 0. 0427mg/l、As :0. 028mg/l、F :30. 16mg/l、Cl :5425mg/l、Na :4152mg/l。採用真空式膜蒸餾法處理進行試驗，運用聚丙烯(PP)微孔膜，控制熱側溫度40°c、冷側溫度30°C，冷側真空度 0. 15MPa，採用超聲波清洗防治膜汙染出水水質指標此時的脫鹽率在99. 4%，對重金屬的截留率也在99%以上。由減壓膜蒸餾法濃縮1倍後剩餘的廢水再經過三效蒸發器處理，蒸髮結晶回收鹽和有用物質；蒸汽冷卻水已達到超純水，用作鍋爐用水，使得納濾和反滲透膜過濾混合濃縮液接近100%處理回用，實現了資源的回收利用和出水100%的回用。本發明可以用於去除在礦山廢水、冶煉廢水、電鍍廢水、製藥廢水處理過程中產生的含重金屬廢水膜濃縮液。含重金屬廢水膜濃縮液被收集後，進入到膜蒸餾系統循環處理， 達到一定的濃縮倍數後進入多效蒸發系統進行處理。膜蒸餾和多效蒸發產生的淡水收集後回用，產生的結晶固體綜合利用或再處理。整個工藝實現汙染物的「零」排放。
權利要求
1.一種處理含重金屬廢水膜過濾濃縮液的方法，其特徵是，所說的含重金屬廢水膜過濾濃縮液被收集預處理後，進入膜蒸餾系統，在系統內加熱後通入疏水微孔膜的一側(稱為熱側)，控制熱側溫度40 90°C，另一側直接或間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側)， 冷側溫度10 30°C，使疏水膜的兩側維持在10 80°C的溫差從而在膜的兩側形成蒸汽壓差，熱側溶液中易揮發的組分在膜面處汽化通過膜進入冷側並被冷凝成液相，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側，從而實現含重金屬廢水膜濃縮液的濃縮，濃縮1 10倍後再進入高效蒸發系統處理；膜蒸餾系統和高效蒸發系統產生的淡水收集後回用或排放，膜蒸餾系統和高效蒸發系統產生的結晶固體綜合利用或再處理。
2.根據權利要求1的方法，其特徵是，所說的膜蒸餾系統可以作為含重金屬廢水膜過濾濃縮液處理中的一個處理單元或系統單獨使用，也可以結合高效蒸發技術一起聯合使用。
3.根據權利要求1的方法，其特徵是，所說的膜蒸餾可以採用不同的過程與形式，可應用直接接觸式膜蒸餾、氣隙式膜蒸餾、真空式膜蒸餾和吹掃氣式膜蒸餾中之任一種方法。
4.根據權利要求1的方法，其特徵是，膜蒸餾過程可以採用反衝洗、化學清洗、超聲波清洗、脈動清洗、電磁波清洗、蒸汽清洗方法防治膜汙染；這些方法在防治膜汙染過程中可以單獨使用，也可以根據工作實際需要聯合使用。
5.根據權利要求1的方法，其特徵是，高效蒸發系統可採用各類蒸發器和蒸餾器串聯或並聯使用。
6.根據權利要求1的方法，其特徵是，膜過濾濃縮液進入膜蒸餾處理前和膜蒸餾濃縮液進入高效蒸發處理前，濃縮液可以不經過處理，也可以對濃縮液進行各種方法的預處理後再進行膜蒸餾或高效蒸發處理，預處理方法為濃縮液PH值調整、隔渣、沉澱、絮凝沉澱、 曝氣、化學氧化及還原處理、電化學處理、固液分離和預熱。
全文摘要
本發明提出了一種含重金屬廢水膜濃縮液的處理方法，涉及環境保護技術領域，特別涉及冶金和礦山行業含重金屬廢水膜濃縮液的處理。含重金屬廢水膜濃縮液被收集後，進入到膜蒸餾系統循環處理，達到一定的濃縮倍數後進入高效蒸發系統。膜蒸餾系統和高效蒸發系統產生的淡水收集後回用，產生的結晶固體綜合利用或再處理。該工藝操作方便、節能、佔地面積小、環境汙染小、處理成本較低，具有廣泛的應用前景，能夠實現含重金屬廢水膜濃縮液的「零」排放，從而真正達到含重金屬廢水處理的「零」排放。
文檔編號C02F9/10GK102260006SQ201110185079
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者徐曉軍, 施國飛, 楊津津, 管堂珍, 鄭鑫, 陳曉鴻, 韋建初, 馬玲, 黃偉忠, 黃昌元 申請人:昆明理工大學