一種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置製造方法

2023-05-24 20:37:01 3

一種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置。所述一體化裝置包括一沉澱池；一淋洗廢液反應池；該淋洗廢液反應池與所述沉澱池連通；一設置在淋洗廢液反應池內的MBR膜組件，該MBR膜組件的出液口與一螯合劑收集池連通；一無機膜過濾器，該無機膜過濾器與淋洗廢液反應池連通；所述無機膜過濾器的濃縮液出口與淋洗廢液反應池連通，該無機膜過濾器的滲濾液出口與一酸液回收池連通。本實用新型在回收螯合劑的同時，還可以回收部分酸液，不但回收效率高，而且通過膜過濾得到的回收液雜質較化學沉澱法少，回收液質量較好，因此，採用本設備處理得到的回收液重複使用時，其淋洗效果要好於化學沉澱法得到的回收液。
【專利說明】—種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及土壤重金屬化學淋洗廢液處理領域，具體為一種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置。

【背景技術】
[0002]隨著工業的高速發展和城市化進程的加快，我國的土壤重金屬汙染情況日趨嚴重，重金屬汙染土壤的修復和治理已變得刻不容緩。目前國內外已經提出一系列的重金屬土壤修復技術，主要分為物理修復技術，植物修復技術，微生物修復技術和化學修復技術坐寸ο
[0003]上述這幾種修復技術中，屬於化學修復技術的化學淋洗法主要是通過逆轉土壤吸持重金屬的反應機制，把重金屬從土壤固相轉移到液相中，最終達到清潔土壤的目的。由於化學淋洗法可將汙染物從土壤中快速去除，能在短時間內治理高濃度的汙染土壤，目前己成為重金屬汙染土壤快速修復的研究熱點和發展方向之一。
[0004]化學淋洗法運行費用相對較高，在美國處理一噸重金屬汙染的土壤成本為12(Γ200美元。主要是由於該方法需要耗費大量的化學淋洗液，而且需要對淋洗廢液進行處理。因此，在選擇合適的淋洗液時，除了考慮用其對重金屬的去除能力以及對土壤理化性質和土壤中微生物的影響外，其來源和成本以及廢液是否容易處理也是主要考慮的因素。
[0005]目前，對於重金屬的化學淋洗，酸類淋冼劑及螯合劑是最常用的試劑，一般淋洗液的PH為4?5。在重金屬淋洗液成分中，Na2EDTA具有很強的螯合能力，能和大部分的金屬離子發生螯合作用，是迄今為止被認為最有效的人工螯合劑。但是Na2EDTA價格昂貴，淋洗廢液需要後續處理等特點妨礙了 Na2EDTA在野外的大規模應用。如果Na2EDTA能被有效回收並重複使用，這些問題就都可以解決。
[0006]目前處理Na2EDTA洗出液的方法大致可以分為三類:(I)是用零價金屬置換EDTA絡合物中的重金屬，從而使重金屬沉澱，EDTA也重新釋放。(2)是在電解槽中電解分離重金屬和EDTA，兩級之間用離子交換膜分隔，來阻止帶負電的EDTA在陽極溶解。(3)是添加合適的化學試劑使EDTA螯合物發生解離，從而沉澱重金屬。因為化學沉澱法具有成本低、應用範圍廣等優點成為目前應用最普遍的方法。
[0007]但是化學沉澱法一般是在鹼性條件下，使重金屬生成鹼性沉澱物，或者硫化物沉澱。由於淋洗液是酸性，需要耗費大量的鹼，如果需要對處理後的化學淋洗廢液中的Na2EDTA進行回用，則還需要加酸進行回調。因此，操作相對複雜，並且會浪費大量的酸和鹼。目前國內外均未能解決這一技術難題。
[0008]膜過濾也是物理分離的一種方法，但其在重金屬淋洗廢液處理的應用尚未見報導，主要原因是膜過濾雖然可以提高回收效率，但是如果不改變處理工藝，而是單純的採用膜分離代替化學沉澱法，其投資和運行成本將會大大增加。另外，由於重金屬淋洗廢液成分複雜、酸/鹼性較高，對膜的材質和結構都有一定的要求，在廢水處理中應用最廣泛的卷式有機膜對酸鹼耐受性相對較差，而且容易汙染，因此，膜過濾並不適合處理重金屬淋洗廢液。
實用新型內容
[0009]本實用新型旨在提供一種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，該淋洗廢液處理、回用一體化裝置及處理方法在回收螯合劑的同時，還可以回收部分酸液，不但回收效率高，而且通過膜過濾得到的回收液雜質較化學沉澱法少，回收液質量較好，因此，採用本設備處理得到的回收液重複使用時，其淋洗效果要好於化學沉澱法得到的回收液。
[0010]為了實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是:
[0011 ] 一種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，包括
[0012]一沉澱池；淋洗廢液通過進水管與沉澱池下部連通，該沉澱池的上部側壁上具有出液口 ；
[0013]一淋洗廢液反應池；該淋洗廢液反應池的下部與所述沉澱池的出液口連通；
[0014]一設置在淋洗廢液反應池內的MBR膜組件，該MBR膜組件的出液口通過產水管與一螯合劑收集池連通；
[0015]一無機膜過濾器，該無機膜過濾器的進液口與淋洗廢液反應池的下部連通；
[0016]所述無機膜過濾器的濃縮液出口通過回流管與淋洗廢液反應池連通，該無機膜過濾器的滲濾液出口與一酸液回收池連通。
[0017]以下為本實用新型的進一步改進的技術方案:
[0018]為了更好地實現沉澱，所述沉澱池為斜管沉澱池，該斜管沉澱池內設有斜管填料，沉澱池底部具有斜坡，坡底設有排渣孔。
[0019]作為一種較佳的實現淋洗廢液通過進水管與沉澱池下部連通的實例，所述沉澱池內設有沉澱池導流板，該沉澱池導流板與沉澱池池底具有一段距離，所述沉澱池導流板與沉澱池側壁形成與進水管出口連通的進液通道；作為一種較佳的實現淋洗廢液反應池的下部與所述沉澱池的出液口連通的實例，所述淋洗廢液反應池內設有反應池導流板，該反應池導流板與淋洗廢液反應池池底具有一段距離，所述反應池導流板與淋洗廢液反應池側壁形成與沉澱池出液口連通的過液通道。
[0020]為了保證較好的過濾效果，所述無機膜過濾器為無機陶瓷納濾膜過濾器，過濾精度為1HT20KD，其作用是截留淋洗廢液中的大部分重金屬離子以及重金屬與EDTA的螯合物，回收淋洗廢液中大部分的酸液。
[0021 ] 在濃縮淋洗廢液過程中，為了更好地把控濃縮進程，調節淋洗廢液反應池池內的壓力，所述無機膜過濾器的回流管包括外回流管和內回流管，所述外回流管與淋洗廢液反應池的上部連通，所述內回流管與所述無機膜過濾器的進液口連通。
[0022]為了提高過濾效率，所述無機膜過濾器的進液口設有預過濾器。
[0023]在了保證濃縮液與鹼(優選為NaOH)和/或硫化物(優選為Na2S)反應更充分，所述淋洗廢液反應池池底設有曝氣裝置。
[0024]由於淋洗廢液為酸性，不符合有機MBR膜的材質使用條件，因此優選地所述MBR膜組件為無機陶瓷平板超濾膜，膜孔徑為50nnT200nm ;所述MBR膜組件和無機膜過濾器均與相應的反洗裝置相連，可以保證過濾器的設計通量。
[0025]為了保證濃縮液與硫化物(優選為Na2S)反應時產生的硫化氫氣體外洩，所述淋洗廢液反應池為密閉池，池頂設有廢棄收集管,收集後通入鹼性溶液中處理。
[0026]一種利用上述重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置對淋洗廢液進行處理、回用的方法，包括如下步驟:
[0027]I)淋洗廢液通過進水管進入沉澱池內2tT3h，上清液進入淋洗廢液反應池內；
[0028]2 )啟動無機膜過濾器對淋洗廢液反應池內的淋洗廢液進行過濾濃縮，過濾後的滲濾液通入酸液收集池內，當淋洗廢液的濃縮倍數為4飛倍時，無機膜過濾器停止過濾；
[0029]3)向淋洗廢液反應池內的濃縮液內加入鹼和/或硫化物，同時開啟設置在淋洗廢液反應池池底的曝氣裝置，反應時間2(T30min ；
[0030]4)啟動MBR膜組件對反應後的濃縮液進行過濾，過濾後的滲濾液通入螯合劑收集池中。
[0031]鑑於無機材料科學基礎上的無機陶瓷膜具有聚合物分離膜所無法比擬的一些優點:陶瓷膜膜層光潔度高，並呈多層結構且薄；支撐層的孔徑沿滲透液的流向逐漸增大，且逐級的孔徑分布窄，孔隙率高，因而具有分離性能好，極低的過濾阻力，過濾通量高；對料液有極好的抗汙染性，可反覆清洗再生，通量穩定性好，使用壽命長等優點。此外，陶瓷膜化學穩定性好，適用pH O?14,能抗微生物降解。對於有機溶劑、腐蝕氣體和微生物侵蝕表現良好的穩定性。
[0032]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0033](I)在回收螯合劑的同時，還可以回收部分酸液，不但回收效率高，而且由於膜的過濾精度較高，通過膜過濾得到的回收液雜質較化學沉澱法少，回收液質量較好，因此，採用本設備處理得到的回收液重複使用時，其淋洗效果要好於化學沉澱法得到的回收液。
[0034](2)雖然無機陶瓷膜投資成本較高，但是使用壽命長，一般為51年，因此折算成每年投資成本與化學沉澱法相差不大。
[0035](3)本一體化設備操作簡單，可以實現全自動運行；佔地面積小，運輸方便靈活。
[0036](4)由於相對化學沉澱法，不僅將螯合劑進行了回收，而且可以回收大部分的酸液；只有小於20%的廢液需要加藥，而且回收液不需要加酸回調，只需要補充部分損失的螯合劑和酸液即可。因此雖然其運行成本要高於化學沉澱法，但是其回收所產生的經濟效益也高於化學沉澱法。
[0037](5)由於是採用物理過濾，因此，同一臺設備只要根據實際情況進行簡單調整即可適用於大部分的重金屬化學淋洗廢液，如鉻、鎘、鉛、鎳、砷等。
[0038]以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是本實用新型一個實施例的結構原理圖。
[0040]在圖中
[0041]1-淋洗廢液進水管；2_斜管沉澱池導流板；3_斜管填料；4_斜管沉澱池；5_斜管沉澱池排渣孔；6_淋洗廢液反應池導流板；7_淋洗廢液反應池；8_淋洗廢液反應池排渣孔；9_循環泵；10-預過濾器；11-無機陶瓷膜過濾器；12_外回流管；13_內回流管；14_滲透液管路；15_酸液收集池；16_反衝罐；17_反衝罐氣管；18_加藥管；19_空壓機；20_曝氣裝置；21-MBR膜組件；22-MBR產水泵；23_MBR產水管；24_MBR反洗泵；25_MBR反洗管；26-螯合劑收集池；27-酸液回用管；28-螯合劑回用管；29-淋洗廢液回用泵；30-廢氣收集管。

【具體實施方式】
[0042]一種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，如圖1所示，主要包括以下幾個部分:1)斜管沉澱池4 ；2)淋洗廢液反應池7 ；3)無機陶瓷膜過濾器11 ；4)回收液收集池15，26。
[0043]所述斜管沉澱池前端設置導流板，化學淋洗廢液首先由導流區進入斜管沉澱池底部，由底部上升經過斜管填料，在斜管填料的作用下，淋洗廢液中的大顆粒雜質、顆粒沉澱至池底，清液上升自流進入淋洗廢液反應池；斜管沉澱池底部有排泥孔，定期排放底部的汙泥。斜管沉澱池停留時間2?3h，內部有導流板以及斜管填料，底部一側設置斜坡，有利於沉渣的排出，不會在池底留有死角。
[0044]淋洗廢液反應池前端也設置導流板，經斜管沉澱池處理後的廢液先自流進入淋洗廢液反應池的導流區，淋洗廢液反應池設置液位傳感器，當液面到達高液位時，斜管沉澱池前端停止進化學淋洗廢液。此時，開啟無機陶瓷膜過濾器。
[0045]淋洗廢液反應池的容積根據處理每批淋洗廢液的量來確定。其作用有兩個，一個是作為無機陶瓷鈉濾膜的循環池，在酸液回收時可以實現廢液在淋洗廢液反應池和無機陶瓷膜之間循環；另一個作用是作為經過酸液回收的濃液處理及回用反應池，經過少量加藥處理後，實現螯合劑的回用。
[0046]淋洗廢液反應池設置液位傳感器，當廢液到達高液位時，斜管沉澱池前端停止進水，開始無機陶瓷納濾設備進行酸液回收。無機陶瓷納濾膜採用進口膜，分離精度f20KD，材質為二氧化鈦；除膜元件外，主題裝置全部採用不鏽鋼或其他耐腐蝕材質。設計通量2(T50L/h.m2，採用在線氣水聯合反衝洗系統，緩解膜汙染速率。濃縮倍數4飛倍，化學清洗周期:Γ7天。納濾膜對於重金屬的截留率不能達到100%，如對鎳和鎘的截留率分別為98 %和85 %左右。因此，回收得到的酸液中還會有少量的重金屬離子的殘留，但是對於回用來說，影響較小。
[0047]無機陶瓷膜裝置過濾開啟後，首先由循環泵將淋洗廢液泵入無機陶瓷膜過濾器，為了防止有大顆粒雜質進入無機陶瓷膜過濾器中，在循環泵和無機陶瓷膜過濾器之間設置預過濾器；過濾過程為錯流過濾，即淋洗廢液由無機陶瓷膜過濾器底部進入，從頂部流出，在循環泵壓力作用下，滲濾液從膜組件兩側流出經由滲濾液管路進入酸液收集池。而從頂部流出的濃液一部分由外回流管回流至淋洗廢液反應池，另一部分由內回流管回流至循環泵前端管路中。化學淋洗廢液在無機陶瓷膜及淋洗廢液反應池之間不斷循環濃縮，直至達到濃縮倍數。為了防止通量下降過快，採用由空壓機、連接管路以及反衝罐等組成的在線氣水聯合反衝洗系統，緩解膜汙染速率。
[0048]將大部分酸液回收後，開始對淋洗廢液反應池中的濃液進行處理和回用。首先，通過加藥系統向淋洗廢液反應池中加入少量的鹼和硫化鈉,通過空壓機和池底的曝氣系統使藥劑和淋洗廢液混合均勻，淋洗液PH增加，重金屬與EDTA的螯合物會發生水解，使EDTA對重金屬離子的活化能力降低，濃液中的重金屬離子會生成硫化物沉澱和部分氫氧化物沉澱，從而產生Na2EDTA。對於有些重金屬只採用硫化鈉就可以達到很好的沉澱效果的情況下，可以不加鹼。
[0049]用淋洗廢液反應池底部的MBR超濾膜對弱鹼性的Na2EDTA溶液進行回收，在MBR產水泵的抽吸作用下，由回收的Na2EDTA溶液由MBR產水管流入螯合劑收集池，為保證MBR超濾的通量穩定，定期採用反洗泵對其進行反洗。沉澱物由底部的排放口排出。
[0050]酸液收集池和螯合劑收集池底部連接回收管路和回收泵，可以根據實際情況按照比例進行重新混合，補加部分新鮮酸液和螯合劑，使其達到使用要求後，即可進行回用。
[0051]淋洗廢液反應池頂部設置蓋板，蓋板上開H2S收集管，收集管接向廢氣收集系統。主要是考慮硫化物在酸性條件下會產生有毒氣體H2S,需要將H2S通到裝有NaOH溶液廢氣收集系統中。
[0052]本實用新型的整套設備主體為不鏽鋼或其他耐腐蝕材質，包括池體、管道、閥門、膜組件外殼等。無機陶瓷膜採用的納濾和超濾膜皆為無機陶瓷膜。
[0053]經過納濾膜濃縮後的濃液量約為淋洗廢液量的20%的濃液。此時，通過加藥系統向淋洗廢液反應池中加入少量的鹼和硫化鈉，並開啟池底的曝氣系統使藥劑和淋洗廢液混合均勻，最後由MBR膜螯合劑進行回收。對於有些重金屬(如鎘、砷)只採用硫化鈉就可以達到很好的沉澱效果的情況下，可以不加鹼。具體加藥量根據濃液中重金屬含量來確定。
[0054]用淋洗廢液反應池底部的MBR超濾膜對螯合劑進行回收，在MBR產水泵的抽吸作用下，螯合劑溶液由MBR產水管流入螯合劑收集池，為保證MBR超濾的通量穩定，定期採用反洗泵對其進行反洗。沉澱物由底部的排放口排出。MBR膜採用無機陶瓷平板超濾膜，可以耐酸、鹼、有機溶劑的侵蝕，膜孔徑5(T200nm。回收率80%以上，化學清洗周期f 3個月。
[0055]酸液收集池和螯合劑收集池的總容積約為每批淋洗液處理體積的6(Γ90%，收集池分別設置液位傳感器，當到達高液位時，回收液可以通過收集池底部的回收管路和回收泵，根據實際情況按照比例進行重新混合，在補加部分新鮮酸液和螯合劑後，即可進行回用。
[0056]淋洗廢液反應池頂部設置蓋板，蓋板上開H2S收集管，收集管接向廢氣收集系統。主要是考慮硫化物在酸性條件下會產生有毒氣體H2S,需要將H2S通到裝有NaOH溶液廢氣收集系統中。
[0057]整個工藝採用PLC自動控制系統，可以全自動運行。所有池體，膜裝置可以根據液位、流量、壓力、溫度等指標自動判斷其運行狀態，保證整個系統能夠穩定運行。
[0058]處理效果比較:採用H2S04+Na2EDTA對含Pb、Cd的汙染土壤進行淋洗後得到一批化學淋洗廢液。分別採用化學沉澱法和上述方法對其進行回收，兩種回收方法中採用的回收藥劑皆為NaOH+Na2S。化學淋洗廢液的PH為4?5，需要將PH調至10左右，加入與一定量的Na2S0
[0059]在保證化學淋洗廢液中的Pb、Cd去除率在95%以上的前提下，本實用新型方法與化學沉澱發比較結果如下:
[0060](I)採用上述方法，回收液中殘留的Pb、Cd含量為原液的廣2% ;採用化學沉澱法，回收液中殘留的Pb、Cd含量為原液的3?5%。
[0061](2) NaOH投加量，採用上述方法較化學沉澱法少75%以上。
[0062](3) Na2S投加量，採用上述方法較化學沉澱法少20%以上。
[0063](4)採用上述方法，可回收75%以上的酸液；而採用化學沉澱法，無法回收酸液。
[0064](5)採用上述方法，可回收80%以上的Na2EDTA;而採用化學沉澱法，只能回收60?75% 的 Na2EDTA。
[0065]上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用於更清楚地說明本實用新型，而不用於限制本實用新型的範圍，在閱讀了本實用新型之後，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，包括 一沉澱池(4);淋洗廢液通過進水管(I)與沉澱池(4)下部連通，該沉澱池(4)的上部側壁上具有出液口； 一淋洗廢液反應池(7);該淋洗廢液反應池(7)的下部與所述沉澱池(4)的出液口連通； 一設置在淋洗廢液反應池(7 )內的MBR膜組件(21)，該MBR膜組件(21)的出液口通過產水管與一螯合劑收集池(26)連通； 一無機膜過濾器(11)，該無機膜過濾器(11)的進液口與淋洗廢液反應池(7 )的下部連通； 所述無機膜過濾器(11)的濃縮液出口通過回流管與淋洗廢液反應池(7)連通，該無機膜過濾器(11)的滲濾液出口與一酸液回收池(15)連通。
2.根據權利要求1所述的重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，所述沉澱池(4)為斜管沉澱池，該斜管沉澱池內設有斜管填料(2)，沉澱池底部具有斜坡，坡底設有排渣孔(5)。
3.根據權利要求1所述的重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，所述沉澱池(4)內設有沉澱池導流板(2)，該沉澱池導流板(2)與沉澱池(4)池底具有一段距離，所述沉澱池導流板(2)與沉澱池(4)側壁形成與進水管(I)出口連通的進液通道； 所述淋洗廢液反應池(7 )內設有反應池導流板(6 )，該反應池導流板(6 )與淋洗廢液反應池(7)池底具有一段距離，所述反應池導流板(6)與淋洗廢液反應池(7)側壁形成與沉澱池(4)出液口連通的過液通道。
4.根據權利要求1所述的重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，所述無機膜過濾器(11)為無機陶瓷納濾膜過濾器，過濾精度為1HT20KD。
5.根據權利要求1所述的重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，所述無機膜過濾器(11)的回流管(12)包括外回流管(12)和內回流管(13)，所述外回流管(12)與淋洗廢液反應池(7)的上部連通，所述內回流管(13)與所述無機膜過濾器(11)的進液口連通。
6.根據權利要求f5之一所述的重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，所述無機膜過濾器(11)的進液口設有預過濾器(10)。
7.根據權利要求f5之一所述的重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，所述淋洗廢液反應池(7)池底設有曝氣裝置(20)。
8.根據權利要求1飛之一所述的重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，所述MBR膜組件(21)為無機陶瓷平板超濾膜，膜孔徑為50nnT200nm ;所述MBR膜組件(21)和無機膜過濾器(11)均與相應的反衝洗系統相連。
9.根據權利要求1飛之一所述的重金屬化學淋洗廢液處理、回用一體化裝置，其特徵在於，所述淋洗廢液反應池(7)為密閉池，池頂設有廢棄收集管(30)。
【文檔編號】C02F9/14GK204079718SQ201420566690
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】李勇, 徐巍, 陳湘斌, 禹芝文, 黎慧娟 申請人:中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司, 湖南中南水務環保科技有限公司