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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及含重金屬廢水經(jīng)過“膜法深度處理”產(chǎn)生的膜濃縮液的處理問題，特別是冶金和礦山行業(yè)含重金屬廢水膜濃縮液的處理。
背景技術(shù)：
冶金、采選、電鍍、化工等行業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量含重金屬的廢水，主要有礦山排水、廢石場(chǎng)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(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆、顏料等含重金屬工業(yè)廢水。由于廢水中的重金屬一般不能被分解破壞，只能轉(zhuǎn)移其存在位置和轉(zhuǎn)變其物化形態(tài)。所以重金屬(如含鉛、鎘、銅、汞、鋅等)廢水是對(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重和對(duì)人類危害最大的工業(yè)廢水之一。目前在含重金屬廢水的實(shí)際處理應(yīng)用中廣泛采用超濾、納濾、反滲透等膜處理工藝對(duì)廢水進(jìn)行深度處理。本申請(qǐng)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(chǎn)生的濃縮液水量較大，約占處理水量的15% 30%。含重金屬廢水膜濃縮液，特別是冶金和礦山行業(yè)含重金屬廢水膜濃縮液，屬于高含鹽量、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(yīng)用與發(fā)展。因此，快速、有效、經(jīng)濟(jì)地對(duì)含重金屬廢水膜濃縮液，特別是冶金廢水膜濃縮液進(jìn)行處理或預(yù)處理，對(duì)重金屬廢水的有效處置和膜處理技術(shù)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(fā)；(6)曝曬蒸發(fā)池；(7)廢水池儲(chǔ)存。但對(duì)于含重金屬的膜濃縮液的主要處理方法為返回法和蒸發(fā)法。但是這兩種方法都存在一定缺點(diǎn)和局限性。返回法會(huì)使有些污染物循環(huán)積累，降低膜處理系統(tǒng)的壽命；蒸發(fā)法由于能耗高、設(shè)備昂貴，暫時(shí)難以推廣，需要進(jìn)一步濃縮后才能較經(jīng)濟(jì)地處理。因此，研究和開發(fā)濃縮液經(jīng)濟(jì)、有效的處理方法迫在眉睫。申請(qǐng)者研究表明，“膜蒸餾(MD)+高效蒸發(fā)”對(duì)重金屬廢水膜濃縮液有較好的處理效果，且經(jīng)濟(jì)可行，在脫除鹽分的同時(shí)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(jià)、高效的新型膜分離技術(shù)，具有可在常壓或負(fù)壓下操作，可以利用太陽能、地?zé)?、工廠廢熱、余熱等各種熱源直接或間接作為熱源，以及設(shè)備簡(jiǎn)單、對(duì)膜的機(jī)械強(qiáng)度要求低等優(yōu)點(diǎn)。膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸餾過程相結(jié)合的膜分離過程，其所用的膜為不被待處理的溶液潤(rùn)濕的疏水微孔膜。膜的一側(cè)與熱的待處理的溶液直接接觸(稱為熱側(cè))(膜疏水的本性使得水溶液不能透過膜孔，而在每個(gè)孔入口處形成氣液接觸)，另一側(cè)直接或間接的與冷的水溶液接觸(稱為冷側(cè))，熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化通過膜進(jìn)入冷側(cè)并被冷凝成液相，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)混合物分離或提純的目的。根據(jù)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。采用膜蒸餾技術(shù)處理含重金屬濃鹽水，可以使產(chǎn)品純水的重金屬和鹽的脫除率接近100%，并且可以實(shí)現(xiàn)膜結(jié)晶，因此采用該技術(shù)可以使含重金屬廢水膜濃縮液循環(huán)并最大限度的濃縮。高效蒸發(fā)是目前最前沿的蒸發(fā)技術(shù)，其中多效蒸發(fā)是最有效的蒸發(fā)技術(shù)。多效蒸發(fā)是將幾個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)運(yùn)行的蒸發(fā)操作，使蒸汽熱能得到多次利用，從而提高熱能的利用率，多用于水溶液的處理，目前多效蒸發(fā)經(jīng)濟(jì)成熟的技術(shù)主要有二效蒸發(fā)和三效蒸發(fā)等。在三效蒸發(fā)操作的流程中，第一個(gè)蒸發(fā)器(稱為第一效)以生蒸汽作為加熱蒸汽，其余兩個(gè) (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于其加熱蒸汽，故多效蒸發(fā)時(shí)各效的操作壓力及溶液沸騰溫度沿蒸汽流動(dòng)方向依次降低。依據(jù)二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸發(fā)的流程可分為①并流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通過各效。由于前效壓力高于后效，料液可借壓差流動(dòng)。但末效溶液濃度高而溫度低，溶液粘度大，因此傳熱系數(shù)低。②逆流流程。溶液與二次蒸汽流動(dòng)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(duì)粘度的影響大致抵各效傳熱條件基本相同。③錯(cuò)流流程。二次蒸汽依次通過各效，但料液則每效單獨(dú)進(jìn)出，這種流程適用于有晶體析出的料液。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(fā)改為多效蒸發(fā)時(shí)，蒸發(fā)器效數(shù)增加，生蒸汽用量減少，但總蒸發(fā)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(fā)節(jié)省能耗， 但降低設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度，因而增加設(shè)備投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(yè)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(fā)明提供一種操作方便、節(jié)能、占地面積小、環(huán)境污染小、成本低廉，具有廣泛的應(yīng)用前景的處理方法。采用“膜蒸餾(MD)+高效蒸發(fā)”技術(shù)實(shí)現(xiàn)含重金屬廢水膜濃縮液的“零”排放，并使含重金屬廢水膜濃縮液處理后循環(huán)利用，從而真正達(dá)到冶金和礦山行業(yè)含重金屬廢水處理的“零”排放。本發(fā)明處理含重金屬廢水膜過濾濃縮液的方法，其特征是，所說的含重金屬廢水膜過濾濃縮液被收集預(yù)處理后，進(jìn)入膜蒸餾系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)加熱后通入疏水微孔膜的一側(cè) (稱為熱側(cè))，控制熱側(cè)溫度40 90°C，另一側(cè)直接或間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側(cè))，冷側(cè)溫度10 30°C，使疏水膜的兩側(cè)維持在10 80°C，從而在膜的兩側(cè)形成蒸汽壓差，熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化通過膜進(jìn)入冷側(cè)并被冷凝成液相，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)含重金屬廢水膜濃縮液的濃縮，濃縮1 10倍后再進(jìn)入高效蒸發(fā)系統(tǒng)處理；膜蒸餾系統(tǒng)和高效蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的淡水收集后回用或排放，膜蒸餾系統(tǒng)和高效蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)晶固體綜合利用或再處理。所說的膜蒸餾系統(tǒng)可以作為含重金屬廢水膜過濾濃縮液處理中的一個(gè)處理單元或系統(tǒng)單獨(dú)使用，也可以結(jié)合高效蒸發(fā)技術(shù)一起聯(lián)合使用。所說的膜蒸餾可以采用不同的過程與形式，可應(yīng)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。膜蒸餾過程可以采用反沖洗、化學(xué)清洗、超聲波清洗、脈動(dòng)清洗、電磁波清洗、蒸汽清洗方法防治膜污染；這些方法在防治膜污染過程中可以單獨(dú)使用，也可以根據(jù)工作實(shí)際需要聯(lián)合使用。高效蒸發(fā)系統(tǒng)可采用各類蒸發(fā)器和蒸餾器串聯(lián)或并聯(lián)使用。膜過濾濃縮液進(jìn)入膜蒸餾處理前和膜蒸餾濃縮液進(jìn)入高效蒸發(fā)處理前，濃縮液可以不經(jīng)過處理，也可以對(duì)濃縮液進(jìn)行各種方法的預(yù)處理后再進(jìn)行膜蒸餾或高效蒸發(fā)處理， 預(yù)處理方法為濃縮液PH值調(diào)整、隔渣、沉淀、絮凝沉淀、曝氣、化學(xué)氧化及還原處理、電化學(xué)處理、固液分離和預(yù)熱。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)或積極效果1.與單一的多效蒸發(fā)相比，首先由膜蒸餾系統(tǒng)將含重金屬廢水膜濃縮液濃縮一定倍數(shù)，減少了多效蒸發(fā)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(fā)明可結(jié)合利用電能、太陽能、地?zé)帷L(fēng)能、燃料油、廢油、固體及固體廢棄物燃料、污水余熱、工廠各種形式的廢熱、余熱、蒸汽等熱源直接或間接作為膜蒸餾系統(tǒng)和高效蒸發(fā)系統(tǒng)的熱源，也可以把低品位熱源提升后(如熱泵)再作為熱源。3.膜蒸餾和多效蒸發(fā)產(chǎn)生的淡水接近于純水，可用于工廠的鍋爐回用水或其他生產(chǎn)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(jīng)過多效蒸發(fā)系統(tǒng)后結(jié)晶為固體，易于資源化利用或后續(xù)處理。5.該工藝操作方便、節(jié)能、占地面積小、環(huán)境污染小、成本低廉，具有廣泛的應(yīng)用前
旦
ο6.實(shí)現(xiàn)含重金屬廢水膜濃縮液的“零”排放，從而真正達(dá)到冶金和礦山行業(yè)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(shí)施例方式下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。實(shí)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(zhì)指標(biāo):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。采用直接接觸式膜蒸餾法進(jìn)行處理，運(yùn)用聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜，控制熱側(cè)溫度60°C，冷側(cè)溫度10°C，采用酸洗防治膜污染，出水水質(zhì)指標(biāo)此時(shí)的脫鹽率在99. 1%，對(duì)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倍后剩余的廢水再經(jīng)過三效蒸發(fā)器處理，蒸發(fā)結(jié)晶回收鹽和有用物質(zhì)； 蒸汽冷卻水已達(dá)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(shí)現(xiàn)了資源的回收利用和出水100%的回用。實(shí)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(xué)+膜法處理為主，納濾膜過濾濃縮液，其水質(zhì)指標(biāo):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· 采用氣隙式膜蒸餾法處理進(jìn)行處理，運(yùn)用聚丙烯(PP)微孔膜，控制熱側(cè)溫度80°c，冷側(cè)溫度20°C，采用反沖洗防治膜污染， 出水水質(zhì)指標(biāo)此時(shí)的脫鹽率在99.3%，對(duì)重金屬的截留率也在99%以上。由氣隙式膜蒸餾法濃縮5倍后剩余的廢水再經(jīng)過三效蒸發(fā)器處理，蒸發(fā)結(jié)晶回收鹽和有用物質(zhì)；蒸汽冷卻水已達(dá)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(shí)現(xiàn)了資源的回收利用和出水100%的回用。實(shí)施例3某銅冶煉廠廢水，處理工藝以石灰中和+硫化沉淀+膜法處理為主，納濾和反滲透膜過濾混合濃縮液，其水質(zhì)指標(biāo)=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。采用真空式膜蒸餾法處理進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)用聚丙烯(PP)微孔膜，控制熱側(cè)溫度90°c、冷側(cè)溫度10°C，冷側(cè)真空度 0. 15MPa，采用超聲波清洗防治膜污染出水水質(zhì)指標(biāo)此時(shí)的脫鹽率在99. 6%，對(duì)重金屬的截留率也在99%以上。由減壓膜蒸餾法濃縮10倍后剩余的廢水再經(jīng)過三效蒸發(fā)器處理，蒸發(fā)結(jié)晶回收鹽和有用物質(zhì)；蒸汽冷卻水已達(dá)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(shí)現(xiàn)了資源的回收利用和出水100%的回用。實(shí)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(zhì)指標(biāo)=Cu 1. 31mg/l、Pb :0. 174mg/l, Zn :0. 063mg/l, Fe 0. 820mg/l、Cl :8975mg/l、Na :6849mg/l。采用吹掃氣式膜蒸餾法處理進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)用聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜，控制熱側(cè)溫度40°C，冷側(cè)溫度10°C，出水水質(zhì)指標(biāo)此時(shí)的脫鹽率在 99.5%，對(duì)重金屬的截留率也在99%以上。由吹掃氣式膜蒸餾法濃縮1倍后剩余的廢水再經(jīng)過三效蒸發(fā)器處理，蒸發(fā)結(jié)晶回收鹽和有用物質(zhì)；蒸汽冷卻水已達(dá)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(shí)現(xiàn)了資源的回收利用和出水100%的回用。實(shí)施例5某銅冶煉廠廢水，處理工藝以石灰中和+硫化沉淀+膜法處理為主，納濾和反滲透膜過濾混合濃縮液，其水質(zhì)指標(biāo)=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。采用真空式膜蒸餾法處理進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)用聚丙烯(PP)微孔膜，控制熱側(cè)溫度40°c、冷側(cè)溫度30°C，冷側(cè)真空度 0. 15MPa，采用超聲波清洗防治膜污染出水水質(zhì)指標(biāo)此時(shí)的脫鹽率在99. 4%，對(duì)重金屬的截留率也在99%以上。由減壓膜蒸餾法濃縮1倍后剩余的廢水再經(jīng)過三效蒸發(fā)器處理，蒸發(fā)結(jié)晶回收鹽和有用物質(zhì)；蒸汽冷卻水已達(dá)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(shí)現(xiàn)了資源的回收利用和出水100%的回用。本發(fā)明可以用于去除在礦山廢水、冶煉廢水、電鍍廢水、制藥廢水處理過程中產(chǎn)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后，進(jìn)入到膜蒸餾系統(tǒng)循環(huán)處理， 達(dá)到一定的濃縮倍數(shù)后進(jìn)入多效蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行處理。膜蒸餾和多效蒸發(fā)產(chǎn)生的淡水收集后回用，產(chǎn)生的結(jié)晶固體綜合利用或再處理。整個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)污染物的“零”排放。
權(quán)利要求
1.一種處理含重金屬廢水膜過濾濃縮液的方法，其特征是，所說的含重金屬廢水膜過濾濃縮液被收集預(yù)處理后，進(jìn)入膜蒸餾系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)加熱后通入疏水微孔膜的一側(cè)(稱為熱側(cè))，控制熱側(cè)溫度40 90°C，另一側(cè)直接或間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側(cè))， 冷側(cè)溫度10 30°C，使疏水膜的兩側(cè)維持在10 80°C的溫差從而在膜的兩側(cè)形成蒸汽壓差，熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化通過膜進(jìn)入冷側(cè)并被冷凝成液相，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)含重金屬廢水膜濃縮液的濃縮，濃縮1 10倍后再進(jìn)入高效蒸發(fā)系統(tǒng)處理；膜蒸餾系統(tǒng)和高效蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的淡水收集后回用或排放，膜蒸餾系統(tǒng)和高效蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)晶固體綜合利用或再處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，所說的膜蒸餾系統(tǒng)可以作為含重金屬廢水膜過濾濃縮液處理中的一個(gè)處理單元或系統(tǒng)單獨(dú)使用，也可以結(jié)合高效蒸發(fā)技術(shù)一起聯(lián)合使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，所說的膜蒸餾可以采用不同的過程與形式，可應(yīng)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(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，膜蒸餾過程可以采用反沖洗、化學(xué)清洗、超聲波清洗、脈動(dòng)清洗、電磁波清洗、蒸汽清洗方法防治膜污染；這些方法在防治膜污染過程中可以單獨(dú)使用，也可以根據(jù)工作實(shí)際需要聯(lián)合使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，高效蒸發(fā)系統(tǒng)可采用各類蒸發(fā)器和蒸餾器串聯(lián)或并聯(lián)使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，膜過濾濃縮液進(jìn)入膜蒸餾處理前和膜蒸餾濃縮液進(jìn)入高效蒸發(fā)處理前，濃縮液可以不經(jīng)過處理，也可以對(duì)濃縮液進(jìn)行各種方法的預(yù)處理后再進(jìn)行膜蒸餾或高效蒸發(fā)處理，預(yù)處理方法為濃縮液PH值調(diào)整、隔渣、沉淀、絮凝沉淀、 曝氣、化學(xué)氧化及還原處理、電化學(xué)處理、固液分離和預(yù)熱。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種含重金屬廢水膜濃縮液的處理方法，涉及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及冶金和礦山行業(yè)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后，進(jìn)入到膜蒸餾系統(tǒng)循環(huán)處理，達(dá)到一定的濃縮倍數(shù)后進(jìn)入高效蒸發(fā)系統(tǒng)。膜蒸餾系統(tǒng)和高效蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的淡水收集后回用，產(chǎn)生的結(jié)晶固體綜合利用或再處理。該工藝操作方便、節(jié)能、占地面積小、環(huán)境污染小、處理成本較低，具有廣泛的應(yīng)用前景，能夠?qū)崿F(xiàn)含重金屬廢水膜濃縮液的“零”排放，從而真正達(dá)到含重金屬廢水處理的“零”排放。
文檔編號(hào)C02F9/10GK102260006SQ201110185079
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者徐曉軍, 施國(guó)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(qǐng)人:昆明理工大學(xué)