專利名稱：一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法
技術領域：
本發明涉及一種污水處理，特別是涉及一種采用膜過濾技術的金屬冶煉廠污水再生回用方法。
背景技術：
隨著人口的增加，人們活動范圍的不斷擴大以及工農業的發展和人口居住的城鎮化，大量的工業生產污水、農業生產污水和人們生活污水被排入環境，水的污染問題已越來越嚴重。水是人們賴以生存的基本物質基礎，我國是一個水資源比較缺乏的國家，因此，將各種工業污水經處理回用于生產以便節約用水是目前的熱點。在各類工業污水中，金屬冶煉企業的污水由于行業特點，其有機物含量低，易于回用。但由于其污水處理工藝的特點是多使用石灰作為污水處理的混凝劑，因此污水中鈣離子含量較高，一般在250mg/L以上，有時甚至達到2000mg/L。由于大量鈣離子的存在，導致在污水回用于生產過程中極易結垢，因此大多數金屬冶煉企業都未能將污水回用于生產。當前，對于金屬冶煉廠污水回用的方法主要是1.減量法為了使廢水變為循環水，在進管道前，破壞污水中鈣離子的高度過飽和度，可以適當減少污水處理中石灰乳的投加量，或者改用其他堿性物質(如燒堿等)來調節酸性廢水的pH值。但這樣勢必會大大提高廢水的處理費用，并且結垢的可能性仍不能完全排除。這種方法常常受制于它的經濟性。
2.物理法利用高壓靜電場的作用，改變水分子中的電子結構，水偶極子將水中陰、陽離子包圍，并按正負順序呈鏈狀整齊排列使之不能自由運動，水中所含陽離子不致趨向管壁和器壁，從而阻止鈣、鎂離子形成水垢。目前市場上的靜電除垢器、電子除垢器和離子棒水處理器等都是基于這一原理制造的產品。此法工業化難度較大。
3.材料改性法選用表面能大的材質作為輸水管，使鈣離子無法在材料表面結垢，這種方法迄今沒有取得突破性進展，是今后值得研究的課題。
4.阻垢劑法投加高效低劑量的阻垢劑，這一方法是目前普遍使用的防垢方法之一。阻垢劑的作用機理為1)與水中金屬離子形成可溶性穩定的絡合物或螫合物，從而阻止系統中陰、陽離子結合而結垢；
2)用陰離子或非離子型的聚合物把能形成垢的懸浮顆粒包圍，使之帶足夠的相同電荷，互相排斥而失去粘結能力，使成垢顆粒穩定在分散狀態；3)可起到破壞晶體有序排列和使晶格歪曲，發生畸變的作用，晶體顆粒不再增長于固體表面成垢，從而可以達到控制垢沉積的目的。
該方法為常用方法，但由于從理論上并未去除污水中殘留的鈣離子，因此在使用過程中，隨著冷卻水循環次數的增加，鈣離子濃度提高后，還是有形成結垢的可能。
5.離子交換法離子交換法通常將污水經過必要的預處理(如絮凝沉淀過濾)后，泵入離子交換設備，經過離子交換，脫除自來水中的陽離子得到無鈣的循環水。但該法成本較高，且在較高鈣濃度下，樹脂頻繁再生會產生一定數量的新廢水，污染環境。
漣源鋼鐵集團有限公司在公告號為CN2712913的實用新型專利中公開了一種用于轉爐煉鋼工藝處理轉爐污水的壓濾機污水絮凝裝置，它主要由容器8及減速機4、攪拌桿7、攪拌葉5構成的攪拌器、污水進口管9、藥水進口管2等組成。從污水進口管9來的轉爐污水與從藥水進口管2來的含有高分子絮凝劑的藥水混合后進入容器8，在攪拌桿7與攪拌葉5的作用下使轉爐污水與高分子絮凝劑進一步混合加速污泥的絮凝速度，經污水出口管6進入到壓濾機10，壓濾機10壓濾將污水中的污泥與水分離，分離后的污泥變成泥餅送下道工序處理，分離后的水再循環利用。這種裝置可推廣到電爐冶煉工藝或高爐上的污水處理。
董佳偉在公開號為CN1699221的發明專利申請中提供一種冶煉污水處理零外排工藝，是對冶煉煙氣噴淋酸洗所產生的污水經中和、氧化、沉淀的治理。將鼓風爐汽包排出的蒸汽冷卻轉變為水，加入上清處理水中引至鑄渣機及前床渣口用于冷卻鑄渣及水淬渣。具體工藝為，對冶煉煙氣噴淋酸洗所產生的污水經處理，上清處理水儲存；將鼓風爐汽包排出的蒸汽經換熱器冷卻轉變為水，加入上清處理水中，引至鑄渣機作為冷卻水，引入前床渣口用于水淬渣冷卻水。本發明的特點為，將冶煉生產工藝與污水治理工藝科學設計、有機結合，使酸洗凈化工序所產生的污水在冶煉生產工序中全部消耗，實現生產污水零排放，本發明是一種設計科學、工藝合理、能有效根除冶煉污水的治污新工藝。
習杰峰在公開號為CN1504426的發明專利申請中提供一種用硅藻土處理有色金屬冶煉廢水的方法，在調好pH值的廢水中加入硅藻土，充分攪拌并沉淀。由于硅藻土的吸咐能力極強，可解決傳統工藝中無法對微小的顆粒及粒子進行絮凝沉淀，對環境繼續產生危害的問題，本發明污水處理方法的效果很好，去除率達95％以上，成本降低30％以上。
發明內容
本發明的目的在于針對目前普遍缺水的現實環境，而現有的對金屬冶煉企業污水回用方法存在的缺點，提供一種改良的金屬冶煉廠的污水處理工藝，使經常規處理后的污水經膜系統處理后能夠回用于生產的方法。
本發明的技術方案是金屬冶煉廠的污水經過常規處理后，污水中影響回用的主要問題在于污水處理工藝中添加的大量鈣離子，鈣離子會在隨后回用過程中引起結垢。采用膜技術截留污水中的鈣離子，使出水的鈣離子低于50mg/L，完全滿足回用要求(參照附件中國家循環冷卻水標準)，從而降低生產成本和并且提高了水資源利用率。
本發明包括如下步驟1)混凝將金屬冶煉廠處理后能達標排放的污水添加水處理混凝劑，使污水中的膠體混凝，形成礬花。
2)砂濾過濾將混凝后的污水通過砂濾罐過濾，除去污水中的大顆粒的固體懸浮物、膠體等雜質。
3)纖維濾芯過濾將經砂濾過濾后的污水通過纖維濾芯過濾，進一步除去水體中的懸浮物及較小的雜質。
4)超濾過濾將經纖維濾芯過濾后的污水泵入超濾系統過濾，除去微小的懸浮物、有機物和細菌等物質，得超濾透析液和濃縮液。
5)納濾(或反滲透)過濾將經超濾過濾后的透析液用增壓泵泵入納濾(或反滲透)系統過濾，去除水中的重金屬、鈣離子等離子，得納濾(或反滲透)透析液和濃縮液。
6)濃縮液的處理將超濾和納濾(或反滲透)所得濃縮液合并貯于水槽中，經過石灰混凝沉淀后排放。
在步驟1)中，所述的水處理混凝劑選自聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺或類似的水處理混凝劑。
在步驟4)中，所述的超濾過濾是采用水泵增壓，在進水壓力5～6bar條件下，使經纖維濾芯過濾的污水直接通過超濾膜系統過濾得透析液和濃縮液。所述的超濾系統過濾所采用的超濾膜為截留分子量為50000～300000的聚砜超濾膜、聚醚砜超濾膜、聚氟酰胺超濾膜，醋酸纖維超濾膜、聚偏氟乙烯超濾膜等，其工作條件為常溫，進壓5～8bar，出壓3.5～6.5bar，壓力差為1～1.5bar。
在步驟5)中，所述的納濾系統過濾所選用的膜材料是截留分子量為150～300的聚砜、聚醚砜、醋酸纖維素或復合納濾膜等，其工作條件為溫度常溫，進壓7～45bar，出壓6～42.5bar，壓力差壓力差1～1.5bar；或反滲透系統過濾所選用的膜材料為聚砜、聚醚砜、聚酰胺、醋酸纖維素或復合納濾膜等，其工作條件為溫度常溫，進壓7～20bar，出壓6～19bar，壓力差1～1.5bar。在超濾過濾后的透析液中添加2～5mg/L的阻垢劑。
納濾(或反滲透)所得透析液(水)可合并貯于水槽中，用泵將水泵入冷卻循環水的用水管網，回用于生產中。
在步驟6)中，經過石灰混凝沉淀后，最好用硫酸調節pH到6～9后排放。
與現有的冶金污水處理技術比較，本發明具有如下突出的優點1)采用組合的膜處理技術處理，可以有效去除污水中的懸浮物、細菌、大分子化合物、重金屬離子及鈣離子，使出水達到循環冷卻水標準(參見附表國家循環冷卻水水質標準)，回用于生產。2)采用膜系統處理金屬冶煉廠污水出水水質穩定。
具體實施例方式
實施例1某冶煉鉛廠的污水情況參見表1。
表1
由表1看出污水原水中含有多種重金屬離子，且含有一定的鈣離子，經原處理工藝后，可以達到國家規定的污水排放標準。經本發明的膜處理工藝后，完全滿足循環冷卻水的需要。
以下給出處理過程的步驟如下1)混凝將金屬冶煉廠處理后能達標排放的污水，通過添加聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺(濃度分別為100mg/L和5mg/L)，使污水中的膠體混凝，形成礬花。
2)砂濾過濾將混凝后的污水，通過砂濾罐過濾，除去污水中的大顆粒的固體懸浮物、膠體等雜質。
3)纖維濾芯過濾將經砂濾過濾后的污水通過纖維濾芯過濾，進一步除去水體中的懸浮物及較小的雜質。
4)超濾過濾將經纖維濾芯過濾后的污水泵入超濾系統過濾。膜材料為聚醚砜，截留分子量為10000。進壓5bar，出壓3.5bar。除去微小的懸浮物、有機物和細菌等物質得超濾透析液和濃縮液。通過控制獲得的透析液和濃縮液的流量比，控制超濾過濾的回收率95％。
5)納濾過濾將經超濾過濾后的透析液用增壓泵泵入納濾系統過濾，去除水中的重金屬、鈣離子等離子，得納濾透析液和濃縮液。膜材料為聚砜，截留分子量100。進壓10bar，出壓8.5bar。通過控制獲得的透析液和濃縮液的流量比，控制納濾過濾的回收率70％。同時在納濾系統運行過程中添加2mg/L的阻垢劑。
濃縮液的處理將超濾和納濾所得濃縮液合并貯于水槽中，經過加入0.5％的石灰混凝沉淀后，用20％硫酸調節pH到8后達標排放。
透析液的利用納濾所得透析液合并貯于水槽中，用泵將水泵入冷卻循環水的用水管網，回用于生產中。
實施例2某冶煉銅廠的污水情況參見表2。
表2
由表2看出污水原水中含有多種重金屬離子，且含有較高的鈣離子，經原處理工藝后，可以達到國家規定的污水排放標準。經本發明的膜處理工藝后，完全滿足循環冷卻水的需要。
處理步驟如下
1)混凝將金屬冶煉廠處理后能達標排放的污水，通過添加聚合氯化鐵和聚丙烯酰胺(濃度分別為70mg/L和3mg/L)，使污水中的膠體混凝，形成礬花。
2)砂濾過濾將混凝后的污水，通過砂濾罐過濾，除去污水中的大顆粒的固體懸浮物、膠體等雜質。
3)纖維濾芯過濾將經砂濾過濾后的污水通過纖維濾芯過濾，進一步除去水體中的懸浮物及較小的雜質。
4)超濾過濾將經纖維濾芯過濾后的污水泵入超濾系統過濾。膜材料為聚四氟乙烯，截留分子量為20000。進壓5bar，出壓3.5bar。除去微小的懸浮物、有機物和細菌等物質，得超濾透析液和濃縮液。通過控制獲得的透析液和濃縮液的流量比，控制超濾過濾的回收率95％。
5)反滲透過濾將經超濾過濾后的透析液用增壓泵泵入反滲透系統過濾，去除水中的重金屬、鈣離子等離子，得反滲透透析液和濃縮液。膜材料為醋酸纖維素。進壓7bar，出壓6bar。通過控制獲得的透析液和濃縮液的流量比，控制反滲透過濾的回收率65％。同時在反滲透系統運行過程中適量添加3mg/L的阻垢劑。
濃縮液的處理將超濾和納濾所得濃縮液合并貯于水槽中，經過加入0.5％的石灰混凝沉淀后，用20％硫酸調節pH到8后達標排放。
透析液的利用納濾所得透析液合并貯于水槽中，用泵將水泵入冷卻循環水的用水管網，回用于生產中。
附表國家循環冷卻水水質標準
權利要求
1.一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于包括如下步驟1)混凝將金屬冶煉廠處理后能達標排放的污水添加水處理混凝劑，使污水中的膠體混凝，形成礬花；2)砂濾過濾將混凝后的污水通過砂濾罐過濾，除去污水中的大顆粒的固體懸浮物和膠體雜質；3)纖維濾芯過濾將經砂濾過濾后的污水通過纖維濾芯過濾，進一步除去水體中的懸浮物及較小的雜質；4)超濾過濾將經纖維濾芯過濾后的污水泵入超濾系統過濾，除去微小的懸浮物、有機物和細菌等物質，得超濾透析液和濃縮液；5)納濾或反滲透過濾將經超濾過濾后的透析液用增壓泵泵入納濾或反滲透系統過濾，去除水中的重金屬、鈣離子等離子，得納濾或反滲透透析液和濃縮液；6)濃縮液的處理濃縮液的處理將超濾和納濾或反滲透所得濃縮液合并貯于水槽中，經過石灰混凝沉淀后排放。
2.如權利要求1所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟1)中，所述的水處理混凝劑選自聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺或類似的水處理混凝劑。
3.如權利要求1所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟4)中，所述的超濾過濾是采用水泵增壓，在進水壓力5-6bar條件下，使經纖維濾芯過濾的污水直接通過超濾膜系統過濾得透析液和濃縮液；所述的超濾系統過濾所采用的超濾膜為截留分子量為50000～300000的聚砜超濾膜、聚醚砜超濾膜、聚氟酰胺超濾膜，醋酸纖維超濾膜或聚偏氟乙烯超濾膜。
4.如權利要求1或3所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟4)中，所述的超濾系統過濾所采用的工作條件為常溫，進壓5～8bar，出壓3.5～6.5bar，壓力差為1bar～1.5bar。
5.如權利要求1所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟5)中，所述的納濾系統過濾所選用的膜材料是截留分子量為150～300的聚砜、聚醚砜、醋酸纖維素或復合納濾膜。
6.如權利要求1或5所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟5)中，所述的納濾系統過濾所選用的工作條件為溫度常溫，進壓7～45bar，出壓6～42.5bar，壓力差壓力差1bar～1.5bar。
7.如權利要求1或5所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟5)中，所述的反滲透系統過濾所選用的膜材料是聚砜、聚醚砜、聚酰胺、醋酸纖維素或復合納濾膜。
8.如權利要求1或5所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟5)中，所述的反滲透系統過濾的工作條件為溫度常溫，進壓7～20bar，出壓6～19bar，壓力差1～1.5bar。
9.如權利要求1或5所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟5)中，在超濾過濾后的透析液中添加2～5mg/L的阻垢劑。
10.如權利要求1所述的一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，其特征在于在步驟6)中，經過石灰混凝沉淀后，用硫酸調節pH到6～9后排放。
全文摘要
一種基于膜過濾技術的金屬冶煉廠污水回用方法，涉及一種污水處理，特別是涉及一種采用膜過濾技術的金屬冶煉廠污水再生回用方法。提供一種改良的金屬冶煉廠的污水處理工藝，使經常規處理后的污水經膜系統處理后能夠回用于生產的方法。其步驟污水添加水處理混凝劑形成礬花。將混凝后的污水過濾，除去大顆粒雜質。經纖維濾芯過濾，除去懸浮物及小雜質。再泵入超濾系統過濾，除去微小懸浮物、有機物和細菌等物質得超濾透析液和濃縮液。透析液泵入納濾(或反滲透)系統過濾，去除重金屬、鈣離子等離子得納濾(或反滲透)透析液和濃縮液。濃縮液合并貯于水槽中，混凝沉淀后排放。
文檔編號C02F1/52GK101041485SQ20071000864
公開日2007年9月26日 申請日期2007年2月15日 優先權日2007年2月15日
發明者藍偉光, 嚴濱, 王剛, 王錦龍, 朱振煌, 劉久清, 方富林, 洪昱斌 申請人:三達膜科技(廈門)有限公司