专利名称：一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理，特别是涉及一种采用膜过滤技术的金属冶炼厂污水再生回用方法。
背景技术：
随着人口的增加，人们活动范围的不断扩大以及工农业的发展和人口居住的城镇化，大量的工业生产污水、农业生产污水和人们生活污水被排入环境，水的污染问题已越来越严重。水是人们赖以生存的基本物质基础，我国是一个水资源比较缺乏的国家，因此，将各种工业污水经处理回用于生产以便节约用水是目前的热点。在各类工业污水中，金属冶炼企业的污水由于行业特点，其有机物含量低，易于回用。但由于其污水处理工艺的特点是多使用石灰作为污水处理的混凝剂，因此污水中钙离子含量较高，一般在250mg/L以上，有时甚至达到2000mg/L。由于大量钙离子的存在，导致在污水回用于生产过程中极易结垢，因此大多数金属冶炼企业都未能将污水回用于生产。当前，对于金属冶炼厂污水回用的方法主要是1.减量法为了使废水变为循环水，在进管道前，破坏污水中钙离子的高度过饱和度，可以适当减少污水处理中石灰乳的投加量，或者改用其他碱性物质(如烧碱等)来调节酸性废水的pH值。但这样势必会大大提高废水的处理费用，并且结垢的可能性仍不能完全排除。这种方法常常受制于它的经济性。
2.物理法利用高压静电场的作用，改变水分子中的电子结构，水偶极子将水中阴、阳离子包围，并按正负顺序呈链状整齐排列使之不能自由运动，水中所含阳离子不致趋向管壁和器壁，从而阻止钙、镁离子形成水垢。目前市场上的静电除垢器、电子除垢器和离子棒水处理器等都是基于这一原理制造的产品。此法工业化难度较大。
3.材料改性法选用表面能大的材质作为输水管，使钙离子无法在材料表面结垢，这种方法迄今没有取得突破性进展，是今后值得研究的课题。
4.阻垢剂法投加高效低剂量的阻垢剂，这一方法是目前普遍使用的防垢方法之一。阻垢剂的作用机理为1)与水中金属离子形成可溶性稳定的络合物或螫合物，从而阻止系统中阴、阳离子结合而结垢；
2)用阴离子或非离子型的聚合物把能形成垢的悬浮颗粒包围，使之带足够的相同电荷，互相排斥而失去粘结能力，使成垢颗粒稳定在分散状态；3)可起到破坏晶体有序排列和使晶格歪曲，发生畸变的作用，晶体颗粒不再增长于固体表面成垢，从而可以达到控制垢沉积的目的。
该方法为常用方法，但由于从理论上并未去除污水中残留的钙离子，因此在使用过程中，随着冷却水循环次数的增加，钙离子浓度提高后，还是有形成结垢的可能。
5.离子交换法离子交换法通常将污水经过必要的预处理(如絮凝沉淀过滤)后，泵入离子交换设备，经过离子交换，脱除自来水中的阳离子得到无钙的循环水。但该法成本较高，且在较高钙浓度下，树脂频繁再生会产生一定数量的新废水，污染环境。
涟源钢铁集团有限公司在公告号为CN2712913的实用新型专利中公开了一种用于转炉炼钢工艺处理转炉污水的压滤机污水絮凝装置，它主要由容器8及减速机4、搅拌杆7、搅拌叶5构成的搅拌器、污水进口管9、药水进口管2等组成。从污水进口管9来的转炉污水与从药水进口管2来的含有高分子絮凝剂的药水混合后进入容器8，在搅拌杆7与搅拌叶5的作用下使转炉污水与高分子絮凝剂进一步混合加速污泥的絮凝速度，经污水出口管6进入到压滤机10，压滤机10压滤将污水中的污泥与水分离，分离后的污泥变成泥饼送下道工序处理，分离后的水再循环利用。这种装置可推广到电炉冶炼工艺或高炉上的污水处理。
董佳伟在公开号为CN1699221的发明专利申请中提供一种冶炼污水处理零外排工艺，是对冶炼烟气喷淋酸洗所产生的污水经中和、氧化、沉淀的治理。将鼓风炉汽包排出的蒸汽冷却转变为水，加入上清处理水中引至铸渣机及前床渣口用于冷却铸渣及水淬渣。具体工艺为，对冶炼烟气喷淋酸洗所产生的污水经处理，上清处理水储存；将鼓风炉汽包排出的蒸汽经换热器冷却转变为水，加入上清处理水中，引至铸渣机作为冷却水，引入前床渣口用于水淬渣冷却水。本发明的特点为，将冶炼生产工艺与污水治理工艺科学设计、有机结合，使酸洗净化工序所产生的污水在冶炼生产工序中全部消耗，实现生产污水零排放，本发明是一种设计科学、工艺合理、能有效根除冶炼污水的治污新工艺。
习杰峰在公开号为CN1504426的发明专利申请中提供一种用硅藻土处理有色金属冶炼废水的方法，在调好pH值的废水中加入硅藻土，充分搅拌并沉淀。由于硅藻土的吸咐能力极强，可解决传统工艺中无法对微小的颗粒及粒子进行絮凝沉淀，对环境继续产生危害的问题，本发明污水处理方法的效果很好，去除率达95％以上，成本降低30％以上。
发明内容
本发明的目的在于针对目前普遍缺水的现实环境，而现有的对金属冶炼企业污水回用方法存在的缺点，提供一种改良的金属冶炼厂的污水处理工艺，使经常规处理后的污水经膜系统处理后能够回用于生产的方法。
本发明的技术方案是金属冶炼厂的污水经过常规处理后，污水中影响回用的主要问题在于污水处理工艺中添加的大量钙离子，钙离子会在随后回用过程中引起结垢。采用膜技术截留污水中的钙离子，使出水的钙离子低于50mg/L，完全满足回用要求(参照附件中国家循环冷却水标准)，从而降低生产成本和并且提高了水资源利用率。
本发明包括如下步骤1)混凝将金属冶炼厂处理后能达标排放的污水添加水处理混凝剂，使污水中的胶体混凝，形成矾花。
2)砂滤过滤将混凝后的污水通过砂滤罐过滤，除去污水中的大颗粒的固体悬浮物、胶体等杂质。
3)纤维滤芯过滤将经砂滤过滤后的污水通过纤维滤芯过滤，进一步除去水体中的悬浮物及较小的杂质。
4)超滤过滤将经纤维滤芯过滤后的污水泵入超滤系统过滤，除去微小的悬浮物、有机物和细菌等物质，得超滤透析液和浓缩液。
5)纳滤(或反渗透)过滤将经超滤过滤后的透析液用增压泵泵入纳滤(或反渗透)系统过滤，去除水中的重金属、钙离子等离子，得纳滤(或反渗透)透析液和浓缩液。
6)浓缩液的处理将超滤和纳滤(或反渗透)所得浓缩液合并贮于水槽中，经过石灰混凝沉淀后排放。
在步骤1)中，所述的水处理混凝剂选自聚合氯化铝、聚丙烯酰胺或类似的水处理混凝剂。
在步骤4)中，所述的超滤过滤是采用水泵增压，在进水压力5～6bar条件下，使经纤维滤芯过滤的污水直接通过超滤膜系统过滤得透析液和浓缩液。所述的超滤系统过滤所采用的超滤膜为截留分子量为50000～300000的聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚氟酰胺超滤膜，醋酸纤维超滤膜、聚偏氟乙烯超滤膜等，其工作条件为常温，进压5～8bar，出压3.5～6.5bar，压力差为1～1.5bar。
在步骤5)中，所述的纳滤系统过滤所选用的膜材料是截留分子量为150～300的聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素或复合纳滤膜等，其工作条件为温度常温，进压7～45bar，出压6～42.5bar，压力差压力差1～1.5bar；或反渗透系统过滤所选用的膜材料为聚砜、聚醚砜、聚酰胺、醋酸纤维素或复合纳滤膜等，其工作条件为温度常温，进压7～20bar，出压6～19bar，压力差1～1.5bar。在超滤过滤后的透析液中添加2～5mg/L的阻垢剂。
纳滤(或反渗透)所得透析液(水)可合并贮于水槽中，用泵将水泵入冷却循环水的用水管网，回用于生产中。
在步骤6)中，经过石灰混凝沉淀后，最好用硫酸调节pH到6～9后排放。
与现有的冶金污水处理技术比较，本发明具有如下突出的优点1)采用组合的膜处理技术处理，可以有效去除污水中的悬浮物、细菌、大分子化合物、重金属离子及钙离子，使出水达到循环冷却水标准(参见附表国家循环冷却水水质标准)，回用于生产。2)采用膜系统处理金属冶炼厂污水出水水质稳定。
具体实施例方式
实施例1某冶炼铅厂的污水情况参见表1。
表1
由表1看出污水原水中含有多种重金属离子，且含有一定的钙离子，经原处理工艺后，可以达到国家规定的污水排放标准。经本发明的膜处理工艺后，完全满足循环冷却水的需要。
以下给出处理过程的步骤如下1)混凝将金属冶炼厂处理后能达标排放的污水，通过添加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺(浓度分别为100mg/L和5mg/L)，使污水中的胶体混凝，形成矾花。
2)砂滤过滤将混凝后的污水，通过砂滤罐过滤，除去污水中的大颗粒的固体悬浮物、胶体等杂质。
3)纤维滤芯过滤将经砂滤过滤后的污水通过纤维滤芯过滤，进一步除去水体中的悬浮物及较小的杂质。
4)超滤过滤将经纤维滤芯过滤后的污水泵入超滤系统过滤。膜材料为聚醚砜，截留分子量为10000。进压5bar，出压3.5bar。除去微小的悬浮物、有机物和细菌等物质得超滤透析液和浓缩液。通过控制获得的透析液和浓缩液的流量比，控制超滤过滤的回收率95％。
5)纳滤过滤将经超滤过滤后的透析液用增压泵泵入纳滤系统过滤，去除水中的重金属、钙离子等离子，得纳滤透析液和浓缩液。膜材料为聚砜，截留分子量100。进压10bar，出压8.5bar。通过控制获得的透析液和浓缩液的流量比，控制纳滤过滤的回收率70％。同时在纳滤系统运行过程中添加2mg/L的阻垢剂。
浓缩液的处理将超滤和纳滤所得浓缩液合并贮于水槽中，经过加入0.5％的石灰混凝沉淀后，用20％硫酸调节pH到8后达标排放。
透析液的利用纳滤所得透析液合并贮于水槽中，用泵将水泵入冷却循环水的用水管网，回用于生产中。
实施例2某冶炼铜厂的污水情况参见表2。
表2
由表2看出污水原水中含有多种重金属离子，且含有较高的钙离子，经原处理工艺后，可以达到国家规定的污水排放标准。经本发明的膜处理工艺后，完全满足循环冷却水的需要。
处理步骤如下
1)混凝将金属冶炼厂处理后能达标排放的污水，通过添加聚合氯化铁和聚丙烯酰胺(浓度分别为70mg/L和3mg/L)，使污水中的胶体混凝，形成矾花。
2)砂滤过滤将混凝后的污水，通过砂滤罐过滤，除去污水中的大颗粒的固体悬浮物、胶体等杂质。
3)纤维滤芯过滤将经砂滤过滤后的污水通过纤维滤芯过滤，进一步除去水体中的悬浮物及较小的杂质。
4)超滤过滤将经纤维滤芯过滤后的污水泵入超滤系统过滤。膜材料为聚四氟乙烯，截留分子量为20000。进压5bar，出压3.5bar。除去微小的悬浮物、有机物和细菌等物质，得超滤透析液和浓缩液。通过控制获得的透析液和浓缩液的流量比，控制超滤过滤的回收率95％。
5)反渗透过滤将经超滤过滤后的透析液用增压泵泵入反渗透系统过滤，去除水中的重金属、钙离子等离子，得反渗透透析液和浓缩液。膜材料为醋酸纤维素。进压7bar，出压6bar。通过控制获得的透析液和浓缩液的流量比，控制反渗透过滤的回收率65％。同时在反渗透系统运行过程中适量添加3mg/L的阻垢剂。
浓缩液的处理将超滤和纳滤所得浓缩液合并贮于水槽中，经过加入0.5％的石灰混凝沉淀后，用20％硫酸调节pH到8后达标排放。
透析液的利用纳滤所得透析液合并贮于水槽中，用泵将水泵入冷却循环水的用水管网，回用于生产中。
附表国家循环冷却水水质标准
权利要求
1.一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于包括如下步骤1)混凝将金属冶炼厂处理后能达标排放的污水添加水处理混凝剂，使污水中的胶体混凝，形成矾花；2)砂滤过滤将混凝后的污水通过砂滤罐过滤，除去污水中的大颗粒的固体悬浮物和胶体杂质；3)纤维滤芯过滤将经砂滤过滤后的污水通过纤维滤芯过滤，进一步除去水体中的悬浮物及较小的杂质；4)超滤过滤将经纤维滤芯过滤后的污水泵入超滤系统过滤，除去微小的悬浮物、有机物和细菌等物质，得超滤透析液和浓缩液；5)纳滤或反渗透过滤将经超滤过滤后的透析液用增压泵泵入纳滤或反渗透系统过滤，去除水中的重金属、钙离子等离子，得纳滤或反渗透透析液和浓缩液；6)浓缩液的处理浓缩液的处理将超滤和纳滤或反渗透所得浓缩液合并贮于水槽中，经过石灰混凝沉淀后排放。
2.如权利要求1所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤1)中，所述的水处理混凝剂选自聚合氯化铝、聚丙烯酰胺或类似的水处理混凝剂。
3.如权利要求1所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤4)中，所述的超滤过滤是采用水泵增压，在进水压力5-6bar条件下，使经纤维滤芯过滤的污水直接通过超滤膜系统过滤得透析液和浓缩液；所述的超滤系统过滤所采用的超滤膜为截留分子量为50000～300000的聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚氟酰胺超滤膜，醋酸纤维超滤膜或聚偏氟乙烯超滤膜。
4.如权利要求1或3所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤4)中，所述的超滤系统过滤所采用的工作条件为常温，进压5～8bar，出压3.5～6.5bar，压力差为1bar～1.5bar。
5.如权利要求1所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤5)中，所述的纳滤系统过滤所选用的膜材料是截留分子量为150～300的聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素或复合纳滤膜。
6.如权利要求1或5所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤5)中，所述的纳滤系统过滤所选用的工作条件为温度常温，进压7～45bar，出压6～42.5bar，压力差压力差1bar～1.5bar。
7.如权利要求1或5所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤5)中，所述的反渗透系统过滤所选用的膜材料是聚砜、聚醚砜、聚酰胺、醋酸纤维素或复合纳滤膜。
8.如权利要求1或5所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤5)中，所述的反渗透系统过滤的工作条件为温度常温，进压7～20bar，出压6～19bar，压力差1～1.5bar。
9.如权利要求1或5所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤5)中，在超滤过滤后的透析液中添加2～5mg/L的阻垢剂。
10.如权利要求1所述的一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，其特征在于在步骤6)中，经过石灰混凝沉淀后，用硫酸调节pH到6～9后排放。
全文摘要
一种基于膜过滤技术的金属冶炼厂污水回用方法，涉及一种污水处理，特别是涉及一种采用膜过滤技术的金属冶炼厂污水再生回用方法。提供一种改良的金属冶炼厂的污水处理工艺，使经常规处理后的污水经膜系统处理后能够回用于生产的方法。其步骤污水添加水处理混凝剂形成矾花。将混凝后的污水过滤，除去大颗粒杂质。经纤维滤芯过滤，除去悬浮物及小杂质。再泵入超滤系统过滤，除去微小悬浮物、有机物和细菌等物质得超滤透析液和浓缩液。透析液泵入纳滤(或反渗透)系统过滤，去除重金属、钙离子等离子得纳滤(或反渗透)透析液和浓缩液。浓缩液合并贮于水槽中，混凝沉淀后排放。
文档编号C02F1/52GK101041485SQ20071000864
公开日2007年9月26日 申请日期2007年2月15日 优先权日2007年2月15日
发明者蓝伟光, 严滨, 王刚, 王锦龙, 朱振煌, 刘久清, 方富林, 洪昱斌 申请人:三达膜科技(厦门)有限公司