公布日：2023.03.28
申請日：2022.11.21
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本申請涉及廢水處理系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種含鎳廢水處理系統(tǒng)及其使用方法。一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，包括預(yù)處理系統(tǒng)和脫鹽系統(tǒng)；所述預(yù)處理系統(tǒng)包括：含鎳廢水調(diào)節(jié)池，pH調(diào)節(jié)池，預(yù)沉池、中間水池；所述脫鹽系統(tǒng)包括：多介質(zhì)過濾器、超濾器、超濾水池、納濾器、納濾水池、反滲透器和反滲透水池。本申請的廢水處理系統(tǒng)可用于處理電鍍、工業(yè)等含鎳廢水，其具有處理成本低、對鎳的去除效率高，廢水回收率高的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求書
1.一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：包括預(yù)處理系統(tǒng)和脫鹽系統(tǒng)；所述預(yù)處理系統(tǒng)包括：含鎳廢水調(diào)節(jié)池，pH調(diào)節(jié)池，預(yù)沉池、中間水池；所述脫鹽系統(tǒng)包括：多介質(zhì)過濾器、超濾器、超濾水池、納濾器、納濾水池、反滲透器和反滲透水池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述超濾器內(nèi)包括超濾膜，所述超濾膜為表面負(fù)載有碳納米管的膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述超濾膜的制備方法包括以下步驟：按質(zhì)量比1:80-100取石墨烯分散液和PVA分散液，將石墨烯分散液噴涂至超濾膜表面，得到中間物，在中間物上噴灑PVA分散液，洗滌，干燥，得到表面負(fù)載有碳納米管的膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述納濾器中包括納濾膜，所述納濾膜為抗污染納濾膜，所述抗污染納濾膜的制備包括以下步驟：將超濾膜浸漬于水相溶液中，取出，再將超濾膜浸漬于油相中，烘箱熱處理，取出，反滲透水溶液中浸泡，得到抗污染納濾膜；其中，水相包括以下重量份物質(zhì)：0.01-0.03反應(yīng)單體、0.03份三乙胺和1份水，所述反應(yīng)單體為60-80％L-精氨酸和20-40％哌嗪；油相包括質(zhì)量濃度為0.001-0.002g/mL的TMC-正己烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述水相包括以下重量份物質(zhì)：0.01-0.03份反應(yīng)單體、0.0015份催化劑A和1份水，所述反應(yīng)單體包括2-（2-溴異丁基氧基）丙烯酸乙酯、磺基甜菜堿、聚二硅氧烷、配位劑和催化劑B。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述反滲透器中包括反滲透膜，所述反滲透膜為經(jīng)單寧酸處理的載銀反滲透膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：還包括吸附處理系統(tǒng)，所述吸附處理系統(tǒng)包括吸附池，所述吸附池內(nèi)填充有吸附劑，所述吸附劑選自海泡石、鋼渣、離子樹脂中的任意一種或兩種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述海泡石為經(jīng)磁改性處理的海泡石，所述海泡石的制備包括以下步驟：將海泡石置于改性液中，攪拌混合，陳化處理，清洗，磁分離實(shí)現(xiàn)固液分離，烘干，得到經(jīng)改性處理的海泡石；所述改性液包括四水合硫酸亞鐵和六水合氯化鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述鋼渣為經(jīng)預(yù)處理的鋼渣，所述預(yù)處理包括以下步驟：取鋼渣進(jìn)行破碎，使鋼渣粒徑小于5mm，將鋼渣與鐵屑溶解與稀鹽酸與稀硝酸中，攪拌反應(yīng)，陳化，得到經(jīng)預(yù)處理的鋼渣。
10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種含鎳廢水處理系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、預(yù)處理：含鎳廢水進(jìn)入pH調(diào)節(jié)池，加堿調(diào)節(jié)，在預(yù)沉池中濟(jì)寧混凝沉淀，再將上清液輸送至中間水池，在中間水池中進(jìn)行進(jìn)一步的沉降，得到中間液；S2、脫鹽處理：將中間液輸送至多介質(zhì)過濾器中，依次經(jīng)過超濾、納濾和反滲透，得到濾液，濾液可再次輸送至超濾水池中，再次進(jìn)行納濾、反滲透，輸出至反滲透水池中，得到經(jīng)處理后的廢水。
發(fā)明內(nèi)容
為了改善目前處理工藝處理單元多，處理費(fèi)用高的缺陷，本申請?zhí)峁┮环N含鎳廢水處理系統(tǒng)及其使用方法。
第一方面，本申請?zhí)峁┮环N含鎳廢水處理系統(tǒng)，采用如下的技術(shù)方案：一種含鎳廢水處理系統(tǒng)，包括預(yù)處理系統(tǒng)和脫鹽系統(tǒng)；所述預(yù)處理系統(tǒng)包括：含鎳廢水調(diào)節(jié)池，pH調(diào)節(jié)池，預(yù)沉池、中間水池；所述脫鹽系統(tǒng)包括：多介質(zhì)過濾器、超濾器、超濾水池、納濾器、納濾水池、反滲透器和反滲透水池。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案優(yōu)選采用物化-膜法對廢水進(jìn)行處理，含鎳廢水經(jīng)調(diào)節(jié)均衡后，輸送至pH調(diào)節(jié)池中，加堿調(diào)節(jié)進(jìn)行預(yù)沉，去除廢水中較大的懸浮物以及顆粒物等，預(yù)沉出水后，將上清液輸送至多介質(zhì)過濾器中，經(jīng)超濾，降低廢水的SDI，再經(jīng)納濾、反滲透去除大部分溶解的一價、多價無機(jī)鹽，進(jìn)一步循環(huán)濃縮，降低廢水中鎳離子的含量。通過納濾和反滲透的兩級過濾處理，維持高回收率的同時，獲得較高的脫鹽率，反滲透系統(tǒng)的設(shè)置，在來水波動較大的情況下，仍能確保出水水質(zhì)較為優(yōu)良。
本申請中，廢水處理單元少，減少污泥的產(chǎn)生，全流程可采用自動控制，有效降低了處理成本且處理效果優(yōu)良。
優(yōu)選的，所述超濾器內(nèi)包括超濾膜，所述超濾膜為表面負(fù)載有碳納米管的膜。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案中優(yōu)選采用在超濾膜表面負(fù)載碳納米管，由于碳納米管具有優(yōu)良的高比表面積以及吸附性，使得超濾膜表面的孔隙結(jié)構(gòu)以及界面粗糙度均有所改變，碳納米管纖維之間的纏結(jié)，形成具有較多空隙的交織層，使得超濾膜的水通量基本維持。但超濾膜表面的粗糙程度得到顯著提升，降低了超濾膜與污染物之間的相互作用，還增加了超濾膜與污染物之間的極性力排斥效果，降低了超濾膜上負(fù)載污染物的可能性，超濾膜較易在反洗過程中恢復(fù)潔凈，提高了過濾膜的過濾效果。
優(yōu)選的，所述超濾膜的制備方法包括以下步驟：按質(zhì)量比1:80-100取石墨烯分散液和PVA分散液，將石墨烯分散液噴涂至超濾膜表面，得到中間物，在中間物上噴灑PVA分散液，洗滌，干燥，得到表面負(fù)載有碳納米管的膜。
優(yōu)選的，碳納米管的噴涂量為10-20mg。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案中優(yōu)選采用PVA作為交聯(lián)劑，聚乙烯醇與碳納米管上的基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)結(jié)合，輔助碳納米管在超濾膜表面形成交錯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即形成具有較多孔隙結(jié)構(gòu)的交織層，并且賦予超濾膜適宜的親水性，使得超濾膜獲得較佳的水通量以及界面粗糙度，提高超濾膜的抗污染效果。
本申請技術(shù)方案中還優(yōu)化了碳納米管的噴涂量，適宜的碳納米噴涂量使得超濾膜獲得優(yōu)異的抗污染效果以及通量恢復(fù)效果。
優(yōu)選的，所述納濾器中包括納濾膜，所述納濾膜為抗污染納濾膜，所述抗污染納濾膜的制備包括以下步驟：將超濾膜浸漬于水相溶液中，取出，再將超濾膜浸漬于油相中，烘箱熱處理，取出，反滲透水溶液中浸泡，得到抗污染納濾膜；其中，水相包括以下重量份物質(zhì)：0.01-0.03反應(yīng)單體、0.03份三乙胺和1份水，所述反應(yīng)單體為60-80％L-精氨酸和20-40％嗪；油相包括質(zhì)量濃度為0.001-0.002g/mL的TMC-正己烷。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案中優(yōu)選采用精氨酸與TMC配合，通過界面聚合反應(yīng)引入納濾膜的選擇分離層中，精氨酸的引入提高了納濾膜的親水性和電負(fù)性。同時，由于哌嗪與精氨酸之間的氫鍵相互作用以及靜電吸引，阻礙了哌嗪的自由擴(kuò)散，在納濾膜表面形成不規(guī)則的脊谷結(jié)構(gòu)，提高了精氨酸在納濾膜表面的負(fù)載量，提高納濾膜的親水性。此外，由于精氨酸與哌嗪的配合，提高了納濾膜的滲透性以及道南效應(yīng)，因此納濾膜對硫酸根的截留率有效提高。
同時，本申請技術(shù)方案中優(yōu)化了精氨酸和哌嗪的添加量，不僅可以維持致密、完整且無缺陷的納濾膜，還能夠增強(qiáng)納濾膜的親水效果，降低水的滲透阻力，也就是說，提高了納濾膜對廢水的過濾效果。
優(yōu)選的，所述水相包括以下重量份物質(zhì)：0.01-0.03份反應(yīng)單體、0.0015份催化劑A和1份水，所述反應(yīng)單體包括2-（2-溴異丁基氧基）丙烯酸乙酯、磺基甜菜堿、聚二硅氧烷、配位劑和催化劑B。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案中反應(yīng)單體中各組分之間反應(yīng)，能夠形成兩性離子聚合物，兩性離子聚合物通過界面聚合反應(yīng)引入到納濾膜中，通過兩性離子聚合物與TMC之間發(fā)生反應(yīng)，以及TMC基團(tuán)中的酰氯基團(tuán)發(fā)生水解成為羧基，改善了納濾膜的水通過量以及并使納濾膜為電負(fù)性，提高納濾膜對硫酸根的截留率。
優(yōu)選的，所述反滲透器中包括反滲透膜，所述反滲透膜為經(jīng)單寧酸處理的載銀反滲透膜。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案中采用單寧酸對反滲透膜進(jìn)行處理，由于單寧酸具有良好的抗氧化性、親水性以及金屬離子螯合能力，通過單寧酸的還原性將銀納米粒子引入到反滲透膜的中間層中，不僅能夠維持反滲透膜的選擇透過性，還能夠提高反滲透膜的抗生物污染效果。
通過降低反滲透膜表面的粗糙度，使得反滲透膜表面趨近電中性，在有機(jī)物染污靠近時，通過位阻效應(yīng)以及能量屏障，降低污染物在反滲透膜上粘附的可能性。且銀納米粒子具有較佳的殺菌效果，因此能夠進(jìn)一步提高反滲透膜對微生物的殺滅效果，維持反滲透膜優(yōu)良的選擇透過性，提高反滲透膜的潔凈效果。
優(yōu)選的，還包括吸附處理系統(tǒng)，所述吸附處理系統(tǒng)包括吸附池，所述吸附池內(nèi)填充有吸附劑，所述吸附劑選自海泡石、鋼渣、離子樹脂中的任意一種或兩種。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案中，在處理系統(tǒng)中添加后處理系統(tǒng)，將經(jīng)脫鹽系統(tǒng)處理的廢水，再經(jīng)吸附池中的吸附劑進(jìn)行吸附處理，對水中的鎳離子等進(jìn)一步吸附，進(jìn)一步降低廢水中金屬離子的含量，提高經(jīng)處理后的廢水的循環(huán)利用率。海泡石、鋼渣均具有較多的孔隙結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，使得海泡石與鋼渣均具有較佳的吸附性能，能夠?qū)?jīng)反滲透處理中的少量鎳離子進(jìn)行吸附。而離子樹脂能夠通過離子交換，吸附經(jīng)反滲透處理的水中的鎳離子，進(jìn)一步減少廢水中的鎳離子含量，提高廢水的循環(huán)利用效率。
優(yōu)選的，所述海泡石為經(jīng)磁改性處理的海泡石，所述海泡石的制備包括以下步驟：將海泡石置于改性液中，攪拌混合，陳化處理，清洗，磁分離實(shí)現(xiàn)固液分離，烘干，得到經(jīng)改性處理的海泡石；所述改性液包括四水合硫酸亞鐵和六水合氯化鐵。
通過采用上述技術(shù)方案，海泡石為兩層連續(xù)的硅氧四面體夾持一層不連續(xù)的每樣八面體，具有較大的比表面積以及孔容積，且海泡石內(nèi)部負(fù)壓較大，吸附性較強(qiáng)，能夠有效吸附廢水中的鎳離子。對海泡石進(jìn)行磁性改性處理后，海泡石不易因吸水和流變性而溶脹，能夠通過磁選的方式便捷分離，維持海泡石優(yōu)良的吸附效果，并有效分離吸附飽和的海泡石。
優(yōu)選的，所述鋼渣為經(jīng)預(yù)處理的鋼渣，所述預(yù)處理包括以下步驟：取鋼渣進(jìn)行破碎，使鋼渣粒徑小于5mm，將鋼渣與鐵屑溶解與稀鹽酸與稀硝酸中，攪拌反應(yīng)，陳化，得到經(jīng)預(yù)處理的鋼渣。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案中預(yù)先對鋼渣進(jìn)行破碎處理，適宜的粒徑使得鋼渣的比表面積以及表面能較大，有利于吸附的進(jìn)行，即提高了吸附劑對廢水中殘余鎳離子的吸附效果。
通過鐵屑與鋼渣配合反應(yīng)能夠形成聚硅酸鐵，高分子量的聚硅酸鐵具有極強(qiáng)的吸附架橋能力，進(jìn)一步提高了吸附劑的絮凝效果，減少廢水中鎳離子的含量，并且聚硅酸鐵中處于鏈端的金屬離子其阻聚作用且提供較高的表面電荷，有效壓縮雜質(zhì)雙電層，減少表面電荷，進(jìn)一步促進(jìn)了聚硅酸鐵的吸附效果。
此外，鋼渣與鐵屑均為廢棄物，通過廢棄物對廢水中少量的鎳離子進(jìn)行吸附，進(jìn)一步提高廢水的凈化效果，并且吸附劑的費(fèi)用較低。
第二方面，本申請?zhí)峁┮环N含鎳廢水處理系統(tǒng)的使用方法，采用如下的技術(shù)方案：一種含鎳廢水處理系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：S1、預(yù)處理：含鎳廢水進(jìn)入pH調(diào)節(jié)池，加堿調(diào)節(jié)，在預(yù)沉池中濟(jì)寧混凝沉淀，再將上清液輸送至中間水池，在中間水池中進(jìn)行進(jìn)一步的沉降，得到中間液；S2、脫鹽處理：將中間液輸送至多介質(zhì)過濾器中，依次經(jīng)過超濾、納濾和反滲透，得到濾液，濾液可再次輸送至超濾水池中，再次進(jìn)行納濾、反滲透，輸出至反滲透水池中，得到經(jīng)處理后的廢水。
優(yōu)選的，pH調(diào)節(jié)至5.0-5.5。
通過采用上述技術(shù)方案，本申請技術(shù)方案中優(yōu)化了預(yù)處理與脫鹽處理中的處理步驟，經(jīng)反滲透處理的廢水再次進(jìn)水至超濾池中，進(jìn)一步提高廢水中鎳離子的去除效果。同時，本申請技術(shù)方案中優(yōu)化了pH，適宜的pH能夠減少廢水調(diào)節(jié)時的加藥量，降低了處理成本。
綜上所述，本申請具有以下有益效果：1、由于本申請采用物化-膜法對廢水進(jìn)行處理，含鎳廢水經(jīng)調(diào)節(jié)均衡后，輸送至pH調(diào)節(jié)池中，加堿調(diào)節(jié)進(jìn)行預(yù)沉，去除廢水中較大的懸浮物以及顆粒物等，預(yù)沉出水后，將上清液輸送至多介質(zhì)過濾器中，經(jīng)超濾，降低廢水的SDI，再經(jīng)納濾、反滲透去除大部分溶解的一價、多價無機(jī)鹽，進(jìn)一步循環(huán)濃縮，降低廢水中鎳離子的含量。通過納濾和反滲透的兩級過濾處理，維持高回收率的同時，獲得較高的脫鹽率，反滲透系統(tǒng)的設(shè)置，在來水波動較大的情況下，仍能確保出水水質(zhì)較為優(yōu)良，廢水處理單元少，減少污泥的產(chǎn)生，全流程可采用自動控制，有效降低了處理成本且處理效果優(yōu)良。
2、本申請中優(yōu)選采用PVA作為交聯(lián)劑，聚乙烯醇與碳納米管上的基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)結(jié)合，輔助碳納米管在超濾膜表面形成交錯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即形成具有較多孔隙結(jié)構(gòu)的交織層，并且賦予超濾膜適宜的親水性，使得超濾膜獲得較佳的水通量以及界面粗糙度，提高超濾膜的抗污染效果。
3、本申請采用精氨酸與TMC配合，通過界面聚合反應(yīng)引入納濾膜的選擇分離層中，精氨酸的引入提高了納濾膜的親水性和電負(fù)性。同時，由于哌嗪與精氨酸之間的氫鍵相互作用以及靜電吸引，阻礙了哌嗪的自由擴(kuò)散，在納濾膜表面形成不規(guī)則的脊谷結(jié)構(gòu)，提高了精氨酸在納濾膜表面的負(fù)載量，提高納濾膜的親水性。此外，由于精氨酸與哌嗪的配合，提高了納濾膜的滲透性以及道南效應(yīng)，因此納濾膜對硫酸根的截留率有效提高。同時，優(yōu)化了精氨酸和哌嗪的添加量，不僅可以維持致密、完整且無缺陷的納濾膜，還能夠增強(qiáng)納濾膜的親水效果，降低水的滲透阻力。
（發(fā)明人：龔勇;龔麗;龔本廷;楊友秀）
