公布日：2023.05.26

申請日：2022.09.09

分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/461(2023.01)N;C02F1/467(2023.01)N;C02F1/28(2023.01)N;C02F1/72(2023.01)N;C02F101

/20(2006.01)N;C02F103/16(2006.01)N

摘要

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種重金屬廢水的處理方法、系統(tǒng)、應(yīng)用。該方法包括：廢水依次經(jīng)均質(zhì)、粗濾、超濾后，將超濾產(chǎn)水進行濃縮處理，分離為產(chǎn)水和濃水；將濃縮所得濃水先進行鐵碳微電解處理，然后通過沉淀分離為污泥和上清液；將所述上清液進行電化學(xué)氧化還原處理。該方法可直接處理重金屬廢水，無需調(diào)解廢水pH，實現(xiàn)廢水中重金屬離子和有機物的同步去除，實現(xiàn)廢水的達標(biāo)排放；還實現(xiàn)了部分廢水的回用，節(jié)約了水資源，可推廣使用，經(jīng)濟價值高。

權(quán)利要求書

1.一種重金屬廢水的處理方法，其特征在于，包括：廢水依次經(jīng)均質(zhì)、粗濾、超濾后，將超濾產(chǎn)水進行濃縮處理，分離為產(chǎn)水和濃水；將濃縮所得濃水先進行鐵碳微電解處理，然后通過沉淀分離為污泥和上清液；將所述上清液進行電化學(xué)氧化還原處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述重金屬廢水的處理方法，其特征在于，將超濾所得濃水再次依次均質(zhì)、粗濾和超濾。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述重金屬廢水的處理方法，其特征在于，還包括，將電化學(xué)氧化還原處理后的廢水進行水質(zhì)交換。

4.一種重金屬廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：均質(zhì)池；活性炭過濾器，進液口與所述均質(zhì)池的料液出水管連通；自清洗過濾器，進液口與所述活性炭過濾器的濾液出水管連通；超濾裝置，進液口與所述自清洗過濾器的濾液出水管連通；濃縮裝置，進液口與所述超濾裝置的產(chǎn)水出水管相連；鐵碳微電解池，進液口與所述濃縮裝置的濃水出水管相連；其中，所述鐵碳微電解池的內(nèi)部按料液流動方向依次設(shè)置有粗填料區(qū)、細填料區(qū)和過渡區(qū)；所述鐵碳微電解池還通過管路連接有曝氣裝置和加藥裝置；沉淀池，進液口與所述鐵碳微電解池的料液出水管相連，用于沉淀污泥并分離出上清液；電化學(xué)氧化還原池，進液口與所述沉淀池的上清液出水管相連；所述電化學(xué)氧化還原池的內(nèi)部由外向內(nèi)依次設(shè)置有填料區(qū)和非填料區(qū)；所述填料區(qū)用于容納催化填料；所述非填料區(qū)用于容納活性炭；所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)與所述鐵碳微電解池之間設(shè)置有用于回流催化填料的管路；所述電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)與所述沉淀池之間設(shè)置有污泥回流管路，用于回流非填料區(qū)沉淀的污泥。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的重金屬廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括水質(zhì)交換器；所述水質(zhì)交換器與所述電化學(xué)氧化還原池的料液出水管相連接，其中，所述水質(zhì)交換器的濃水管與所述鐵碳微電解池的粗填料區(qū)之間通過管路連接，用于將所述水質(zhì)交換器的濃水輸入所述鐵碳微電解池的粗填料區(qū)進行再次處理。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的重金屬廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述濃縮裝置為反滲透裝置或蒸發(fā)裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的重金屬廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述粗填料區(qū)、細填料區(qū)和過渡區(qū)之間通過碳纖維網(wǎng)、金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)分割；所述粗填料區(qū)裝填有鐵碳復(fù)合填料，用于微電解反應(yīng)，降解有機物和還原金屬離子；所述細填料區(qū)，用于裝填催化填料；所述過渡區(qū)，用于截留細填料區(qū)意外溢出的催化填料；所述粗填料區(qū)通過氣體管路連接有曝氣裝置，用于為所述鐵碳微電解池提供氧氣；所述粗填料區(qū)通過加藥管路連接有加藥裝置，用于添加有H2O2形成芬頓氧化體系。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的重金屬廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述沉淀池的下端設(shè)置有排泥管路，用于排出污泥；所述沉淀池的上端設(shè)置有出水管路，用于將所述上清液流入所述電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)；所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)的坡度為2％-5％；所述電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)與所述沉淀池之間設(shè)置有污泥回流管路，用于將電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)沉淀的污泥回流至沉淀池。

9.利用權(quán)利要4～8任意一項所述的重金屬廢水處理系統(tǒng)進行水處理的方法，其特征在于，將待處理廢水通入所述均質(zhì)池進行均質(zhì)處理，將均質(zhì)處理后的廢水依次通過所述活性炭過濾器和自清洗過濾器進行粗濾；然后通過所述超濾裝置進行超濾，將超濾產(chǎn)水通過所述濃縮裝置分離為產(chǎn)水和濃水，將所述濃水通入所述鐵碳微電解池，經(jīng)粗填料區(qū)和過渡區(qū)進行微電解處理，及細填料區(qū)催化降解處理，所得廢水通入所述沉淀池分離為污泥和上清液，將所述上清液通入所述電化學(xué)氧化還原池并在填料區(qū)和非填料區(qū)流動，經(jīng)填料區(qū)的催化降解和非填料區(qū)的微電解后，即得處理后的廢水；在水泵的驅(qū)動下，將電化學(xué)氧化還原池填料區(qū)的催化填料通過管路回流到所述鐵碳微電解池的細填料區(qū)進行催化填料的活化，再在水泵的驅(qū)動下將活化后的催化填料通過管路回流到所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)，實現(xiàn)催化填料的重復(fù)利用。

10.權(quán)利要求1-3任意一項所述的方法或權(quán)利要求4-8任意一項所述的水處理系統(tǒng)或權(quán)利要求9所述的方法在電鍍廢水、冶金廢水處理中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種重金屬廢水的處理方法、系統(tǒng)、應(yīng)用，該方法可以高效同步去除重金屬廢水中銅、鋅、鉻、鎳等有害金屬離子和有機物，實現(xiàn)每種金屬離子的達標(biāo)排放，同時實現(xiàn)水的回用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例采用了如下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種重金屬廢水的處理方法，包括：廢水依次經(jīng)均質(zhì)、粗濾、超濾后，將超濾產(chǎn)水進行濃縮處理，分離為產(chǎn)水和濃水，所述產(chǎn)水回用；

將濃縮所得濃水先進行鐵碳微電解處理，然后通過沉淀分離為污泥和上清液，將所述上清液進行電化學(xué)氧化還原處理。

跟現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例提供的重金屬廢水的處理方法可直接處理重金屬廢水，無需調(diào)解廢水pH，也不需要投加沉淀劑，降低藥耗，投資成本低，實現(xiàn)了廢水中銅、鋅、鉻、鎳等重金屬離子和有機物的同步去除，實現(xiàn)了廢水的達標(biāo)排放，還實現(xiàn)了部分廢水的回用，節(jié)約了水資源，可推廣使用，經(jīng)濟價值高。

本發(fā)明實施例提供的重金屬廢水處理方法經(jīng)均質(zhì)、粗濾，去除廢水中部分的懸浮物和膠體，再經(jīng)超濾，進一步的去除廢水中的懸浮物和膠體，實現(xiàn)精細過濾，超濾產(chǎn)水濁度可降至0.3NTU以下，進而將其進行濃縮，能夠減少鐵碳電解和電化學(xué)氧化還原對廢水的處理量，提高處理效率，降低工作電耗；鐵碳電解和電化學(xué)氧化還原的聯(lián)用，將水中的有害金屬離子和有機物同步去除，使其達標(biāo)排放，保護生態(tài)環(huán)境，還能實現(xiàn)重金屬廢水的部分回收利用，節(jié)約水資源。

優(yōu)選地，將所述超濾所得濃水再次依次均質(zhì)、粗濾和超濾。

優(yōu)選地，該處理方法還包括，將電化學(xué)氧化還原處理后的廢水進行水質(zhì)交換。

第二方面，本發(fā)明實施例提供一種重金屬廢水處理系統(tǒng)，包括：

均質(zhì)池；

活性炭過濾器，進液口與所述均質(zhì)池的料液出水管連通，用于初步去除廢水中的懸浮物；

自清洗過濾器，進液口與所述活性炭過濾器的濾液出水管連通，用于進一步去除廢水中懸浮物并初步去除膠體；

超濾裝置，進液口與所述自清洗過濾器的濾液出水管連通，用于進一步去除廢水中懸浮物和膠體；

濃縮裝置，進液口與所述超濾裝置產(chǎn)水出管連通，用于初步去除廢水中重金屬離子和有機物，將重金屬離子和有機物大部分截留在濃水中，產(chǎn)水可回收后再次用于電鍍行業(yè)和冶金行業(yè)；

鐵碳微電解池，進液口與所述濃縮裝置的濃水出水管相連，用于降解超濾所得濃水中的有機物和還原重金屬離子；其中，所述鐵碳微電解池的內(nèi)部按料液流動方向依次設(shè)置有粗填料區(qū)、細填料區(qū)和過渡區(qū)；所述鐵碳微電解池還通過管路連接有曝氣裝置和加藥裝置；

沉淀池，進液口與所述鐵碳微電解池的料液出水管相連，用于沉淀污泥并分離出上清液；

電化學(xué)氧化還原池，進液口與所述沉淀池的上清液出水管相連，用于去除上清液中的重金屬離子和有機物，其中，所述電化學(xué)氧化還原池的內(nèi)部由外向內(nèi)依次設(shè)置有填料區(qū)和非填料區(qū)；所述填料區(qū)用于容納催化填料；所述非填料區(qū)用于容納活性炭；所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)與所述鐵碳微電解池之間設(shè)置有用于回流催化填料的管路；所述電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)與所述沉淀池之間設(shè)置有污泥回流管路，用于回流非填料區(qū)沉淀的污泥。

本發(fā)明的重金屬廢水處理系統(tǒng)為組合式系統(tǒng)，重金屬廢水從均質(zhì)池依次流入活性炭過濾器、自清洗過濾器、超濾裝置、濃縮裝置、鐵碳微電解池、沉淀池和電化學(xué)氧化還原池，能夠使重金屬廢水達標(biāo)排放，還能實現(xiàn)重金屬廢水的部分回收利用，節(jié)約水資源。

該系統(tǒng)中，均質(zhì)池對廢水中的水質(zhì)和水量起到均質(zhì)作用；活性炭過濾器過濾廢水中的懸浮物，活性炭過濾器中的活性炭在廢棄后可放置于鐵碳微電解池的粗填料區(qū)和過渡區(qū)，替代鐵碳復(fù)合填料，起到微電解作用。廢棄的活性炭還可放置于電化學(xué)氧化還原池中的非填料區(qū)，用于形成無數(shù)微小電池，增強電化學(xué)氧化還原池的處理效果。

結(jié)合第二方面，上述重金屬廢水處理系統(tǒng)還包括水質(zhì)交換器，所述水質(zhì)交換器與所述電化學(xué)氧化還原池的料液出水管相連接，用于更進一步去除重金屬離子和有機物，其中，所述水質(zhì)交換器的濃水管與所述鐵碳微電解池的粗填料區(qū)之間通過管路連接，用于將所述水質(zhì)交換器的濃水輸入所述鐵碳微電解池的粗填料區(qū)，進行再次處理。

本發(fā)明實施例中，上述重金屬廢水處理系統(tǒng)可根據(jù)待處理水質(zhì)選擇增加水質(zhì)交換器，例如，廢水從均質(zhì)池依次經(jīng)上述活性炭過濾器、自清洗過濾器、超濾裝置、濃縮裝置、鐵碳微電解池、沉淀池和電化學(xué)氧化還原池處理后，如果排出的水質(zhì)已達標(biāo)，此時，上述重金屬廢水處理系統(tǒng)可不安裝水質(zhì)交換器。

本發(fā)明實施例中，水質(zhì)交換器可以為樹脂交換器，樹脂交換器作為末端保險作用，再次處理廢水中的重金屬和有機物，避免廢水水質(zhì)波動導(dǎo)致的廢水不達標(biāo)的問題，以確保產(chǎn)水達標(biāo)排放；樹脂交換器產(chǎn)生的濃水可通過管路回流到鐵碳微電解池中再次處理。

優(yōu)選地，所述濃縮裝置為反滲透裝置或蒸發(fā)裝置。

本發(fā)明實施例中，超濾濃水通過管路回流到均質(zhì)池再次處理；超濾產(chǎn)水流入反滲透裝置或蒸發(fā)裝置，在反滲透裝置或蒸發(fā)裝置中分離為產(chǎn)水和濃水，有機物和重金屬離子被大部分濃縮至濃水中，可實現(xiàn)廢水的減量，降低后續(xù)水處理系統(tǒng)的投資規(guī)模，例如反滲透裝置的產(chǎn)水水量為濃水水量的3倍，可有效實現(xiàn)水的純化分離和濃縮，極大的降低了后續(xù)廢水的處理量。同時有機物和重金屬離子的濃縮使離子濃度增大，電導(dǎo)率增大，更有利于提高后續(xù)鐵碳微電解和電化學(xué)氧化還原的處理效率，并降低了鐵碳微電解池和氧化還原電解池的工作的電耗。

優(yōu)選地，所述粗填料區(qū)、細填料區(qū)和過渡區(qū)之間通過碳纖維網(wǎng)、金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)分割。

本發(fā)明實施例中，通過碳纖維網(wǎng)、金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)分割，避免了粗填料區(qū)、細填料區(qū)和過渡區(qū)所裝填填料的串流。

優(yōu)選地，所述粗填料區(qū)裝填有鐵碳復(fù)合填料，用于微電解反應(yīng)，降解有機物和還原金屬離子；

所述細填料區(qū)，用于裝填催化填料，其中，催化填料在鐵碳微電解池的酸性及曝氣的環(huán)境下，將催化劑的催化活性點位活化，實現(xiàn)催化填料的活化；

所述過渡區(qū)，用于截留細填料區(qū)意外溢出的催化填料；

所述粗填料區(qū)通過氣體管路連接有曝氣裝置，用于為所述鐵碳微電解池提供氧氣；

所述粗填料區(qū)通過加藥管路連接有加藥裝置，用于添加有H2O2形成芬頓氧化體系。

本發(fā)明實施例中，鐵碳微電解池分為粗填料區(qū)、細填料區(qū)和過渡區(qū)三個獨立的區(qū)域，粗填料區(qū)裝填有鐵碳復(fù)合填料，用于微電解反應(yīng)，降解有機物和還原金屬離子；細填料區(qū)，用于裝填催化填料，并在鐵碳微電解池的作用下活化催化填料；過渡區(qū)，用于截留細填料區(qū)意外溢出的催化填料。

在鐵碳微電解池中，鐵碳復(fù)合填料中的鐵屑具有絮體的電附集作用、參與催化反應(yīng)、與電池反應(yīng)產(chǎn)物的混凝、及新生絮體的吸附和床層的過濾等綜合作用。其中，主要作用是氧化還原和電附集。鐵碳復(fù)合填料的主要成分是鐵和碳，當(dāng)將其浸入電解質(zhì)溶液中時，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，形成無數(shù)的微電池系統(tǒng)，在鐵碳微電解池的空間中構(gòu)成電場，使得陽極反應(yīng)生成大量的Fe2+進入廢水后，氧化為Fe3+，形成較高吸附絮凝活性的絮凝劑。陰極反應(yīng)產(chǎn)生大量新生態(tài)的

和

，在偏酸性的條件下，這些活性成分均能與廢水中的許多有機物組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使有機大分子發(fā)生斷鏈降解，從而消除了有機物尤其是廢水的色度，提高了廢水的可生化度，且陰極反應(yīng)消耗了大量的H+生成了大量的OH-，這使得廢水的pH值也有所提高。

當(dāng)廢水與鐵碳復(fù)合填料接觸后發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng)：

陽極:Fe-2e—→FeEo(Fe/Fe)＝0.4V

陰極:2H++2e—→H2Eo(H+/H2)＝0V

當(dāng)有氧存在時，陰極反應(yīng)如下：

O2+4H++4e—→2H2OEo(O2)＝1.23V

O2+2H2O+4e—→4OH-Eo(O2/OH-)＝0.41V

通過加藥裝置添加H2O2，可與鐵碳微電解池的陽極反應(yīng)生成的Fe2+形成催化劑，可催化氧化有機物。即Fe2+與H2O2構(gòu)成Fenton試劑氧化體系，催化降解廢水中有機物。

此外，陰極反應(yīng)生成的新生態(tài)

能與廢水中許多有機物組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可將有機物中間體分子中的發(fā)色基團反應(yīng)(如偶氮基團)，使其脫色，實現(xiàn)有機物的催化降解。

曝氣裝置可以為曝氣泵，通過曝氣泵提供的氧氣，實現(xiàn)鐵碳曝氣反應(yīng)，并消耗了大量的氫離子，使廢水的pH值升高，為后續(xù)催化氧化處理創(chuàng)造了條件。

優(yōu)選地，所述沉淀池的下端設(shè)置有排泥管路，用于排出污泥；

所述沉淀池的上端設(shè)置有出水管，用于將所述上清液流入所述電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)。

本發(fā)明實施例中，沉淀池可將廢水中的重金屬沉淀到污泥中，實現(xiàn)重金屬離子的去除。污泥排出、脫水干燥后按常規(guī)的固體廢棄物的處理方式進行處理即可。

優(yōu)選地，所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)裝填有催化填料，用于催化降解有機物；所述填料區(qū)的坡度為2％-5％；

所述電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)裝填有活性炭，用于形成微電池。

所述電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)與所述沉淀池之間設(shè)置有污泥回流管路，用于將電化學(xué)氧化還原池的非填料區(qū)沉淀的污泥回流至所述沉淀池。

本發(fā)明實施例中，上述上清液通過沉淀池上端的出水管流入電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)和非填料區(qū)，并在非填料區(qū)和填料區(qū)之間流動，在填料區(qū)的催化填料的催化降解下和非填料區(qū)微電池及電化學(xué)氧化還原池的電解的作用下，使得上清液中的有機物被催化降解，重金屬離子被還原沉淀到污泥中并通過污泥回流管路回流污泥到沉淀池，從而實現(xiàn)廢水中有機物降解和重金屬離子的去除。

本發(fā)明實施中，電化學(xué)氧化還原池將沉淀池所得上清液中的有機物和重金屬在電極上發(fā)生直接的電化學(xué)反應(yīng)，或利用電極表面產(chǎn)生的強氧化性活性物質(zhì)使有機物和重金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)而降解，還可將有機物在催化填料催化下，氧化降解；電化學(xué)氧化還原池的陰極除了具有直接還原作用外，還可以通過H+放電產(chǎn)生

，去除廢水的色度。電化學(xué)氧化還原池對某些廢水進行處理時還會產(chǎn)生如N2、CO2等的氣體，起到氣浮作用。此外，電氧化還原池在進行上述反應(yīng)的過程中，陽極易形成鐵離子或鋁離子，并進一步生成鐵、鋁羥基絡(luò)合物，這些絡(luò)合物可將廢水中的懸浮物或膠體等雜質(zhì)去除，起混凝作用。

第三方面，本發(fā)明實施例提供利用上述重金屬廢水處理系統(tǒng)的進行水處理的方法，將待處理廢水通入所述均質(zhì)池進行均質(zhì)處理，將均質(zhì)處理后的廢水依次通過所述活性炭過濾器和自清洗過濾器進行粗濾；然后通過所述超濾裝置進行超濾，將超濾產(chǎn)水通過所述濃縮裝置分離為產(chǎn)水和濃水，將所述濃水通入所述鐵碳微電解池，經(jīng)粗填料區(qū)和過渡區(qū)進行微電解處理，及細填料區(qū)的催化降解處理，所得廢水通入所述沉淀池分離為污泥和上清液，將所述上清液作為廢水通入所述電化學(xué)氧化還原池并在填料區(qū)和非填料區(qū)流動，在填料區(qū)的催化降解和非填料區(qū)的微電解后，即得處理后的廢水；在水泵的驅(qū)動下，將電化學(xué)氧化還原池填料區(qū)的催化填料通過管路回流到所述鐵碳微電解池的細填料區(qū)進行催化填料的活化，再在水泵的驅(qū)動下將活化后的催化填料通過管路回流到所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)，實現(xiàn)催化填料的重復(fù)利用。

結(jié)合第三方面，所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)通過第一管路與所述鐵碳微電解池的細填料區(qū)相連接，在水泵的驅(qū)動下，通過第一管路，將電化學(xué)氧化還原池填料區(qū)的催化填料回流到鐵碳微電解池的細填料區(qū)，在鐵碳微電解池的酸性及曝氣的環(huán)境下，將催化劑的催化活性點位活化，實現(xiàn)催化填料的活化；所述鐵碳微電解池的細填料區(qū)通過第二管路與所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)相連接，在水泵的驅(qū)動下，通過第二管路，將活化后的催化填料回流到所述電化學(xué)氧化還原池的填料區(qū)，實現(xiàn)催化填料的重復(fù)利用。

第四方面，本發(fā)明還提供上述方法及處理系統(tǒng)在電鍍廢水、冶金廢水處理中的應(yīng)用。

（發(fā)明人：王維;李偉;程仕偉;楊永哲）