專利名稱：電解鋅漂洗工藝廢水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)廢水處理方法，具體地說，是涉及電解鋅生產(chǎn)過程中使用的陰極板的逆流漂洗、對漂洗后廢水進行電沉積和膜分離組合處理方法。
背景技術(shù)：
電解法生產(chǎn)鋅工藝在金屬剝離和極板清洗過程中，會產(chǎn)生大量的漂洗廢水。漂洗廢水中含有鋅、鉛、鎘等多種重金屬離子。由于其水量較大，重金屬(尤其是鋅離子)濃度較高，如果不經(jīng)處理直接排放，將會對周圍環(huán)境造成嚴重的影響，同時其中所含的重金屬資源也將被浪費，如何有效處理電解鋅漂洗工藝廢水是當前采礦、電鍍、電解法生產(chǎn)鋅等行業(yè)所關(guān)注的焦點問題。高效、低耗地去除廢水中重金屬離子的同時，實現(xiàn)廢水回用和重金屬回收是今后重金屬廢水處理的發(fā)展方向。傳統(tǒng)處理重金屬的廢水的方法包括化學(xué)處理法、生物處理法、電化學(xué)處理法，但化學(xué)法處理含重金屬廢水時，由于受沉淀劑和環(huán)境條件的影響， 沉淀法往往出水濃度達不到要求，需作進一步處理；生物處理法雖然具有成本低，處理方便的優(yōu)點，一般的微生物對重金屬離子的耐受濃度很小，很難大規(guī)模處理重金屬廢水；在以往應(yīng)用電化學(xué)方法處理，當廢水中重金屬濃度降低時，存在能耗大，處理效果較差的問題。國內(nèi)主要采用電解法來進行鋅冶煉和電鍍企業(yè)的工業(yè)廢水；采用傳統(tǒng)重金屬沉淀工藝處理重金屬廢水很難達標，廢水外排后嚴重污染環(huán)境，回收率低，回收水質(zhì)差，重金屬污染物無法回收，浪費資源，且容易造成二次污染的現(xiàn)狀，本發(fā)明開發(fā)的新的處理方法重金屬污染物基本可以實現(xiàn)完全回收和零排放，水資源完全循環(huán)使用的新工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，而提供一種投資少、效益高的電解鋅漂洗工藝廢水處理方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為電解鋅漂洗工藝廢水處理方法，該方法是逆流漂洗、電沉積、膜分離的組合處理三個步驟第一步驟逆流漂洗逆流清洗是由若干水槽串聯(lián)組成，在最后一級槽(清水槽)內(nèi)進水，從第一級槽 (濃水槽)排水，水流方向和極板的清洗流程方向相反。電解鋅生產(chǎn)中使用的陰極板進入逆流漂洗裝置進行漂洗，先進入第一級逆流漂洗槽(濃水槽)，最后進入最后一級槽(清水槽)，完成漂洗過程；通過逆流漂洗，極板隨著生產(chǎn)方向移動的電極板越洗越干凈，而清洗水中的污染物濃度則越來越高，用水量少，清洗效率高。所使用的串聯(lián)水槽數(shù)一般為4-10個，優(yōu)選為4-8個，特別優(yōu)選為6-8個，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)相應(yīng)的具體情況進行調(diào)整；第二步驟電沉積漂洗后的濃水進入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)其水量和流速，再依次進入平板式電沉積裝置、三
3維電沉積裝置，回收廢水中金屬鋅；電沉積指平板式電沉積裝置和三維電沉積裝置；調(diào)節(jié)水量和流速要根據(jù)具體實驗的要求來確定，本實驗中，調(diào)節(jié)后的水量為5m3， 流速為lm3/h。第三步驟膜分離電沉積后的廢水，依次進入超濾膜系統(tǒng)、反滲透膜系統(tǒng)，廢水經(jīng)過兩級膜分離系統(tǒng)，即超濾膜系統(tǒng)和反滲透膜系統(tǒng)所得濃縮液，回流到電沉積之前的調(diào)節(jié)池，然后經(jīng)過平板式電沉積裝置、三維電沉積裝置，回收膜濃縮液中的金屬鋅。超濾膜系統(tǒng)的出水進入反滲透膜系統(tǒng)進一步處理，反滲透膜系統(tǒng)出水回流到逆流漂洗裝置中的最后一級槽(清水槽)；膜分離指超濾膜系統(tǒng)和反滲透膜系統(tǒng)分離；而經(jīng)過電沉積和膜系統(tǒng)處理后的廢水回用出水只有1個口，來自反滲透系統(tǒng)；金屬鋅的回收來源于兩個部分，一部分是來源于逆流漂洗后廢水的電沉積過程， 回收的是逆流漂洗后廢水的金屬鋅；另外一部分來源于電沉積后的廢水，經(jīng)過超濾膜系統(tǒng)、 反滲透膜系統(tǒng)后產(chǎn)生的濃縮液回流到電沉積裝置后的電沉積過程，回收的是本組合處理方法中膜系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮液中的金屬鋅。下面陳述各部件的工藝條件及功能逆流漂洗通過清洗極板的次數(shù)控制逆流漂洗出水Si2+濃度在3000mg/L左右；調(diào)節(jié)池用于蓄水，調(diào)節(jié)其水量和流速，穩(wěn)定水流；調(diào)節(jié)水量和流速要根據(jù)具體實驗的要求來確定，本實驗中，調(diào)節(jié)后的水量為5m3，流速為lm3/h。平板式電沉積裝置的Si2+的最低濃度降低達到800mg/L ；常用的平板式電沉積裝置包括如CN1930325公布的用于電化學(xué)工藝的電解槽， CN1995461公布的隔膜法金屬陽極電解槽。所說的三維電沉積處理含鋅廢水的條件為電極材料選用石墨陽極/不銹鋼陰極配對電極，槽電壓和電解時間需根據(jù)廢水中鋅離子的濃度和水力停留時間確定，一般情況下槽電壓為4. OV-8. 0V,電解時間為60min-90min ；三維電沉積，是在傳統(tǒng)二維電解槽電極間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料，并使裝填粒狀電極材料表面帶電，成為新的一極 (第三極)，在工作電極材料表面能發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)；經(jīng)三維電沉積裝置處理后的Si2+的最低濃度低于80mg/L，鋅離子的去除率達90%以上；常用的三維電沉積裝置包括如CNlOl 186361公布的三維電極反應(yīng)器及利用其處理氯苯廢水的方法中的三維電極反應(yīng)器，CN101514040公布的一種三維電極反應(yīng)器及其在難降解有機廢水處理中的應(yīng)用中的三維電極反應(yīng)器。超濾膜系統(tǒng)是去除水中懸浮物、膠體等物質(zhì)，水質(zhì)達到反滲透進水要求(主要為 SDI (淤積指數(shù))< 3. 0，濁度小于0. 10)，在超濾分離過程鋅離子的平均去除效率為60% 70%，加入15mg/L酒石酸鉀鈉PST，鋅離子的去除效率達到99% ；常用的超濾膜系統(tǒng)如美國密理博公司的Millipore超濾系統(tǒng)(labscale TFF小型切向流超濾系統(tǒng)、Congent-M超濾系統(tǒng)、Pel Iicon超濾系統(tǒng))，GE公司生產(chǎn)的ZeeWeed 1500 壓力式超濾膜系統(tǒng)、SIEMENS公司的Memcor CP壓力式超濾系統(tǒng)。所說的在反滲透分離過程中，使用的操作壓力控制在0. 7 1. OMPa,出水中Si2+濃度降低到0. 1-0. 5mg/L，鋅離子的平均去除效率為90%，出水電導(dǎo)降低到50 μ S/cm ；廢水工作溫度25 °C 35 °C，反滲透膜工藝產(chǎn)水率為60 % 70 %，平均截留率在92 % 95 %，產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)于工業(yè)循環(huán)水水質(zhì)標準，可回用于工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)或者水質(zhì)要求高的用水點；常用的反滲透膜系統(tǒng)如東莞市益民水處理科技有限公司生產(chǎn)的YMR0-0. 25-500 反滲透水處理系統(tǒng)、北京開能立源環(huán)境工程技術(shù)有限公司生成的2T/H單級反滲透設(shè)備。上述處理后的廢水，先進行超濾膜處理工藝，再進行反滲透膜分離，以保證反滲透的出水效果，并節(jié)約反滲透設(shè)備所需能源，充分濃縮廢液中重金屬，使?jié)饪s液中的金屬離子濃度得到較大提高，適用于電沉積回收重金屬；兩級膜分離工藝產(chǎn)生30% 40%的濃縮液，經(jīng)過循環(huán)再進入調(diào)節(jié)池回用，回收金屬鋅，出水回用到逆流漂洗裝置中的清水槽，，而實現(xiàn)整個裝置中重金屬污染物基本可以實現(xiàn)完全回收和零排放。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點第一，使用逆流漂洗裝置對電解鋅生產(chǎn)過程中使用的陰極板進行漂洗，隨著生產(chǎn)方向移動的電極板越洗越干凈，而清洗水中的污染物濃度則越來越高，用水量少，清洗效率高，并有利于廢水的回用和重金屬離子的回收。第二，利用電沉積先對鋅離子含量較高的逆流漂洗出水進行金屬鋅的回收，然后廢水經(jīng)過膜的處理，可以充分濃縮廢液中重金屬，使?jié)饪s液中的金屬離子濃度得到較大提高，與電沉積技術(shù)結(jié)合，非常適用于電解回收重金屬，易于實現(xiàn)廢水的循環(huán)再利用。把電沉積技術(shù)和膜分離處理工藝結(jié)合起來，充分發(fā)揮電沉積和膜分離技術(shù)的優(yōu)點，解決了以往電化學(xué)還原處理方式存在的問題。第三，重金屬廢水處理的廢水凈化回用和重金屬回收同時完成，實現(xiàn)了生產(chǎn)和處理的良性循環(huán)。第四，針對不同濃度和組成的廢水提出相應(yīng)的處理工藝方式，為裝置的合理設(shè)計和操作過程的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。本發(fā)明該工藝處理后的廢水全部回流到逆流漂洗裝置中，補充逆流漂洗裝置中所需的水量，從廢水產(chǎn)生到處理后廢水回流，形成了一個水循環(huán)，運行成本低，整個工藝只有一個清水的排出回用出口，而重金屬污染物基本可以實現(xiàn)完全回收和零排放。依據(jù)逆流漂洗、電沉積和膜分離技術(shù)的優(yōu)點，可以達到最低的運行費用和最佳的分離效果，實現(xiàn)水的達標排放的同時，有效回收廢水中重金屬資源，在有效回收廢水中重金屬的同時，實現(xiàn)水的循環(huán)使用。


圖1為本發(fā)明電解鋅漂洗工藝廢水“零排放”處理工藝方法流程圖
具體實施例方式下面列舉1個實施例，結(jié)合附圖，對本發(fā)明加以進一步說明，但本發(fā)明不只限于這個實施例。實施例1本發(fā)明方法步驟采用逆流漂洗-平板式電沉積裝置-三維電沉積裝置-超濾膜系統(tǒng)-反滲透膜系統(tǒng)的工藝組合，具體工藝流程如下
第一步驟逆流漂洗逆流清洗是由四個水槽串聯(lián)組成，在最后一級槽(清水槽)內(nèi)進水，從第一級槽 (濃水槽)排水，水流方向和極板的清洗流程方向相反。電解鋅生產(chǎn)中使用的陰極板進入逆流漂洗裝置進行漂洗，先進入第一級逆流漂洗槽(濃水槽)，最后進入最后一級槽(清水槽)，完成漂洗過程，逆流漂洗出水Zn2+濃度為3000mg/L左右；第二步驟電沉積漂洗后的濃水進入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)其水量和流速，再進入平板式電沉積裝置、三維電沉積裝置，回收廢水中金屬鋅，電沉積后廢水中Si2+濃度為100mg/L左右；第三步驟膜分離電沉積出來的廢水，溫度控制在20°C 35°C，進入超濾膜系統(tǒng)，加入15mg/L酒石酸鉀鈉PST，去除水中的懸浮物、膠體等物質(zhì)，鋅離子的去除效率達到99%，再進入反滲透膜系統(tǒng)，反滲透膜系統(tǒng)出水中Si2+濃度為0. 1-0. 5mg/L，膜分離系統(tǒng)出水回流到逆流漂洗裝置中，廢水經(jīng)過兩級膜分離系統(tǒng)所得濃縮液，回流到電沉積之前的調(diào)節(jié)池，然后經(jīng)過平板式電沉積裝置、三維電沉積裝置，回收膜濃縮液中的金屬鋅。而廢水回用只有1個口，來自反滲透系統(tǒng)。重金屬污染物基本可以實現(xiàn)完全回收和零排放，處理后的廢水全部回流到逆流漂洗裝置中，形成一個水循環(huán)。
權(quán)利要求
1.電解鋅漂洗工藝廢水處理方法，其特征在于該方法包括逆流漂洗、電沉積、膜分離的組合處理三個步驟第一步驟逆流漂洗逆流漂洗是由若干水槽串聯(lián)組成，在最后一級槽(即，清水槽)內(nèi)進水，從第一級槽 (即，濃水槽)排水，水流方向和極板的清洗流程方向相反。電解鋅生產(chǎn)工藝中使用的陰極板進入逆流漂洗裝置中進行漂洗，先進入第一級逆流漂洗槽(即，濃水槽)，最后進入逆流漂洗槽的最后一級槽(即，清水槽)，完成極板的漂洗過程。第二步驟電沉積漂洗后的濃水進入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)其水量和流速，再進入平板式電沉積裝置、三維電沉積裝置，回收廢水中金屬鋅；第三步驟膜分離電沉積后的廢水，依次進入超濾膜系統(tǒng)、反滲透膜系統(tǒng)，廢水經(jīng)過兩級膜分離系統(tǒng)所得濃縮液，回流到電沉積之前的調(diào)節(jié)池，然后經(jīng)過平板式電沉積裝置、三維電沉積裝置，回收膜濃縮液中的金屬鋅，膜分離系統(tǒng)出水回流到逆流漂洗裝置中；膜分離指超濾膜系統(tǒng)和反滲透膜系統(tǒng)分離；而廢水回用出水只有1個口，來自反滲透系統(tǒng)；金屬鋅的回收來源于兩個部分，一部分是來源于逆流漂洗后廢水的電沉積過程，回收的是逆流漂洗后廢水中的金屬鋅；另外一部分來源于電沉積后的廢水，經(jīng)過超濾膜系統(tǒng)、反滲透膜系統(tǒng)后產(chǎn)生的濃縮液回流到電沉積裝置后的電沉積過程，回收的是本組合處理方法中膜系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮液中的金屬鋅。
2.如權(quán)利要求1所述的電解鋅漂洗工藝廢水處理方法，其特征在于所說的三維電沉積的操作條件為電極材料選用石墨陽極/不銹鋼陰極配對電極，槽電壓為4. OV-8. 0V,電解時間為60min-90min。
3.如權(quán)利要求1所述的電解鋅漂洗工藝廢水處理方法，其特征在于所說的在反滲透分離過程中，使用的操作壓力控制在0. 7 1. OMPa,出水中Si2+濃度為0. 1-0. 5mg/L，鋅離子的平均去除效率為90%。
全文摘要
本發(fā)明公開電解鋅漂洗工藝廢水處理方法，方法是逆流漂洗、電沉積、膜分離的組合處理逆流漂洗電解鋅生產(chǎn)中使用的陰極板進入逆流漂洗裝置進行漂洗，包括先進入第一級逆流漂洗槽，即濃水槽，極板清洗方向與水流方向相反，再進入最后一級槽，即清水槽，完成漂洗過程；電沉積漂洗后的濃水進入平板式電沉積裝置、三維電沉積裝置，回收廢水中金屬鋅；膜分離電沉積后的廢水，依次進入超濾膜系統(tǒng)、反滲透膜系統(tǒng)，膜系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮液回流到電沉積裝置中，回收膜濃縮液中的金屬鋅，膜出水回流到逆流漂洗裝置中。本發(fā)明的優(yōu)點利用逆流漂洗、電沉積和膜分離工藝結(jié)合，實現(xiàn)了廢水的循環(huán)使用，重金屬污染物基本實現(xiàn)完全回收和零排放。
文檔編號C25C1/16GK102491568SQ201110380598
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者劉晗, 包立超, 曹光亮, 李振山, 邱松 申請人:北京大學(xué)