一种铅锌工业废水处理装置的制作方法

本实用新型涉及环保技术领域，特别涉及一种铅锌工业废水处理装置。

背景技术：

铅锌工业选矿、冶炼行业排放的废水含有铅、锌、铜、镉、砷等具有一定毒性的重金属污染物，如不进行处理而直接排放到水体，将对环境造成严重的污染。由于重金属在环境中不能够被降解，易与环境中各种配体结合，使其迁移、扩散能力增强，再通过植物吸收并产生生物放大作用，从而通过食物链危害人类的健康，因此重金属污染具有很大的危害性。国家对重金属污染控制力度越来越大，在重点监控区域，选矿、冶炼废水排放标准已从《铅锌工业污染物排放标准》GB25466-2010，提高到更严格的《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类水质标准。由于多数选矿冶炼废水采用节水循环工艺，混入少量生活污水，排放废水不但含有有毒有害的重金属，而且氨氮和有机物也超过排放标准。常规的化学处理、离子交换、膜处理都难以确保有机物、氨氮、重金属全部达标。

专利ZL 201520377368.X和ZL 201520377384.9公开了一种短程膜分离技术，核心装置为PVDF管式膜分离，该技术在工程实践中发现存在以下问题：

1)不能用于处理有机物和氨氮；

2)PVDF管式膜用于选矿冶炼废水，膜通量下降很快，平均膜通量仅有标称的50％-70％；

3)PVDF管式微滤膜清洗周期短，仅有8小时,清洗费用高；

4)PVDF管式微滤膜采用循环过滤，循环流量及循环压力较大，能耗较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种铅锌工业废水处理装置。本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置可以有效去除重金属、有机物和氨氮，膜通量稳定且清洗周期长，能耗低。

本实用新型提供了一种铅锌工业废水处理装置，包括依次连通的一级反应池、二级反应池、初沉池和双膜处理池；所述一级反应池顶部连通有硫化物投加装置和酸碱投加装置；所述二级反应池顶部连通有铁盐投加装置；所述双膜处理池包括沿废水流向从前到后依次设置的生物膜填料和亲水性聚四氟乙烯膜组件，以及设置于所述生物膜填料和亲水性聚四氟乙烯膜组件底部的曝气装置。

优选的，所述生物膜填料包括悬挂填料和/或悬浮填料。

优选的，所述亲水性聚四氟乙烯膜组件具有帘式中空纤维膜结构。

优选的，所述铅锌工业废水处理装置还包括与所述曝气装置连通的鼓风设备。

优选的，所述一级反应池中还设置有pH控制仪，所述pH控制仪通过控制酸碱投加装置调整酸碱投加量。

优选的，所述一级反应池中还设置有氧化还原电位控制仪，所述氧化还原电位控制仪通过控制硫化物投加装置调整硫化物投加量。

优选的，所述初沉池底部与污泥脱水系统连通。

优选的，所述双膜处理池底部与污泥脱水系统连通。

优选的，所述双膜处理池的出水端连通有自吸泵。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置包括依次连通的一级反应池、二级反应池、初沉池和双膜处理池；在一级反应池中，通过酸碱投加装置控制一级反应池中的pH值，通过硫化物投加装置投加硫化物与废水中的铜、铅、锌、隔等重金属离子反应形成沉淀颗粒；在二级反应池中，铁盐投加装置投加铁盐与残余的硫离子进行反应形成硫化物沉淀，亚铁离子水解生成氢氧化亚铁，部分再被氧化成氢氧化铁，铁离子水解生成氢氧化铁，可絮凝、吸附部分有机物、砷和重金属离子；在初沉池中进行初步固液分离；在双膜处理池中的曝气装置的供氧环境下，废水中的有机物、氨氮被生物膜填料中的微生物氧化，亚铁离子被溶解氧和微生物氧化，残余的砷与氧化后的铁离子生成砷酸铁沉淀，残余的重金属被微生物吸附，再经过亲水性聚四氟乙烯膜组件进行膜分离，拦截悬浮的化学沉淀颗粒和生物污泥。本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置采用亲水性聚四氟乙烯膜材质，膜通量比较稳定，能够达到标称值；膜清洗周期长达半年以上，清洗费用低；全流量膜过滤，能耗低。

实验结果表明，铅锌工业废水经本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置处理后，有机物、氨氮以及砷、铜、铅、锌、镉等污染物含量符合GB3838三类标准，可以直接排放；该装置运行9个月，亲水性聚四氟乙烯膜组件没有进行过任何清洗，膜通量基本上没有衰减，膜分离能耗仅有常规PVDF方案的10～20％，总能耗仅有常规PVDF方案的50％左右。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的铅锌工业废水处理装置的示意图；

图中，1为一级反应池，2为二级反应池，3为初沉池，4为双膜处理池，5为亲水性聚四氟乙烯膜组件，6为生物膜填料，7为曝气装置，8为鼓风设备，9为硫化物投加装置，10为铁盐投加装置，11为酸碱投加装置，12为自吸泵，13为第一搅拌装置，14为第二搅拌装置，15为第一pH控制仪，16为第一氧化还原电位控制仪，17为流量计，18为第一计量泵，19为硫化物加料口，20为第二计量泵，21为pH调节剂加入口，22为第三计量泵，23为铁盐加料口，24为第二pH控制仪，25为第一氧化还原电位控制仪。

具体实施方式

本实用新型提供了一种铅锌工业废水处理装置，包括依次连通的一级反应池1、二级反应池2、初沉池3和双膜处理池4；所述一级反应池1顶部连通有硫化物投加装置9和酸碱投加装置11；所述二级反应池2顶部连通有铁盐投加装置10；所述双膜处理池4包括沿废水流向从前到后依次设置的生物膜填料6和亲水性聚四氟乙烯膜组件5，以及设置于所述生物膜填料6和亲水性聚四氟乙烯膜组件5底部的曝气装置7。

如图1所示，本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置包括一级反应池1，所述一级反应池1顶部连通有硫化物投加装置9和酸碱投加装置11。在本实用新型的一个实施例中，所述硫化物投加装置9中设置有第一计量泵18；所述酸碱投加装置11中设置有第二计量泵20。具体的，所述一级反应池1的顶部设置有硫化物加料口19和pH值调节剂加入口，所述硫化物加料口与所述第一计量泵18的出口相连通，所述pH值调节剂加入口21与第二计量泵20的出口相连通。在本实用新型中，所述硫化物投加装置向一级反应池中投加硫化物，与废水中的铜、铅、锌、镉等重金属离子反应形成化学沉淀颗粒。在本实用新型中，所述酸碱投加装置向一级反应池中投加酸或碱，调节一级反应池中的pH值。

在本实用新型中，所述一级反应池的侧壁上端设置有一级反应池进水口，所述一级反应池出水口与一级反应池进水口相对设置。在本实用新型中，所述一级反应池进水口与一级反应池出水口的设置保证水流路径最长，避免短流。

本实用新型对所述一级反应池的尺寸和材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的反应池的尺寸和材质即可。在本实用新型中，所述一级反应池的尺寸优选为0.4～0.6m×0.4～0.6m×1.8～2.2m，所述一级反应池的材质优选为聚丙烯。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述一级反应池1中设置有第一pH控制仪15，所述第一pH控制仪15通过控制信号电缆与酸碱投加装置11相连，控制第二计量泵20调整酸碱投加量。在本实用新型中，所述第一pH控制仪监测一级反应池中的pH值，比较一级反应池中的pH值与设定pH值的差值，经过运算后，输出模拟控制信号经控制信号电缆传输到酸碱投加装置中的第二计量泵，自动控制酸碱投加量。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述一级反应池1中还设置有第一氧化还原电位控制仪16，所述第一氧化还原电位(ORP)控制仪16通过控制信号电缆与硫化物投加装置9相连，控制第一计量泵18调整硫化物投加量。在本实用新型中，所述第一氧化还原电位(ORP)控制仪检测一级反应池中的ORP值，比较一级反应池中反应ORP值与设定ORP值的差值，经过运算后，输出模拟控制信号经控制信号电缆传输到硫化物投加装置中的第一计量泵，自动控制硫化物投加量。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述一级反应池1中还设置有第一搅拌装置13。在本实用新型中，所述第一搅拌装置对一级反应池中的废水进行搅拌，使硫化物与废水中的重金属离子充分反应。

本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置包括进水口与所述一级反应池1出水口相连通的二级反应池2，所述二级反应池2顶部连通有铁盐投加装置10。在本实用新型的一个实施例中，所述铁盐投加装置10中设置有第三计量泵22。具体的，所述二级反应池的顶部设置有铁盐加料口23，所述铁盐加料口与第三计量泵22的出口相连通。在本实用新型中，所述铁盐投加装置向二级反应池中投加铁盐，与残余的硫离子反应形成硫化物沉淀，剩余的亚铁离子水解生成氢氧化亚铁，部分再被氧化成氢氧化铁，铁离子水解生成氢氧化铁，可絮凝、吸附部分有机物、砷和重金属离子。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述二级反应池的进水口设置于二级反应池的侧壁上端，所述二级反应池出水口与二级反应池进水口相对设置。在本实用新型中，所述二级反应池的进水口与出水口的设置保证水流路径最长，避免短流。

本实用新型对所述二级反应池的尺寸和材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的反应池的尺寸和材质即可。在本实用新型中，所述二级反应池的尺寸优选为0.4～0.6m×0.4～0.6m×1.8～2.2m，所述二级反应池的材质优选为聚丙烯。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述二级反应池2中还设置有第二搅拌装置14。在本实用新型中，所述第二搅拌装置对二级反应池中的废水进行搅拌，使铁盐与废水中的硫离子充分反应。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述二级反应池1中设置有第二pH控制仪24，所述第二pH控制仪24通过控制信号电缆与酸碱投加装置11相连，控制第二计量泵20调整酸碱投加量。在本实用新型中，所述pH控制仪监测二级反应池中的pH值，反馈控制酸碱投加装置中的第二计量泵，自动控制酸碱投加量。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述二级反应池1中还设置有第二氧化还原电位控制仪25，所述第二氧化还原电位(ORP)控制仪25通过控制信号电缆与铁盐投加装置9相连，控制第三计量泵22调整铁盐投加量。在本实用新型中，所述第二氧化还原电位(ORP)控制仪检测二级反应池中的ORP值，比较二级反应池中反应ORP值与设定ORP值的差值，经过运算后，输出模拟控制信号经控制信号电缆传输到铁盐投加装置中的第三计量泵，自动控制铁盐投加量。

本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置包括与所述二级反应池2出水口相连通的初沉池3。具体的，所述初沉池的进水口设置于初沉池的侧壁上端，所述初沉池的出水口与所述初沉池进水口相对设置。在本实用新型中，所述初沉池对废水进行初步固液分离，除去部分重金属、砷和有机物的絮凝沉淀颗粒，避免有毒物质抑制或毒害后续双膜处理池中的微生物。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述初沉池3底部设置有排泥口，所述排泥口与污泥脱水系统的进口连通。在本实用新型中，所述初沉池中沉淀下来的污泥定期排入污泥脱水系统处理。

本实用新型对所述初沉池的尺寸和材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的反应池的尺寸和材质即可。在本实用新型中，所述初沉池的尺寸优选为0.8～1.2m×0.4～0.6m×1.8～2.2m，所述初沉池的材质优选为聚丙烯。

本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置包括进水口与所述初沉池3的出水口相连通的双膜处理池4，所述双膜处理池4包括沿废水流向从前到后依次设置的生物膜填料6和亲水性聚四氟乙烯膜组件5，以及设置于所述生物膜填料和亲水性聚四氟乙烯膜组件底部的曝气装置7。具体的，所述双膜处理池的进水口设置于双膜处理池的侧壁上端，所述双膜处理池的出水口与所述双膜处理池进水口相对设置。

在本实用新型中，所述双膜处理池4的前端设置有生物膜填料6。在本实用新型中，所述生物膜填料优选包括悬挂填料和/或悬浮填料。在本实用新型中，所述悬挂填料优选包括弹性立体填料、软性填料和半软性填料中的一种或多种；所述悬浮填料优选包括环状悬浮填料、球状悬浮填料、柱状悬浮填料和组合悬浮填料中的一种。

本实用新型对所述生物膜填料的载体材质没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的生物膜填料载体即可。在本实用新型中，所述生物膜填料的载体材质优选为金属、陶瓷和聚合物中的一种或多种。

本实用新型对所述生物膜填料的填充度没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的填充度进行填充即可。在本实用新型中，所述生物膜填料在双膜处理池中的填充度优选为10～75％，更优选为20～60％，最优选为30～50％。在本实用新型中，所述生物膜填料的填充度具体的根据待处理废水中的有机物和氨氮负荷确定。

在本实用新型中，所述双膜处理池4的后端设置有亲水性聚四氟乙烯膜组件5。本实用新型对所述亲水性聚四氟乙烯膜组件的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本实用新型中，所述亲水性聚四氟乙烯膜组件优选为日本住友SUMITOMO型或SPMW型。

在本实用新型中，所述亲水性聚四氟乙烯膜组件优选具有帘式中空纤维膜结构；所述中空纤维膜优选采用单层设置。在本实用新型中，所述亲水性聚四氟乙烯膜组件的膜丝外径优选为2～2.5mm；膜丝平均截留孔径优选为0.05～0.10μm，更优选为0.40～0.08μm；膜丝长度优选为2800～4800mm，更优选为3200～4200mm，最优选为3500～4000mm。

在本实用新型中，所述亲水性聚四氟乙烯膜组件的孔径优选为0.05～0.1μm，更优选为0.06～0.08μm；所述亲水性聚四氟乙烯膜组件的高度优选为2800～4800mm，更优选为3000～4000mm，最优选为3500～3800mm；所述亲水性聚四氟乙烯膜组件的面积优选为6～3000m²，更优选为12～2500m²，最优选为1000～2000m²。

本实用新型对所述亲水性聚四氟乙烯膜组件的封装材料没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的封装材料即可。在本实用新型中，所述亲水性聚四氟乙烯膜组件的封装材料优选为亚胺酯/环氧树脂复合材料。在本实用新型的一个实施例中，所述亲水性聚四氟乙烯膜组件的封装位置设置有集水管。在本实用新型中，所述亲水性聚四氟乙烯膜组件可以拦截悬浮的化学沉淀颗粒和生物污泥，进行固液膜分离，使净化后的水经过集水管由自吸泵排出。

在本实用新型中，所述生物膜填料6和亲水性聚四氟乙烯膜组件5的底部设置有曝气装置7。本实用新型对所述曝气装置的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的曝气装置即可。在本实用新型中，所述曝气装置优选包括大中孔曝气器或中微孔曝气器。在本实用新型中，所述大中孔曝气器的孔径优选为2～5mm；孔距优选为50～150mm，更优选为80～120mm。在本实用新型的实施例中，所述大中孔曝气器可具体为2～5mm塑料穿孔管、2～5mm不锈钢穿孔管。在本实用新型的实施例中，所述中微孔曝气器可具体为每米不少于1600孔的可变孔曝气软管BZ-G-S-63或每个不少于2000个孔的微孔曝气盘BD-P-J-215。在本实用新型中，所述曝气装置为双膜处理池提供氧气，同时对亲水性聚四氟乙烯膜组件的膜丝进行空气冲洗，防止污泥在膜表面大量沉积导致堵塞。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述曝气装置7与鼓风设备8连通。在本实用新型的实施例中，所述鼓风设备可具体为鼓风机或气泵。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述双膜处理池4的底部设置有排泥口，所述排泥口与污泥脱水系统的进口连通。具体的，所述污泥脱水系统设置有两个进口，分别为第一进口和第二进口，所述第一进口与初沉池3的排泥口连通，所述第二进口与双膜处理池4的排泥口连通。在本实用新型中，被亲水性聚四氟乙烯膜组件拦截的化学沉淀颗粒和生物污泥进入污泥脱水系统进行处理。

在本实用新型中，所述双膜处理池通过生物膜处理与浸入式亲水性聚四氟乙烯膜组件结合，去除废水中的重金属、氨氮和有机物，解决了常规膜分离工艺清洗周期短、能耗高、膜使用寿命短、有机物和氨氮去除效率低的弊端。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述双膜处理池4的出水口连通有自吸泵12。在本实用新型的实施例中，所述双膜处理池4的出水端为亲水性聚四氟乙烯膜组件的封装位置，通过集水管与自吸泵12连接。在本实用新型中，所述自吸泵产生负压，将净化后的水抽取排除，自吸泵流量等于待处理废水进水流量，扬程小，能耗低。

为了进一步说明本实用新型，下面结合实施例对本实用新型提供的铅锌工业废水处理方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本实用新型保护范围的限定。

实施例1：

某铅锌选矿厂排放废水含有铜、铅、锌、隔、砷、有机物和氨氮等有害成分，废水呈中性，采用本实用新型所述装置处理，处理水量10吨/天。

选矿废水经耐腐蚀自吸泵提升到一级反应池，投加氢氧化钠预调pH到8.0～9.0，按照120mg/L比例投加硫化钠，搅拌反应1h。

进入二级反应池，按照160mg/L的比例投加硫酸亚铁，搅拌反应1h。

进入初沉池进行固液分离，上清液排入双膜处理池。

采用自吸泵抽取处理后的清水，出水流量与待处理水流量相同，扬程小于10m，能耗低，出水pH值为7.2。

初沉池和双膜处理池的污泥定期排入污泥池。

本实施例使用装置及具体规格参数如表1所示。

表1实施例1主要构筑物和设备参数

对本实施例处理后的水进行检测，结果如表2所示。

表2实施例1废水处理检测结果

注：ND表示该分析结果低于方法的最低检出限

从表2中可以看出，出水中的有机物、氨氮以及砷、铜、铅、锌、镉等污染物含量符合GB3838规定的地表水三类标准，可以直接排放。

本实施例运行9个月，浸入式亲水性聚四氟乙烯膜组件没有进行过任何清洗，膜通量基本上没有衰减。

实施例2:

某铅锌金属冶炼企业排放冶炼废水和少量生活污水，含有机物、氨氮、铅、锌、砷、镉等超过排放标准的污染物，废水偏酸性，pH值4-7。

采用实施例1的试验装置进行处理，处理水量6吨/天。

铅锌工业冶炼废水经耐酸泵提升到处理装置一级反应池，投加氢氧化钙预调pH到8.0-9.0，按照160mg/L比例投加硫化钠，搅拌反应1.5h。

进入二级反应池，按照220mg/L的比例投加硫酸亚铁，搅拌反应1.5h。

进入初沉池进行固液分离，上清液排入双膜处理池。

采用自吸泵抽取处理后的清水，出水流量与待处理水流量相同，扬程小于10m，能耗低，出水pH值为6.8。

初沉池和双膜处理池的污泥定期排入污泥池。

对本实施例处理后的水进行检测，结果如表3所示。

表3实施例2废水处理检测结果

注：ND表示该分析结果低于方法的最低检出限

从表3中可以看出，出水中的有机物、氨氮以及砷、铜、铅、锌、镉等污染物含量可达到GB3838规定的地表水三类标准规定的限值以下，可以直接排放。

本案例运行6个月，亲水性聚四氟乙烯膜组件没有进行过任何清洗，膜通量基本上没有衰减。

从以上实施例可以看出，本实用新型提供的铅锌工业废水处理装置解决了有机物、氨氮、砷和重金属同时达到GB3838三类标准的问题，出水pH值达到排放标准，无需返调，浸入式亲水性聚四氟乙烯膜组件使用寿命达10年以上，清洗周期达3～6个月，能耗降低50％，解决了膜组件使用寿命短、清洗周期短、能耗高的问题，对于需要达到GB3838标准的选矿废水处理具有明显的技术经济优势。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并非对本实用新型作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。