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国家重点环保技术"电镀废水膜法循环回用技术"

2013-6-14 9:56:10

 

        膜分离技术作为一种高新技术应用于印染废水回用,具有比传统处理工艺更大的优势,可以实现印染废水循环回用,具有很好的经济效益和环境效益。威士邦公司的“电镀废水膜法循环回用技术”结合电镀废水水质特点,将物化法、生物法、膜分离技术、减压蒸发技术相结合。对电镀废水采取分质分流处理,既有效地回收了电镀废水中的重金属,同时也最大限度地回用了水,对于不可回收的废水通过物化处理使之达标排放。

        2008年2月,威士邦公司研发的“电镀废水膜法循环回用技术”(该技术获得国家发明专利证书,包含了我司的多项专利:专利号ZL 200510043669.X,专利号:ZL 200820101290.9)获评为“国家重点环境保护实用技术”。该技术经业内权威专家鉴定,认为已达到国内领先水平。国家重点环境保护技术项目的审核条件十分严格,应是不仅符合国家重点环境保护实用技术条件,而且在某些方面非常突出:技术达到国际先进或国内领先水平;对我国环境改善有重大作用;在节水、节能、节约资源方面效益十分显著,并值得在全国大力推广的项目。该技术的获评标志着拥有上百个电镀废水处理及回用工程应用实践的威士邦膜处理技术获得业界极大的认可。

1、技术内容

        项目技术主要分为电镀废水重金属回收系统和电镀综合废水膜法循环回用系统。

  • 电镀废水重金属回收系统

        该套系统采用膜法在线回收的方法,将漂洗废水进行膜分离,回收重金属和纯水。该系统主要分为三个部分:一为废水预处理系统,二为高分子聚酰胺膜分离浓缩系统,三为减压蒸发浓缩系统。

        废水从生产线上进入由碳滤、精密过滤和超滤组成的预处理系统中,先经碳滤以吸附和过滤其中可能会损伤聚酰胺膜的氧化物、颗粒悬浮物;由于碳滤出水还含有大量碳粉末和粒径大于20um的颗粒,所以碳滤出水经孔径为0.05~20um的精密过滤系统过滤以除去出水中大于20um的颗粒,其过滤为全量过滤需定期更换滤材;精密过滤出水经孔径为0.002m~0.05um的超滤系统,进一步截留不符合膜回收系统进水条件的污物如胶体。

        膜分离浓缩系统由各种类型的纳滤膜、反渗透膜组成;纳滤膜对二价金属离子的截留率大于99%,重金属在此进行循环浓缩;当循环浓缩倍数达15倍后,浓水再进入二级抗污染膜,再将其浓缩6倍左右,此时二段膜产生的总浓缩倍数达90~100倍,纯水进入后端反渗透膜进一步脱盐,以除去其中一价离子,使最终出水符合回用纯水之要求,这样整个系统就不会造成盐份的累积而影响电镀生产。

        重金属经浓缩后如果浓缩液浓度仍较低,为防止镀槽溢出,浓缩液进入减压蒸发浓缩系统再次进行浓缩,此阶段浓水被再浓缩4倍,系统总浓缩倍数达300~400倍。

  • 电镀综合废水膜法循环回用系统

        该系统将生物法、物化法和膜分离法结合起来,实现了废水的微排放。系统可分为三个部分:一为分质分流预处理系统,二为综合废水物化处理系统,三为综合废水膜回收系统。废水分质分流预处理系统主要为:前处理有机废水经生化技术(UASB厌氧工艺或Flow Split®  SMF浸没式超滤工艺)处理后排入综合池;铬废水经收集、还原后纳入综合池;焦铜/化镍废水经氧化破络后排入综合池。综合池废水经中和反应、混凝反应后排至斜板沉淀池;沉淀池上清水经回调后进入膜回收系统。考虑到经物化系统处理后的出水中还含有有机物等杂质,废水经碳滤/MF/UF预处理后再进入二级反渗透系统脱除水中的盐份,使出水达到电镀生产用水要求,浓水经物化处理后达标排放。

2 技术核心-膜技术

      “电镀废水膜法循环回用技术”的核心是膜技术,包含了2项我司全球首创的技术:Flow-Split®  SMFTM浸没式超滤技术和EP-HAPRO ®(Electroplating High Anti-pollution Reverse Osmosis)高抗污染反渗透技术。

  • Flow Split®  SMF技术

        Flow Split®  SMFTM浸没式超滤(专利号:ZL 2007 2 0007883.4)是威士邦膜科技有限公司基于Flow Split®超滤膜组件开发出的一种浸没式超滤系统。

        按照前文相关介绍,SMF可以分为改进型膜生物反应器(AMBR)及浸没式强化膜过滤(MFR),而无论作为MBR或MFR应用,其都可以与EP-HAPRO RO“一步法”衔接,无需进行其他处理。其中AMBR应用技术已在治理新工艺中有详细阐述,该节主要针对MFR及Flow Split®超滤膜组件性能进行介绍。

        MFR它有别于膜生物反应器(AMBR),其仅用于分离胶体以上粒径的悬浮固体物质。其抗污染性能相对于普通柱式超滤提高数个等级以上。

Flow-split® SMF的技术特点

A、适用范围广

        聚偏氟乙烯(PVDF)耐化学性很强,适用范围非常广泛。

B、易清洗

        组件利用内部吸真空使进料从外壁透过膜进入到内部空管。组件可进行过滤时及时进行在线或离线清洗。可用于高浊度流体处理。

C、首创“云分散技术”

        全球首创的云分散技术,使得纳米TiO2能够均匀有效的分散在膜体系中,真正发挥纳米的效应,成倍的提高膜的通量和强度。

        有机--无机杂化超滤膜集有机膜和无机膜的很多优良性能于一身,同时又具有一些新的性能。和同材质的聚合物超滤膜相比,有机--无机杂化超滤膜具有优良的物化稳定性、较为完善的膜孔结构、较好的膜透过、分离性能以及良好的抗污染能力。

D、能耗低、效率高

        在约0.02m3空间内包含10m2中空纤维膜,过滤非常简单紧凑。

        膜组件浸入在水中,可在0.05MPa的低压下保持高通量,因此能耗非常低。

E、过滤精度高、不断丝

        使用的中空纤维具有均匀的小于0.05μm的小孔,属于超滤过滤精度范畴,可以除去微生物、胶体、藻类以及其他引起浑浊的物质。且由于杂化TiO2的原因,膜丝的抗拉伸性能远远强于普通PVDF膜,不断丝。

F、通量高、抗污能力高

        因加入了纳米粒子,膜组件极大的提高了膜表面的亲水性,显著提高了膜通量及其抗污染性能。此外,由于膜具有极强的耐久力,因此可以使用各种方法反复清洗,以除去污染物和恢复通量。

G、占地面积小

        由于膜的高效分离作用,不必设立沉淀、过滤等固液分离设备.且出水悬浮物浓度远低于传统固液分离设备,使整个系统流程简单,易于集成,系统占地大为缩小。

H、管理简单方便、自动化程度高、运行成本低。

        SMF可以滤除细菌、病毒等有害物质,不需设消毒设备,不需加药。不需控制余氯。整机能够实现自动间歇运行,系统泵阀自动遵照程序启停,设有水位自动控制、膜污染控制、故障报警等控制,管理和操作更为方便,并可节省加药消毒所带来的长期运行费用。

  • EP-HAPRO ROTM技术

1  EP-HAPRO ROTM工艺概述

        EP-HAPRO ROTM(High Anti-pollution Reverse Osmosis,   国家发明专利号:ZL200810071362.4)工艺,是我公司经过多年的经验累积全球首创的高抗污染的反渗透工艺,该技术产品已获得国家发明专利。其设计采用RO单段式系统,在提高回收率和降低系统能耗方面得到有效控制,通过加大进水流量和提高循环流量来提高膜面冲刷力度,增大膜的抗污染能力。提高系统回收率,保证系统长期稳定运行。

        我公司基于多段式RO易产生浓差极化,单段式RO不节能的特性加以改进,对单段式浓缩系统浓水进行限量回流、限量排放,而浓水通过独创的回流装置至源水后,使之与源水高压泵并列供给RO水源,浓水回流装置仅为RO提供大通量的循环水,目的在于提高膜面的冲刷力度,年运行递减通量小于10%。流程如下:

EP HAPRO RO工艺流程

 EP-HAPRO ROTM工艺简图

2  EP-HAPRO ROTM工艺优势

A、高切向流速

        高切向流速(指与膜表面相切的流速)能使原水中的污染物随浓水排出,不黏附于膜表面;高切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化层;

B、单段短流程设计

        增加物理性冲刷的效率;

        增加化学清洗的效率;

        简化清洗系统设计;

C、独创的浓水在线回流装置

        威士邦独特的浓水在线回流装置有效的保证了切向流速,降低系统压差,平衡进水及浓水侧的渗透压。

        该回流装置还彻底解决了短流程下无法实现高回收率的问题,并与常规的回流工艺相比至少节能30%以上。

D、独创的双向进水技术

双向进水设备示意图

        国内率先采用“双向进水”技术,膜组件的两端均可进水,根据PLC自动控制切换周期,减少膜内浓差极化,能降低膜元件的污堵几率,提高膜元件的使用效率。

E、清洗恢复性能高

        因为,EP-HAPRO ROTM工艺解决膜内污染清洗恢复困难的问题;因此系统相对常规工艺减少药洗用药量,并有效的提高膜元件的使用效率。

2.3  EP-HAPRO RO的节能优势

        EP-HAPRO ROTM工艺相对于常规单段式回流RO工艺至少节能30%以上。以膜前进水20m3/h,产水15 m3/h,回收率75%,建立浓水循环量55m3/h,透过压1.5Mpa为数据,能耗对比如下表:

项目

常规RO

EP-HAPRO ROTM

选膜

4芯×5=20 支8’’膜

4芯×5=20 支8’’膜

水泵类型

流量

功率

流量

功率

原水泵

75 m3/h

15KW

20 m3/h

4KW

高压泵

75 m3/h

45KW

20 m3/h

18.5KW

回流装置

55m3/h

5.5KW

总能耗

60KW

28KW

         从表中可以看出,按产水15m3/h计算,依设备选型来看,采用EP-HAPRO系统可比一般RO系统节约能耗32KW,节能效果显著。

3 总体性能指标

        废水回收率可达85%,产出纯水电导率小于20us/cm,可回用于生产;浓水重金属浓缩倍数可达300~400倍,符合生产回用要求;排放水水质达到《电镀污染物排放标准》(GB 21900-2008)中表2要求:

新建企业水污染物排放浓度限值

 

污染项目

水质参数

污染项目

水质参数

SS(悬浮物)

50mg/L

Cr

1.0mg/L

PH

69

Cr6+

0.2mg/L

Zn

1.5mg/L

Ni

0.5mg/L

CN

0.3mg/L

Ag

0.3mg/L

Cu

0.5mg/L

石油类

3.0mg/L

CODcr

80mg/L

磷酸盐

0.5mg/L

4技术创造性、先进性

        本成果创造性地将物化法、膜分离技术和减压蒸发技术相结合应用于电镀废水(含重金属废水)的处理。

        ①将电镀废水分为金属回收系统和电镀综合废水膜法循环回用系统,有效地回收了电镀废水中的重金属,同时最大限度地回用了水。

        ②利用膜的选择性透过特性,将废水中的重金属分离浓缩,再利用减压蒸发器在低能耗、低沸点的情况下对膜系统产出浓水进行浓缩,进一步提高重金属浓缩倍数,再回用于生产,其结果将有效地防止了重金属浓缩液因浓缩倍数达不到要求而溢出镀槽的问题(一般膜分离法处理电镀废水的回收量大于镀槽的蒸发量,故会出现镀液溢出现象)。

        ③采用UASB厌氧工艺或Flow-Split®  SMF浸没式超滤工艺处理前处理有机废水,经进一步深度处理,效果显著,出水稳定。

        ④采用我司全球首创的EP-HAPROTM膜处理技术,处理效率高,出水水质优。

        ⑤采用先进的减压蒸发浓缩技术,节能降耗,处理效率高,可实现电镀废水的零排放或微排放。

5 与国内同类技术的对比

        我司开发的“电镀废水集成膜分离循环回用技术及设备”将膜分离技术与蒸发浓缩技术结合起来,采用我司开发的减压蒸发浓缩器,在较低的能耗下可将重金属在原来的基础上再浓缩4倍,使重金属浓缩液整体浓缩倍数达300~400倍,从而克服了浓缩液回用于镀槽时镀液易溢出的问题。

        我司“电镀废水集成膜分离循环回用工艺及设备”与国内同类技术性能比较见表。

  电镀废水处理技术性能比较表

项目

传统物化法

电镀废水处理零排放的膜分离方法

电镀废水集成膜分离循环利用工艺

处理

方法

沉淀法、氧化还原法

单一的膜分离技术

物化法、膜分离技术、减压蒸发甚至生化法

优点

试剂来源广、操作简便,处理后可达标排放

资源可回收,有望在一定时间内回收投资成本,可实现自动化控制、可实现电镀漂洗废水零排放。

采用低压抗污染膜、资源可回收、成本低,回收期短。针对不同废水具有不同的处理方法。可自动化控制,可回收绝大部分电镀废水。

缺点

废水处理成本高、容易造成资源浪费且会造成二次污染、不能保证达标排放。

设备造价高,运行成本也高、单一的膜回收技术只对部分重金属有回收价值,铬、酸碱废水等不能采用全膜法回收

对操作人员的素质要求较高

处理后水质分析

出水达《污水综合排放标准》GB8978-1996一级排放标准

重金属浓缩倍数可达100倍,回收率大于95%,水资源回收60~80%以上

重金属浓缩倍数可达300~400倍,回收率大于99%,水资源回收85%以上

6 获得证书

        国家重点环保实用技术  国家重点环保示范工程厦门市自主创新产品证书   中国膜工业协会科技奖    科技成果鉴定证书     发明专利证书

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