本发明涉及废水处理领域，具体是一种酸性重金属废水处理装置及工艺。
背景技术：
钢铁、电镀等行业在生产加工过程中会产生酸性重金属废水，目前针对酸性重金属废水的处理工艺大多是采用“中和、沉淀、过滤”的方法，其原理是在废水中投加碱性药剂（如ca(oh)2），使重金属离子形成氢氧化物沉淀去除，沉淀出水经砂滤器过滤后排放，具体工艺流程可参阅附图1。
而随着环境污染治理要求日益提高，重金属废水的排放标准越来越严格，现有技术在附图1所示的工艺基础上进行了改进，具体为投加重金属捕捉剂，使更多的溶解态重金属离子形成不溶物沉淀，从而降低出水中重金属离子浓度，具体工艺流程可参阅附图2。
但是附图2所示的工艺存在以下问题：重金属捕捉剂通常被直接投加在经加碱中和后的重金属废水中，此时废水中存在大量的金属氢氧化物污泥，这些污泥会消耗反应一部分重金属捕捉剂，从而降低重金属捕捉剂针对性去除低浓度溶解态重金属离子的效率，因而重金属捕捉剂消耗量较大，为解决这一问题，现有技术在附图2的工艺基础上又进行了改进，具体为采用两级沉淀串联工艺来处理酸性重金属废水，即将重金属捕捉剂投加在第一级沉淀出水中，由于金属氢氧化物污泥已在第一级沉淀池中沉淀分离，重金属捕捉剂可以针对性地和废水中残余的低浓度溶解态重金属离子反应，具体工艺流程可参阅附图3。
但是附图3所示的工艺仍然存在一定的问题，那就是由于重金属捕捉剂与重金属离子反应形成的不溶物数量较少，这些不溶物不易从水中分离，使得重金属离子去除率较低、出水水质不稳定。
另外，管式微滤膜是一种高效的固液分离技术，可以替代沉淀池和砂滤，且其对水中颗粒物杂质和胶体的截留效率远优于传统砂滤器。在现有的重金属废水处理工艺也将管式微滤膜引入了其中，采用的方法有两种，一种方法是在附图2所示的工艺中用管式微滤膜替代“沉淀池”和“过滤”，但该方法同样未能解决重金属捕捉剂在高浓度金属氢氧化物污泥体系中对重金属离子去除效率较低的问题；另一种方法是在附图3所示的现有技术中用管式微滤膜替代“二级沉淀池”和“过滤”，该方法存在的问题是：由于管式微滤膜采用错流过滤模式运行，过滤过程中需要循环液中维持较高污泥浓度的泥水混合液，以对膜表面进行冲刷、减缓膜表面结垢。而将其应用于重金属废水二级处理时，由于重金属捕捉剂与残留重金属离子反应形成的不溶物数量较少，在管式微滤膜内难以形成高浓度的泥水混合液，从而影响了管式微滤膜的长期稳定运行。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种酸性重金属废水处理装置及工艺，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种酸性重金属废水处理装置，包括一级处理系统和二级处理系统，其中所述一级处理系统包括通过管道顺次连接的中和反应槽、一级混凝反应槽、絮凝反应槽和沉淀池，所述二级处理系统包括通过管道顺次连接的重金属捕捉剂反应槽、二级混凝反应槽、循环槽和沉淀装置，其中沉淀池的出水端通过管道与重金属捕捉剂反应槽连接；所述沉淀池的出泥端通过管道与沉淀池污泥泵的进口端连接，沉淀池污泥泵的出口端通过管道与循环槽连接，从而将沉淀池中的污泥输送至循环槽中，使得重金属捕捉剂反应形成的不溶物与高浓度金属氢氧化物污泥在循环槽中充分混合，通过高浓度金属氢氧化物污泥的吸附、包裹、卷扫等作用，使重金属捕捉剂反应形成的不溶物从水中迁移至金属氢氧化物污泥的表面和内部，产生共沉降效应，从而提高了重金属离子去除率。
在进一步的方案中：所述中和反应槽、一级混凝反应槽、絮凝反应槽、重金属捕捉剂反应槽、二级混凝反应槽和循环槽中均安装有搅拌器，提高设备运行效率。
在进一步的方案中：所述沉淀池中还安装有刮泥器，避免污泥挂壁。
在进一步的方案中：所述沉淀装置为管式微滤膜装置，循环槽的混合液出口通过管道与管式微滤膜进水泵进口端相连，管式微滤膜进水泵的出口端通过管道与管式微滤膜装置的进口端连接，从而将循环槽中泥水混合液输送至管式微滤膜装置，为管式微滤膜创造了高浓度泥水混合液错流循环的稳定运行环境。
在进一步的方案中：所述循环槽的污泥排放端通过管道与循环槽排泥泵的进口端连接，循环槽污泥排泥泵将污泥输送至污泥脱水装置，从而完成污泥的脱水工作。
在进一步的方案中：所述管式微滤膜装置还设置有回流口，回流口通过管道与循环槽相连，从而将泥水混合液回流至循环槽内。
一种基于上述装置的酸性重金属废水处理工艺，包括以下步骤：
1）在中和反应槽中添加碱，对其内的酸性重金属废水进行中和，调节废水ph值为9.5-10.5，废水中大部分溶解态的重金属离子与碱反应生成不溶性金属氢氧化物；
2）中和反应槽出水依次通过一级混凝反应槽和絮凝反应槽中的混凝、絮凝反应，使废水中不溶性金属氢氧化物形成比重较大的絮体，然后在沉淀池中沉降分离，沉淀池出水含有残余少量溶解态重金属离子；
3）沉淀池出水流入重金属捕捉剂反应槽进一步处理，具体为在反应槽内投加重金属捕捉剂，重金属捕捉剂与废水中残余少量溶解态的重金属离子进行反应，形成不溶物；
4）重金属捕捉剂反应槽出水流入二级混凝反应槽进行混凝反应，二级混凝反应槽中投加混凝剂；
5）二级混凝反应槽出水流入管式微滤膜前端的循环槽，同时，沉淀池底部的金属氢氧化物污泥被输送至循环槽，两者在循环槽中充分混合，通过高浓度金属氢氧化物污泥的吸附、包裹、卷扫等作用，使得前述步骤中形成的不溶物从水中迁移至金属氢氧化物污泥的表面或内部，产生共沉降效应；
6）循环槽中的泥水混合液通过管式微滤膜进水泵输送至管式微滤膜装置内，管式微滤膜装置采用大流量循环错流过滤模式，过滤出水达标排放，泥水混合液回流至循环槽内；
7）循环槽排出的污泥通过污泥脱水后外运处置。
在进一步的方案中：所述步骤1）所添加的碱为石灰乳。
在进一步的方案中：所述步骤2）中添加的混凝剂为聚合氯化铝-pac，添加浓度为100-200mg/l；添加的絮凝剂为聚丙烯酰胺-pam，添加浓度为3-5mg/l。
在进一步的方案中：所述步骤3）中添加的重金属捕捉剂的浓度为20-60mg/l。
在进一步的方案中：所述步骤4）添加的混凝剂为聚合氯化铝-pac，添加浓度为40-80mg/l。
在进一步的方案中：所述步骤7）中排出的污泥浓度为10-25g/l。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、本发明保留了现有技术中将重金属捕捉剂投加在第一级处理出水中以达到提高重金属捕捉剂对于重金属离子的去除效率、节省药剂添加量的优点，同时通过将一级处理系统中的沉淀池中的高浓度金属氢氧化物污泥引入到循环槽中与重金属捕捉剂反应形成的不溶物充分混合，将重金属捕捉剂反应形成的不溶物从水中迁移至金属氢氧化物污泥的表面和内部，产生共沉降效应，从而提高了重金属离子去除率。
2、在高浓度金属氢氧化物污泥和不溶物的充分混合反应后，利用管式微滤膜进行过滤，不仅充分利用了管式微滤膜处理效率高、占地少、过滤精度高、出水水质好的优点，还为管式微滤膜创造了高浓度泥水混合液错流循环的稳定运行环境。
附图说明
图1为现有酸性重金属废水处理工艺一的流程图。
图2为现有酸性重金属废水处理工艺二的流程图。
图3为现有酸性重金属废水处理工艺三的流程图。
图4为本发明中酸性重金属废水处理工艺的流程图。
图5为本发明中酸性重金属废水处理装置的结构示意图。
附图标记注释：1-中和反应槽、2-一级混凝反应槽、3-絮凝反应槽、4-沉淀池、41-刮泥机、5-重金属捕捉剂反应槽、6-二级混凝反应槽、7-循环槽、8-管式微滤膜装置、9-沉淀池污泥泵、10-管式微滤膜进水泵、11-循环槽排泥泵、12-搅拌器。
具体实施方式
以下实施例会结合附图对本发明进行详述。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
实施例1
请参阅图5，本发明实施例中，一种酸性重金属废水处理装置，包括一级处理系统和二级处理系统，其中所述一级处理系统包括通过管道顺次连接的中和反应槽1、一级混凝反应槽2、絮凝反应槽3和沉淀池4，所述二级处理系统包括通过管道顺次连接的重金属捕捉剂反应槽5、二级混凝反应槽6、循环槽7和沉淀装置，其中沉淀池的出水端通过管道与重金属捕捉剂反应槽连接，这里的一级处理系统的工作过程与传统工艺类似，在这里不做赘述，二级处理系统中的捕捉剂反应槽5和二级混凝反应槽6则是分别用于捕捉剂与废水的混合以及混凝反应。
具体的，本实施例中，所述沉淀池4的出泥端通过管道与沉淀池污泥泵9的进口端连接，沉淀池污泥泵9的出口端通过管道与循环槽7连接，从而将沉淀池4中的污泥输送至循环槽7中，使得重金属捕捉剂反应形成的不溶物与高浓度金属氢氧化物污泥在循环槽中充分混合，通过高浓度金属氢氧化物污泥的吸附、包裹、卷扫等作用，使重金属捕捉剂反应形成的不溶物从水中迁移至金属氢氧化物污泥的表面和内部，产生共沉降效应，从而提高了重金属离子去除率。
为提高设备运行效率，本实施例中，所述中和反应槽、一级混凝反应槽、絮凝反应槽、重金属捕捉剂反应槽、二级混凝反应槽和循环槽中均安装有搅拌器，利用搅拌器可以有效加强混合效率。
进一步的，所述沉淀池中还安装有刮泥器，避免污泥挂壁。
前述已经提高管式微滤膜装置使用在现有工艺中的问题，而本实施例中，由于将一级处理系统中的沉淀池中的高浓度金属氢氧化物污泥引入到循环槽中与重金属捕捉剂反应形成的不溶物充分混合，可以利用上述混合液来解决上述问题，具体来说：所述沉淀装置为管式微滤膜装置，循环槽的混合液出口通过管道与管式微滤膜进水泵进口端相连，管式微滤膜进水泵的出口端通过管道与管式微滤膜装置的进口端连接，从而将循环槽中泥水混合液输送至管式微滤膜装置，为管式微滤膜创造了高浓度泥水混合液错流循环的稳定运行环境。
进一步的，所述循环槽的污泥排放端通过管道与循环槽排泥泵的进口端连接，循环槽污泥排泥泵将污泥输送至污泥脱水装置，从而完成污泥的脱水工作。
进一步的，所述管式微滤膜装置还设置有回流口，回流口通过管道与循环槽相连，从而将泥水混合液回流至循环槽内。
实施例2
本发明实施例提供一种基于实施例1所述装置的酸性重金属废水处理工艺，该实施例以某不锈钢生产企业热轧厂所排放的酸洗废水的处理工艺作为示例的，该酸洗废水中重金属组分主要是铬和镍，其中总铬浓度为234mg/l、总镍浓度为807mg/l、ph值为1，处理工艺步骤如下：
1）中和反应槽中投加石灰乳，调节废水ph值为10.5；
2）一级混凝反应槽中投加混凝剂（聚合氯化铝，pac），投加浓度200mg/l。
3）絮凝反应槽中投加絮凝剂（聚丙烯酰胺，pam），投加浓度5mg/l。
4）重金属捕捉剂反应槽中投加重金属捕捉剂，投加浓度60mg/l；
5）二级混凝反应槽中投加混凝剂（聚合氯化铝，pac），投加浓度80mg/l；
6）管式微滤膜循环槽中污泥浓度为10-25g/l。
经检测，处理出水总铬浓度为0.03mg/l、总镍浓度为0.02mg/l，满足了《钢铁工业水污染物排放标准》（gb13456-2012）中表3的排放要求（总铬＜0.1mg/l、总镍＜0.05mg/l）。
实施例3
本发明实施例提供一种基于实施例1所述装置的酸性重金属废水处理工艺，该实施例以某不锈钢生产企业冷轧厂所排放的酸洗废水的处理工艺作为示例的，该酸洗废水中重金属组分主要是铬和镍，其中总铬浓度为164mg/l、总镍浓度为217mg/l、ph值为2，处理工艺步骤如下：
1）中和反应槽中投加石灰乳，调节废水ph值为9.5；
2）一级混凝反应槽中投加混凝剂（聚合氯化铝，pac），投加浓度200mg/l。
3）絮凝反应槽中投加絮凝剂（聚丙烯酰胺，pam），投加浓度4mg/l。
4）重金属捕捉剂反应槽中投加重金属捕捉剂，投加浓度20mg/l；
5）二级混凝反应槽中投加混凝剂（聚合氯化铝，pac），投加浓度40mg/l；
6）管式微滤膜循环槽中污泥浓度为10-25g/l。
经检测，处理出水总铬浓度为0.015mg/l、总镍浓度为0.013mg/l，满足了《钢铁工业水污染物排放标准》（gb13456-2012）中表3的排放要求（总铬＜0.1mg/l、总镍＜0.05mg/l）。
实施例4
本发明实施例提供一种基于实施例1所述装置的酸性重金属废水处理工艺，该实施例以某一炼铁厂所排放的脱硫含酸废水的处理工艺作为示例的，该废水中重金属组分主要是铬、镍、砷、镉和铁，其中总铬浓度为15.5mg/l、总镍浓度为7.43mg/l、总砷浓度为0.139mg/l、总镉浓度为0.023mg/l、总铁浓度为824mg/l，ph值为1，处理工艺步骤如下：
1）中和反应槽中投加石灰乳，调节废水ph值为10；
2）一级混凝反应槽中投加混凝剂（聚合氯化铝，pac），投加浓度100mg/l；
3）絮凝反应槽中投加絮凝剂（聚丙烯酰胺，pam），投加浓度4mg/l；
4）重金属捕捉剂反应槽中投加重金属捕捉剂，投加浓度40mg/l；
5）二级混凝反应槽中投加混凝剂（聚合氯化铝，pac），投加浓度80mg/l；
6）管式微滤膜循环槽中污泥浓度为10-25g/l。
经检测，处理出水总铬浓度为0.03mg/l、总镍浓度为0.01mg/l，总砷浓度为0.008mg/l、总镉浓度为0.005mg/l、总铁浓度为0.5mg/l，满足了《钢铁工业水污染物排放标准》（gb13456-2012）中表3的排放要求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
1.一种酸性重金属废水处理装置，包括一级处理系统和二级处理系统，其中所述一级处理系统包括通过管道顺次连接的中和反应槽、一级混凝反应槽、絮凝反应槽和沉淀池，所述二级处理系统包括通过管道顺次连接的重金属捕捉剂反应槽、二级混凝反应槽、循环槽和沉淀装置，其中沉淀池的出水端通过管道与重金属捕捉剂反应槽连接；
其特征在于，所述沉淀池的出泥端通过管道与沉淀池污泥泵的进口端连接，沉淀池污泥泵的出口端通过管道与循环槽连接。
2.根据权利要求1所述的酸性重金属废水处理装置，其特征在于，所述中和反应槽、一级混凝反应槽、絮凝反应槽、重金属捕捉剂反应槽、二级混凝反应槽和循环槽中均安装有搅拌器。
3.根据权利要求2所述的酸性重金属废水处理装置，其特征在于，所述沉淀池中还安装有刮泥器。
4.根据权利要求3所述的酸性重金属废水处理装置，其特征在于，所述沉淀装置为管式微滤膜装置，循环槽的混合液出口通过管道与管式微滤膜进水泵进口端相连，管式微滤膜进水泵的出口端通过管道与管式微滤膜装置的进口端连接。
5.根据权利要求4所述的酸性重金属废水处理装置，其特征在于，所述循环槽的污泥排放端通过管道与循环槽排泥泵的进口端连接，循环槽污泥排泥泵将污泥输送至污泥脱水装置。
6.根据权利要求5所述的酸性重金属废水处理装置，其特征在于，所述管式微滤膜装置还设置有回流口，回流口通过管道与循环槽相连。
7.一种基于权利要求6所述的酸性重金属废水处理装置的酸性重金属废水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）在中和反应槽中添加碱，对其内的酸性重金属废水进行中和，调节废水ph值为9.5-10.5，废水中大部分溶解态的重金属离子与碱反应生成不溶性金属氢氧化物；
2）中和反应槽出水依次通过一级混凝反应槽和絮凝反应槽中的混凝、絮凝反应，使废水中不溶性金属氢氧化物形成比重较大的絮体，然后在沉淀池中沉降分离，沉淀池出水含有残余少量溶解态重金属离子；
3）沉淀池出水流入重金属捕捉剂反应槽进一步处理，具体为在反应槽内投加重金属捕捉剂，重金属捕捉剂与废水中残余少量溶解态的重金属离子进行反应，形成不溶物；
4）重金属捕捉剂反应槽出水流入二级混凝反应槽进行混凝反应，二级混凝反应槽中投加混凝剂；
5）二级混凝反应槽出水流入管式微滤膜前端的循环槽，同时，沉淀池底部的金属氢氧化物污泥被输送至循环槽，两者在循环槽中充分混合，通过高浓度金属氢氧化物污泥的吸附、包裹、卷扫等作用，使得前述步骤中形成的不溶物从水中迁移至金属氢氧化物污泥的表面或内部，产生共沉降效应；
6）循环槽中的泥水混合液通过管式微滤膜进水泵输送至管式微滤膜装置内，管式微滤膜装置采用大流量循环错流过滤模式，过滤出水达标排放，泥水混合液回流至循环槽内；
7）循环槽排出的污泥通过污泥脱水后外运处置。
8.权利要求7所述的酸性重金属废水处理工艺，其特征在于：所述步骤2）中添加的混凝剂为聚合氯化铝-pac，添加浓度为100-200mg/l；添加的絮凝剂为聚丙烯酰胺-pam，添加浓度为3-5mg/l。
9.权利要求7所述的酸性重金属废水处理工艺，其特征在于：所述步骤4）添加的混凝剂为聚合氯化铝-pac，添加浓度为40-80mg/l。
10.权利要求7所述的酸性重金属废水处理工艺，其特征在于：所述步骤7）中排出的污泥浓度为10-25g/l。
技术总结