一种高盐重金属废水分类资源化回收系统和方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体为一种高盐重金属废水分类资源化回收系统和方法。

背景技术

工业生产过程中产生的高盐重金属废水，处理方式多采用化学沉淀、膜过滤和蒸发结晶组合的方式来处理，通过沉淀的方式去除重金属离子，通过膜过滤的方式回收清水，通过蒸发结晶的方式去除水中的盐分，以实现水的资源化利用。化学沉淀是调节水质pH至碱性，投加药剂，进行化学反应，得到沉淀物，以去除重金属离子；膜过滤孔隙大小达到分子级别，只允许水分子通过，从而把盐分截留，得到清水；截留的盐分则通过蒸发和结晶的方式，将废水的盐分提取出来，获得清水和盐产品。

现有处理方式存在的问题主要为三个方面：一是处理能耗高：现有处理方式分为膜过滤和蒸发结晶两个阶段，此处理过程经过了盐分的过滤，截留盐分，然后截留的盐分又通过蒸发结晶提取盐分，经过反复的流程，导致了工艺流程长，单位处理能耗较高；二是通过蒸发结晶后，提取的盐分成分复杂，难以实现二次利用，处理不当会造成二次污染，且处理成本较高；三是高盐重金属废水中的盐分多为工业生产原料，经过蒸发结晶后，只能当做废物处理，造成原料流失和浪费。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种高盐重金属废水分类资源化回收系统和方法，可将工业生产过程中产生的废水，通过本发明的系统和方法进行分类回收，实现不同物质的资源化回收。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种高盐重金属废水分类资源化回收系统，包括：

重金属回收系统，用于对高盐重金属废水中含有的重金属进行分类回收，经过重金属回收系统后，得到分类的重金属产品和重金属净化溶液；

净化水回收系统，用于对重金属净化溶液进行分离回收，经过净化水回收系统后，得到净化水和分离液；

盐分回收系统，用于对分离液中盐分进行处理得到酸和碱；

所述重金属回收系统、净化水回收系统和盐分回收系统依次连接。

作为本发明所述的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统的优选方案，其中：所述重金属回收系统采用重金属离子交换器和沉淀分离器实现重金属的分类回收。

作为本发明所述的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统的优选方案，其中：所述净化水回收系统采用包括多级不同压力等级和不同截留能力的膜组件的膜分离装置实现净化水的分离回收。

作为本发明所述的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统的优选方案，其中：所述盐分回收系统在电场作用下通过离子交换膜处理得到酸和碱。

作为本发明所述的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统的优选方案，其中：所述重金属离子交换器装填CXO-18型螯合树脂和CH-90螯合树脂，分别对废水中的部分重金属离子进行吸附。

作为本发明所述的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统的优选方案，其中：经过重金属离子交换器装填的螯合树脂吸附后的溶液进入沉淀分离器，沉淀分离器采用两级串联，一级沉淀分离投加氢氧化钠，通过固液分离，沉淀底泥得到重金属氢氧化物；二级沉淀分离投加氢氧化钠和碳酸钠，通过固液分离，沉淀底泥得到重金属碳酸盐。

作为本发明所述的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统的优选方案，其中：净化水回收系统采用包括三级不同压力等级和不同截留能力的膜组件的膜分离装置，重金属净化溶液进入膜分离装置一，膜分离装置一采用纳滤级别过滤膜，采用耐压等级为40bar和80bar的膜组件，将重金属净化溶液分离成高价盐离子溶液和一价盐离子溶液；一价盐离子溶液进入膜分离装置二，膜分离装置二采用反渗透级别过滤膜，采用耐压等级为75bar的膜组件，将水分子和盐离子进行分离得到淡水和一价盐离子溶液，经过分离的淡水进入膜分离装置三，膜分离装置三采用反渗透级别过滤膜，采用耐压等级为40bar的膜组件，进一步将水分子和盐离子进行分离得到净化水和一价盐离子溶液，净化水回收率≥95％，净化水电导率≤10μs/cm。

作为本发明所述的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统的优选方案，其中：所述分离液包括净化水回收系统分离得到的一价盐离子溶液和/或高价盐离子溶液。

作为本发明所述的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统的优选方案，其中：分离液进入盐分回收系统，盐分回收系统在电场作用下，盐离子溶液中的正负离子迁移至离子交换膜另一侧，正价离子迁移，形成碱，负离子迁移，形成酸，盐分回收率达到≥99％，得到浓度分别为5～7wt％的硫酸、5～7wt％的盐酸和4～5wt％的氢氧化钠。

为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种高盐重金属废水分类资源化回收方法，包括如下步骤：

S1.重金属回收：采用重金属离子交换器和沉淀分离器对高盐重金属废水进行处理实现重金属的分类回收，得到分类的重金属产品和重金属净化溶液；

S2.净化水回收：采用包括多级不同压力等级和不同截留能力的膜组件的膜分离装置对重金属净化溶液进行处理实现净化水的分离回收，得到净化水和分离液；

S3.盐分回收：在电场作用下通过离子交换膜处理分离液得到酸和碱。

本发明的有益效果如下：

本发明提出一种高盐重金属废水分类资源化回收系统和方法，可将工业生产过程中产生的废水，采用重金属离子交换器和沉淀分离器对高盐重金属废水进行处理实现重金属的分类回收，得到分类的重金属产品和重金属净化溶液，采用包括多级不同压力等级和不同截留能力的膜组件的膜分离装置对重金属净化溶液进行处理实现净化水的分离回收，得到净化水和分离液，在电场作用下通过离子交换膜处理分离液得到酸和碱，回收得到的重金属、净化水、酸和碱具有较高的利用价值，本发明高盐重金属废水处理方法简单，不产生二次污染，实现废水处理零排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的高盐重金属废水分类资源化回收系统示意图；

图2为本发明一个实施例的重金属回收系统示意图；

图3为本发明一个实施例的净化水回收系统示意图。

附图标号说明：

1-高盐重金属废水储罐，2-废水进料泵，3-重金属离子交换器，4-沉淀分离器，5-铜电解装置，6-酸储罐，7-酸置换泵；

21-重金属净化溶液储罐，22-溶液进料泵，23-膜分离装置一，24-一价盐离子溶液进料泵，25-膜分离装置二，26-淡水进料泵，27-膜分离装置三。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明的主要目的是提出一种高盐重金属废水分类资源化回收系统和方法，可将工业生产过程中产生的废水，通过本发明的系统和方法进行分类回收，实现不同物质的资源化回收。

根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

如图1所示，本发明实施例的一种高盐重金属废水分类资源化回收系统，包括：

重金属回收系统，用于对高盐重金属废水中含有的重金属进行分类回收，经过重金属回收系统后，得到分类的重金属产品和重金属净化溶液；

净化水回收系统，用于对重金属净化溶液进行分离回收，经过净化水回收系统后，得到净化水和分离液；

盐分回收系统，用于对分离液中盐分进行处理得到酸和碱；

所述重金属回收系统、净化水回收系统和盐分回收系统依次连接。

在该实施例中，所述重金属回收系统采用重金属离子交换器和沉淀分离器实现重金属的分类回收；所述净化水回收系统采用包括多级不同压力等级和不同截留能力的膜组件的膜分离装置实现净化水的分离回收，净化水回收系统对盐分进行分离和过滤截留，得到回收净化水和经过膜浓缩的分离液，分离液含盐量达到12～15wt％；所述盐分回收系统在电场作用下通过离子交换膜处理得到酸和碱。

具体地，该实施例中重金属回收系统如图2所示，工业生产过程中产生的高盐重金属废水收集至高盐重金属废水储罐1，然后通过废水进料泵2提升进入重金属离子交换器3，重金属离子交换器3填装了CXO-18型螯合树脂和CH-90螯合树脂，分别对废水中的铜离子和镍离子进行吸附，其中螯合树脂的官能团达到最大吸附值后，酸储罐6中的硫酸(来源于盐分回收系统)通过酸置换泵7将硫酸回用至重金属离子交换器3，置换出铜和镍，得到硫酸镍产品和硫酸铜溶液，硫酸铜溶液再进入铜电解装置5进行电解，在阴极，将铜离子还原成铜单质，得到粗铜，其中：铜回收率≥95％，铜含量≥99.5％；镍回收率≥90％，硫酸镍纯度≥99％。经过重金属离子交换器装填的螯合树脂吸附后的溶液进入沉淀分离器4，沉淀分离器4采用两级串联，一级沉淀分离投加氢氧化钠，控制pH值为9.0，通过固液分离，沉淀底泥得到氢氧化钴，回收率≥90％，纯度≥95％；二级沉淀分离投加氢氧化钠和碳酸钠，控制pH值为11.0，通过固液分离，沉淀底泥得到碳酸锂，回收率≥80％，纯度≥98％。

具体地，该实施例中净化水回收系统如图3所示，净化水回收系统采用包括三级不同压力等级和不同截留能力的膜组件的膜分离装置，重金属净化溶液收集进入重金属净化溶液储罐21，然后通过溶液进料泵22加压进入膜分离装置一23，膜分离装置一23采用纳滤级别过滤膜，采用耐压等级为40bar和80bar的膜组件，中间设置增压泵，膜分离装置一23将重金属净化溶液分离成高价盐离子溶液和一价盐离子溶液，高价盐离子溶液浓度可达15wt％，高价离子溶液进入后续处理(进入盐分回收系统)；

一价盐离子溶液通过一价盐离子溶液进料泵24进入膜分离装置二25，膜分离装置二25采用反渗透级别过滤膜，采用耐压等级为75bar的膜组件，可将水分子和盐离子进行分离，截留97％以上的一价盐离子，可浓缩一价盐离子溶液，浓度可达12wt％，经过截留净化后的淡水继续处理；

淡水通过淡水进料泵26加压进入膜分离装置三27，膜分离装置三27采用反渗透级别过滤膜，采用耐压等级为40bar的膜组件，进一步将水分子和盐离子进行分离，实现回收净化水，得到产品(净化水)，净化水回收率≥95％，净化水电导率≤10μs/cm，截留的一价盐离子溶液返回膜分离装置二25循环处理。

具体地，该实施例中盐分回收系统在电场作用下通过离子交换膜处理得到酸和碱，净化水回收系统处理得到的分离液(包括净化水回收系统分离得到的一价盐离子溶液和/或高价盐离子溶液)进入盐分回收系统，盐分回收系统在电场作用下，盐离子溶液中的正负离子迁移至离子交换膜另一侧，正价离子迁移，形成碱，负离子迁移，形成酸，回收率达到≥99％，得到浓度分别为5～7wt％的硫酸、5～7wt％的盐酸和4～5wt％的氢氧化钠。

本发明实施例的一种高盐重金属废水分类资源化回收方法，采用上述的高盐重金属废水分类资源化回收系统，包括如下步骤：

S1.重金属回收：采用重金属离子交换器和沉淀分离器对高盐重金属废水进行处理实现重金属的分类回收，得到分类的重金属产品和重金属净化溶液；

S2.净化水回收：采用包括多级不同压力等级和不同截留能力的膜组件的膜分离装置对重金属净化溶液进行处理实现净化水的分离回收，得到净化水和分离液；

S3.盐分回收：在电场作用下通过离子交换膜处理分离液得到酸和碱。

通过三级的分离、回收，最终实现对高盐重金属废水分类回收，资源化利用的目的。

本发明的高盐重金属废水分类资源化回收系统和方法可以实现在不同的阶段得到不同的产品，实现分类回收资源化；本发明可回收重金属、净化水、酸和碱。本发明可回收高盐废水中的铜、镍、钴、锂：可回收铜，回收率≥95％，回收产物为粗铜，铜含量≥99.5％；可回收镍，回收率≥90％，回收产物为硫酸镍，纯度≥99％；可回收钴，回收率≥90％，回收产物为氢氧化钴，纯度≥95％；可回收锂，回收率≥80％，回收产物为碳酸锂，纯度≥98％；可以实现净化水回收，净化水回收率≥95％，净化水电导率≤10μs/cm；可以实现高盐废水中回收盐制取酸、碱，盐回收率≥99％，回收产物收硫酸和盐酸，浓度为5～7wt％，回收产物氢氧化钠，浓度为4～5wt％。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。