国家知识产权局公布的含镍废水处理发明专利申请

国家知识产权局公布的含镍废水处理发明专利申请

(19) 中华人民共和国国家知识产权局 (12) 发明专利申请 (10) 申请公开号 CN A (43) 申请公开日 2021.02.02 (21) 申请号 2.4 (22) 申请日 2020.11.13 (71) 申请人 江苏省环境科学研究所 地址 江苏省南京市鼓楼区江东北路176号 (72) 发明人 陈勇 刘伟菁 涂勇 游本胜 (74) 专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237 代理人 肖明芳 (51) 国际专利C02F 9/06 (2006.01)C02F 101/20 (2006.01) 权利要求书 1页 说明书 5页 附图 1页 (54) 发明名称 一种含镍废水资源回收利用装置及方法 (57) 摘要 本发明公开了一种含镍废水资源回收利用装置及方法含镍废水资源化处理装置，包括依次连接的调节池、砂滤单元、超滤单元、一级反渗透单元、电渗析装置、一体化螯合物破除电解装置、反渗透浓缩装置和蒸发器，其中，电渗析装置的淡水出口与反渗透浓缩装置连接，电渗析装置的浓缩水出口与一体化螯合物破除电解装置连接，反渗透浓缩装置的浓缩水出口分别与电渗析装置和蒸发器连接，一级反渗透装置的淡水出口、反渗透浓缩装置的淡水出口、蒸发器的蒸汽冷凝水出口均与回用水箱连接。

本发明的整个工艺过程大大减少了蒸发水量，实现了废水和镍金属的资源化回收利用，达到了零排放。 5 1 6 9 9 2 2 1 1N C CN A 权利要求书 1/1页 1.一种含镍废水资源化回收利用装置，其特征在于包括依次连接的调节池(1)、砂滤单元(2)、超滤单元(3)、一级反渗透单元(4)、电渗析装置(5)、螯合破除电解一体化装置(6)、反渗透浓缩装置(7)和蒸发器(8)，其中，电渗析装置(5)的淡水出口与反渗透浓缩装置(7)连接，电渗析装置(5)的浓水出口与螯合破除电解一体化装置(6)连接，反渗透浓缩装置(7)的浓水出口分别与电渗析装置(5)和蒸发器(8)连接，一级反渗透装置(7)的淡水出口、反渗透浓缩装置的淡水出口与蒸发器(8)连接。装置(7)与蒸发器(8)的蒸汽冷凝水出口连接回用水箱(9)。2.根据权利要求1所述的含镍废水资源化回收利用装置，其特征在于：砂滤单元(2)包括依次连接的石英砂过滤器和精密过滤器。3.根据权利要求1所述的含镍废水资源化回收利用装置，其特征在于：超滤单元(3)包括超滤膜，所述超滤膜采用抗污染膜。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：一级反渗透单元(4)包括反渗透膜，所述反渗透膜采用耐酸膜。

5.根据权利要求1所述的含镍废水资源化回收利用装置，其特征在于：所述电渗析装置（5）包括电渗析膜，所述电渗析膜采用异质膜、均质膜或半均质膜中的任意一种。6.根据权利要求1所述的含镍废水资源化回收利用装置，其特征在于：所述复合破碎电解一体化装置（6）包括复合破碎阳极和电化学阴极，内填充双极性陶瓷颗粒电极。7.一种利用权利要求1至6任一项所述装置回收利用含镍废水资源化的方法，其特征在于：将含镍废水送至调节池（1）进行均质，均质后的废水依次送至砂滤单元（2）和超滤单元（3）处理，出水经高压泵进入一级反渗透单元（4）处理； 经一级反渗透单元（4）处理后得到的淡水送至回用水池（9），经一级反渗透单元（4）处理后得到的浓水收集后进入电渗析装置（5）处理；经电渗析装置（5）处理后的浓水进入络合物破碎电解一体化装置（6）回收镍金属；将电渗析装置（5）的淡水出水与络合物破碎电解一体化装置（6）的浓水混合，除去浓水；除去浓水……出水混合后经高压泵进入反渗透浓缩装置（7）循环浓缩。循环浓缩后得到的淡水送至回用水池（9）。得到的浓水再次进入电渗析装置（5）。经电渗析装置（5）处理后得到的浓水进入络合物破碎电解一体化装置（6）。 螯合破除电解后的出水与电渗析装置（5）处理后得到的淡水混合，作为反渗透浓缩装置（7）的进水进行循环浓缩，直至出水指标高于工业回用水水质指标，停止循环浓缩；控制反渗透浓缩装置（7）浓水的一部分进入蒸发器（8）蒸发，蒸汽冷凝水进入回用水池（9）。蒸发器（8）产生的残渣外购处理。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：反渗透浓缩装置（7）的浓缩水控制不大于含镍废水总量的10％进入蒸发器（8）进行蒸发，蒸发器（8）内反应温度为70～80℃，压力为0.04～～0.05Mpa。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：超滤单元（3）包括超滤膜，超滤膜采用抗污染膜；一级反渗透单元（4）包括反渗透膜，反渗透膜采用耐酸膜；电渗析装置（5）包括电渗析膜，电渗析膜采用异质膜、均质膜或半均质膜中的任意一种。 10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于络合物破碎电解一体化装置(6)包括络合物破碎阳极和电化学阴极，内填充双极性陶瓷颗粒电极。22 CN A 说明书 1/5 页 一种含镍废水资源化回收利用装置及方法 技术领域 [0001] 本发明属于污水处理工程领域，涉及一种去除含镍废水中有机物、回收镍及废水资源化回收利用的装置及方法。背景技术 [0002] 重金属污染具有不可降解性和环境累积性，为有效缓解重金属废水排放与水环境保护之间的矛盾，必须最大程度地实现废水及重金属的回收利用，减少进入环境的重金属总量。含镍废水是络合重金属废水的典型代表，其成分复杂，主要由镍盐、pH缓冲剂、有机络合剂、有机稳定剂等组成。

复杂重金属废水中含有大量的重金属离子和络合剂，重金属离子与络合剂会形成稳定的螯合物，不易形成氢氧化物沉淀，传统的化学沉淀法无法有效去除废水中的重金属离子，使得复杂重金属废水的处理更加困难。因此，含镍废水中重金属回收利用一体化技术的研究成为环保科研人员亟待解决的问题。[0003]目前含镍重金属废水的处理方法主要有化学沉淀法、吸附法、离子交换法等，其中化学沉淀法应用最为广泛，但该方法消耗试剂多，产生大量固体废物，处理成本高，易产生二次污染，部分重金属废水处理后难以达标排放，废水无法回收利用。[0004]反渗透技术是废水深度处理回用的重要方法之一。 能有效去除大部分有机物、盐类及重金属物质，常规反渗透回收率在70%左右，处理后的淡水可作为工业用水回用，而30%的浓水仍需深度处理。蒸发技术是处理浓水的有效技术，但首先该法运行成本高，有机重金属络合物等污染物还会引起药液起泡，影响正常蒸发；其次高沸点有机物在水蒸发时会增加黏度，导致蒸发器换热效率降低，蒸发困难；第三废水中过量的低沸点有机物也会蒸发进入冷凝水中，出水难以达到回用水标准。

因此，采用新技术降低重金属络合物、减少废水中蒸发水量是实现废水及重金属高效资源化和零排放的关键。发明内容[0005]针对现有技术中含镍废水处理方法存在的上述问题，本发明提供了一种含镍废水资源化再利用装置，实现了废水及重金属高效资源化再利用和零排放。[0006]本发明的另一目的在于提供一种采用上述装置的含镍废水资源化再利用方法。 [0007] 为实现上述目的，本发明提出的含镍废水资源化回收装置，包括依次连接的调节池、砂滤单元、超滤单元、一级反渗透单元、电渗析装置、螯合电解一体化装置、反渗透浓缩装置和蒸发器，其中，电渗析装置的淡水出口与反渗透浓缩装置连接，电渗析装置的浓水出口与螯合电解一体化装置连接，反渗透浓缩装置的浓水出口分别与电渗析装置和蒸发器连接，一级反渗透装置的淡水出口、反渗透浓缩装置的淡水出口、蒸发器的蒸汽冷凝水出口与回用水池连接。[0008] 其中，砂滤单元包括依次连接的石英砂过滤器和精密过滤器。 33 CN A 说明书2/5页[0009]所述超滤单元包括超滤膜，优选的，所述超滤膜采用抗污染膜。

[0010] 所述一级反渗透单元包括反渗透膜，优选地，所述反渗透膜为耐酸膜。[0011] 所述电渗析装置包括电渗析膜，所述电渗析膜为异质膜、均质膜或半均质膜中的任意一种。[0012] 所述复合破碎电解一体化装置包括复合破碎阳极和电化学阴极，内填充双极性陶瓷颗粒电极。[0013] 本发明还提出了一种利用上述装置回收利用含镍废水资源的方法，包括以下步骤：[0014] 将含镍废水送入调节池进行均质处理，再将均质后的废水依次送入砂滤单元和超滤单元进行处理，出水经高压泵进入一级反渗透单元进行处理； [0015] 经一级反渗透单元处理后的淡水送至回用水池，经一级反渗透单元处理后的浓水收集后进入电渗析装置处理；经电渗析装置处理后的浓水进入络合物破碎电解一体化装置，实现废水络合物破碎、有机物氧化降解，同时镍离子在电极上电还原沉淀，回收镍金属；[0016] 经电渗析装置出水淡水与络合物破碎电解一体化装置出水混合后经高压泵进入反渗透浓缩装置循环浓缩。循环浓缩后的淡水送至回用水池，浓缩水再次进入电渗析装置。经电渗析装置处理后的浓水进入络合物破碎电解一体化装置。 螯合破除电解后的出水与电渗析装置处理后得到的淡水混合，作为反渗透浓缩装置的进水进行循环浓缩，当出水指标高于工业回用水水质指标时，停止循环浓缩。[0017]反渗透浓缩装置出来的浓缩水有一部分控制进入蒸发器蒸发，蒸汽冷凝水进入回用水池。蒸发器产生的残渣外购处理。

[0018] 优选地，所述反渗透浓缩装置的浓缩水控制不大于含镍废水总量的10%进入蒸发器进行蒸发，蒸发器内反应温度为70-80°C、压力为0.04-0.05Mpa。 [0019] 其中，所述超滤单元包括超滤膜，所述超滤膜采用抗污染膜；所述一级反渗透单元包括反渗透膜，所述反渗透膜采用耐酸膜；所述电渗析装置包括电渗析膜，所述电渗析膜采用异质膜、均质膜或半均质膜中的任意一种。 [0020] 所述一体化复合破碎电解装置包括复合破碎阳极和电化学阴极，内填充双极性陶瓷颗粒电极。 有益效果：本方法采用电渗析/反渗透膜分离技术结合破网电解装置处理重金属镍废水，电渗析与破网电解一体化装置的引入不仅能回收金属镍，还能有效降低系统中有机络合剂的含量，降低膜污染发生的可能性，提高反渗透浓缩膜的浓缩倍数，在膜循环浓缩过程中，膜系统产水速率不断提升，而蒸发量逐渐降低，膜系统废水总回收率可达90％以上，蒸发所需的投资费用和运行费用也大大降低。 采用该方法不仅采用破网阳极有效破网降低废水中的有机物含量，而且采用双极性粒子电极和阴极回收金属镍，同时又提高蒸发器和膜装置效能，产水达到回用水标准，从而实现含镍废水的资源化高效回用和趋于零排放。

附图说明： [0022]图1为本发明含镍废水资源回收再利用装置的连接及工艺示意图。 44 CN A 说明书 3/5 页 具体实施方式 [0023] 本发明提出了一种含镍废水资源化回收再利用装置，包括依次连接的调节池1、砂滤单元2、超滤单元3、一级反渗透单元4、电渗析装置5、断网电解一体化装置6、反渗透浓缩装置7和蒸发器8，其中，电渗析装置5的淡水出口与反渗透浓缩装置7连接，电渗析装置5的浓水出口与断网电解一体化装置6连接，反渗透浓缩装置7的浓水出口分别与电渗析装置5和蒸发器8连接，一级反渗透装置7的淡水出口、反渗透浓缩装置7的淡水出口、蒸发器8的蒸汽冷凝水出口分别与电渗析装置5和蒸发器8连接。回用水池9。其中，砂滤单元2包括依次连接的石英砂过滤器和精密过滤器，超滤单元3中的超滤膜采用抗污染膜，一级反渗透单元4的反渗透膜采用耐酸隔膜，电渗析装置5中的电渗析膜采用异质膜、均质膜或半均质膜中的任意一种。破网电解一体化装置6包括破网阳极和电化学阴极，内填充双极性陶瓷颗粒电极。[0025] 废水资源化利用工艺流程如图1所示，包括以下步骤：[0026] 含镍废水送至调节池1进行均质，均质后的废水依次送至砂滤单元2；再经超滤单元3处理，出水经高压泵进入一级反渗透单元4处理； [0027] 经一级反渗透单元 4 处理后的淡水送至回用水箱 9，经一级反渗透单元 4 处理后的浓水收集后进入电渗析装置 5 处理；经电渗析装置 5 处理后的浓水进入络合物破碎电解一体化装置 6，络合物破碎电解一体化装置 6 实现废水的络合物破碎和有机物的氧化降解，同时镍离子在电极上电还原沉淀，回收镍金属；[0028] 电渗析装置 5 的淡水出水与络合物破碎一体化电解装置 6 的出水混合后经高压泵进入反渗透浓缩装置 7 循环浓缩。 循环浓缩后得到的淡水送至回用水池9，得到的浓缩水再次进入电渗析装置5，经电渗析装置5处理后的浓缩水进入一体化破螯电解装置6，破螯电解后的出水与电渗析装置5处理后的淡水混合，作为反渗透浓缩装置7的进水进行循环浓缩，直至出水指标高于工业回用水水质指标，停止循环浓缩；[0029]反渗透浓缩装置7的浓缩水控制不高于含镍废水总量的10％，进入蒸发器8进行蒸发，蒸发器8内反应温度为70-80℃，压力为0.04-0.05Mpa。

[0030] 下面通过具体实施例对本发明进行详细描述。 [0031] 对比案例（采用现有技术中的含镍废水处理方法）： [0032] 含镍废水，水质特征为：Ni=260mg/L，CODcr=125mg/L，pH=5.8。首先，含镍废水送至调节池进行均质；然后进入石英砂过滤器和精密过滤器进行过滤，分别去除废水中的大悬浮颗粒和有机杂质。过滤后的出水先经过超滤膜处理，再进一步过滤。出水经高压泵进入一级反渗透膜处理；一级反渗透处理后，淡水送至回用水池，浓缩水进入反渗透浓缩装置进行循环浓缩，直至出水指标即将超过工业回用水水质指标，停止循环浓缩。 反渗透膜总的产水率也就是回收率只有70%，浓水(即原废水的30%)进入蒸发器进行蒸发，蒸汽冷凝水进入回用水池，回用于工业用水，蒸发产生的残渣外购处置。[0033]主要污染物指标去除效果见表1。[0034]表1工艺单元去除效果表55CN A说明书第4/5页[0035][0036][0037]实施案例：[0038]含镍废水，水质特征为：Ni=260mg/L，CODcr=125mg/L，pH=5.8。

废水处理具体工艺流程如图1所示，首先含镍废水送至调节池1进行均质；然后进入石英砂过滤器和精密过滤器进行过滤，分别去除废水中的较大悬浮物和有机杂质；过滤后的出水先经过超滤单元3的超滤膜处理，超滤膜采用抗污染膜(可采用市售抗污染膜)，出水经高压泵进入一级反渗透单元4的反渗透膜进行处理，反渗透膜采用耐酸膜(可采用市售耐酸抗污染膜)，有利于酸性化学清洗； 经过一级反渗透处理后的淡水送至回用水池9，其浓水进入电渗析装置5，电渗析装置5的电渗析膜采用异质膜、均质膜或半均质膜中的任意一种；电渗析处理后的浓水进入络合物破碎电解一体化装置6进行电解，络合物破碎电解一体化装置6包含络合物破碎金属氧化物阳极和电化学不锈钢阴极，内填充双极性陶瓷颗粒电极，实现废水络合物破碎、有机物氧化降解，同时镍离子在电极上电还原沉淀，镍金属被回收，镍回收率达86％。 电渗析装置5的淡水出水与复破电解一体化装置6的出水混合，经高压泵进入反渗透浓缩装置7进行循环浓缩，直至出水指标即将超过工业回用水质指标时，停止循环浓缩。反渗透膜总产水率即回收率达到92%。浓缩水（即原废水的8%）进入蒸发器8进行蒸发，蒸发温度为70-80℃，压力以0.04-0.05Mpa为宜。蒸汽冷凝水进入回用水池9，全部回用于工业用水。蒸发产生的残渣外购处理。

[0039] 主要污染物指标去除效率见表2。[0040] 表2 工艺单元去除效率表[0041] 66 CN A 5/5 Page[0042] [0043] 由以上案例可以看出：对于含镍废水，在膜浓缩过程中，膜系统产水速率不断提高，使膜系统总废水回收率达到92％，即进入蒸发器的废水量仅为原水的8％，大大降低了蒸发所需的投资费用和运行费用。 此外，由于浓缩废水中镍含量大幅增加，经过螯合破除电解一体化装置电解后，实现了废水的螯合破除和有机物的氧化降解，镍离子在电极上电还原沉淀，回收镍金属，同时提高蒸发器及膜装置的效率，产水达到回用水标准，实现含镍废水的资源化高效回用和零排放。[0044]本发明提供了一种含镍废水资源化回收利用的方法及途径，实现该技术方案的方法及途径有很多种，以上仅为本发明的一种优选实施例，需要说明的是，对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。本实施例中未具体说明的各部件均可采用现有技术实现。