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1、重金属废水膜分离处理系统设计答辩人：胡秀伟班 级：环境工程0501班学 号：050704024导 师：张林楠主要内容o第一章：设计背景o第二章：膜技术简介o第三章：设计工艺o第四章：膜系统设计o第五章：总结第一章：设计背景o随着环保要求的日益严格，对重金属废水处理的要求越来越严格，对废水中大量的铜及贵金属等可回收资源的利用日益受到重视。o重金属废水主要来源于电镀、印刷电路板、冶金和化工等行业，大量的重金属废水没有经过有效处理就加以排放，从而严重污染了环境，并对人体健康构成极大的威胁。oPCB行业是重污染型行业之一，电路板生产流程包括电镀、化学镀以及图形转移及各种蚀刻等工艺，产生了含高浓度重金属
2、及有机物的废液和废水。o废物的处理和处置方法落后，致使排放的废水含有铜、镍、铅等金属离子和其他多种有机物，严重污染环境。第二章：膜技术简介膜分离技术及其与其他技术的集成技 术将对污水处理和受污染水体的修复 的发展产生深远的影响，成为不少生 产工艺中不可缺少的一部分，国外有 关专家甚至把膜分离技术的发展称为 “第三次工业革命” 2.1低压反渗透(LPRO) 技术 o反渗透过程是根据溶液的吸附扩散原理，以压力差 为主要推动力的膜分离过程。反渗透主要用于低分 子量组分的浓缩、水溶液中溶解的盐类的脱除等。 低压反渗透(LPRO) 技术使用压力较低，克服了 RO膜能耗高的问题。o目前，反渗透技术已大规模
3、应用于苦咸水、海水淡 化等领域。在污水处理方面，反渗透技术己广泛被 用于城市污水、电镀、纸浆和造纸、化工、冶金、 食品、制药等领域的污水处理及放射性污水处理等 。 2.2超滤（UF）技术 o超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，主要用 于分离溶液中的大分子、胶体和微粒，具有高效率 、低能耗的分离特点。o超滤分离技术在废水处理中的研究热点及其应用情 况主要集中在膜的制备和改性研究、膜组合工艺、 分离工艺条件优化设计、超滤膜污染机理和防治技 术研究等方面。2.3膜与电沉积工艺组合技术 电沉积与膜技术相结合，同时发挥各自的长处，克服以往单独使用存在的问题，在有效回收水中重金属的同时，真正实现水的循环
4、使用。第三章：设计工艺3.1工艺原理经过膜分离处理，可以充分浓缩废液中重金属，使 浓缩液中的金属离子浓度得到较大提高，与电还原技术 结合，非常适用于电解回收重金属，易于实现废水的循 环再利用。膜和电化学及其组合技术，经过膜和电化学 反应器的巧结合，可以设计出多种具有优越分离性能的 重金属废水处理过程，用于电路板生产和废电路板湿法 处理过程重金属废水的工艺过程。3.2工艺流程重金属废水先经过预处理，然后收集在回用水槽 内，回用废水用盘式过滤器对原水进行初步过滤处理 ，以除去一些大颗粒悬浮物及无机盐类析出的结垢沉 淀。本设计中依据废水重金属离子的浓度情况，最多 采取3级还原装置，分别为平板电极电解
5、装置，旋转 圆筒式电解装置和固定床三维电解装置，结合两级反 渗透装置，利用RO膜元件浓缩后的重金水废水返回 ，再次进行电还原回收重金属组分，得到的清水回用 到生产工序中。 工艺流程图3.3工艺要求o本设计拟定的处理量为600t/d 的PCB行业含铜废水。o经处理后水中的Cu2+浓度由 150mg/L降到0.5mg/L，明胶 含量由1.25mg/L降到 0.025mg/L，处理后水的电导 率5.9S/cm，铜液经浓缩后 萃取、提纯电解铜，实现了 工业用水闭路循环。出入水 水质标准如右表参数入水出水pH7-86-9Cu2+(mg/L)100-2000.5SS (mg/L)30020COD* (mg
6、/L)20030EDTA (mg/L)5-2010PPA(mg/L)20-6040第四章：膜分离系统设计4.1预处理系统o采用超滤膜分离系统作为预处理系统，可较大范围地适应进水水 质变化，产水水质较好且稳定。超滤的采用可以更有效地保护反 渗透装置，使反渗透膜免受污染，同时可提高反渗透膜的设计水 通量。超滤膜分离技术具有占地小、出水水质好、自动化程度高 等特点。o本设计采用外压式中空纤维柱式膜，以CMF-U系统作为含铜重金属废水的预处理系统。 4.1.1CMF-U系统工作原理 连续膜超滤装置（CMF-U）是以中空纤维超滤 膜组件为中心处理单元，配以特殊设计的管路 、阀门、自动清洗系统和控制系统，
7、形成一闭 路连续循环的操作系统。当原水在一定压力下 进入该装置，孔径仅0.03m 0.2m或以下的膜 组件能有效实现固液分离效果，充分体现其有 效的截留作用。经CMF-U系统的处理，90% 以上的SS和细菌、病毒能被CMF-U有效地去除 ，浊度远低于国家标准。4.1.2CMF-U系统主要设备配置表序 号名称序 号名称1CMF-U膜组组件11空气压缩压缩机2原水罐12储储气罐3进进水泵泵13管道、阀门阀门4预过滤预过滤 器14自动动控制柜5反洗（产产水 ）罐15流量计计6反洗泵泵16液位器7化学反洗罐17压压力表8化学反洗泵泵18气动动蝶阀阀9消毒泵泵19电电磁阀阀10消毒罐20空气过滤调过滤调
8、 压压器4.1.3 CMF-U系统工艺流程图4.2.1膜的参数计算影响膜分离性能的主要参数有进料物料中状况 （料液中溶质浓度、pH值及离子强度等）、膜 结构及其表面特性（膜表面的亲水/疏水特性、 电荷或电位分布、膜孔径大小及其分布等）和 操作条件（压力、温度和错流速度）等。通过 对分离体系进行试验，测定各种条件下的膜透 过通量和溶质截留率，选择较高的膜通量和满 意截留率时的参数。4.2.1膜的参数计算o渗透通量：Jf = Q/A o截留率： o膜阻力与膜污染阻力：o膜比通量：o回收比： 4.2.2超滤膜选用o采用0.044m孔径微孔的中空纤维膜元件和先进的 压缩空气反洗结合水反洗的工艺技术，主
9、要去除微 生物、悬浮物和胶体等杂质，净化后的水清澈透明 ，污染指数SDI5。o超滤膜规格:超滤膜采用国产聚砜中空纤维膜组件，中空纤维膜 内径为0.8mm，外径为1.2mm，膜的截留相对分子 质量为67000，透水率60L/(m2h)，该膜适用于大 规模的水处理且成本较低。4.2.3设备正面图4.3.1反渗透处理系统 反渗透水处理系统设计的依据是根据原水水质，产水水质和水量要 求，排放水量要求及场地情况等原始资料，选择合理的水处理工 艺流程，选择适当的膜组件，确定膜元件数量及组件的排列方式 ，选择高压泵等。RO系统膜组件 4.3.2膜组件的性能参数 o给水、浓缩水和透过水的流量：o盐透过率：o脱
10、盐率或截留率：o回收率： 4.3.3反渗透系统膜组件及主要配件的选用 o反渗透膜元件采用美国陶氏复合膜八英寸膜元件，型号为 BW30-400FR，该膜元件公称有效膜面积为400ft2（37m2） ，脱盐率99.5%。o高压泵是根据反渗透装置的进水流量，膜组件要求的给水压 力等参数进行选型。本设计采用丹麦Groundfos公司的GRN 系列立式多级离心泵。o本设计的反渗透系统管路采用SS3161不锈钢材料,压力容器 为8040-5W。清洗水箱型号为BC-3000L，1600H1800。 RO清洗水泵型号为CRN32-4。反渗透水箱型号为PT- 20000L,27803800。纯水泵型号为CR45
11、-2,Q=55m3/h， H=30m。4.4附属的电还原系统设计在本设计中，采用平板电极处理高浓度废水，用三维填充环 氧树脂包裹颗粒固定床电极处理低浓度废水，同时结合电化 学装置处理低浓度重金属废水，不仅处理效果好，运行与维 护费用低，并且杜绝了二次污染，具有良好的经济效益和环 境效益。膜系统结合电化学系统处理流程第五章：总结5.1主要结论本设计以实现重金属废水处理的废水净化回用和重金 属回收为目的，提出一种膜技术与电化学的组合处理技 术，以PCB生产过程产生的含铜重金属废水为研究污染 物。得到如下结论o反渗透分离过程的出水电导可以降低到50 S/cm，膜和 电化学及其组合技术结合起来非常适于
12、处理重金属污染 水体的处理与修复，实现水的达标排放的同时，有效回 收废水中重金属资源。可在有效回收废水中重金属的同 时，真正实现水的循环使用。o采用电还原沉积技术，平板电极电解槽处理后的Cu2+的 最低浓度可以降低达到5 mg/L；经三维电解装置处理后 的Cu2+的最低浓度可以低于1mg/L，铜离子的去除率达 95%以上。5.2经济效益估算o以600t/d废水处理工程为例：o采用电还原和膜分离集成技术，系统投资约为60万元（核心装置价格约20万元，其余为土建和配套管路费用）。整套设备每年运转时间按350天计，则创利最多时项目投资回收期估算如下：o项目水回用年净利润X=（3.6元/吨水500吨2.0元/吨水600吨） 350天=210000元；（注：注自来水的费用暂按3.6元/吨，吨水运行费用为2.0元/吨）o项目重贵金属回收X=0.05公斤/吨水600吨350天=10500公斤；o按每吨1万元计，年净利润约10.5万元；（按废水中重金属含量50mg/L， 一般废水重金属含量远大于这一标准，重金属价格以最为普通的金属铜为例， 市场价格7000美元/吨）o项目总投资 Y=600000元；则：项目投资回收期=Y/X=600000/3150001.9（年），不含设备折旧 成本和人员工资支出费用等。谢谢
