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 ***楠 主要内容 第一章 设计背景第二章 膜技术简介第三章 设计工艺第四章 膜系统设计第五章 总结 第一章 设计背景 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 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***健康构成极大的威胁 PCB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及有机物的废液和废水 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*** 2 1低压反渗透 LPRO 技术 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 目前 反渗透技术已大规模应用于苦咸水 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 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 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***还原装置 分别为平板电极电解装置 旋转圆筒式电解装置和固定***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 本设计拟定的处理量为600t d的PCB行业含铜废水 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 9 S 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 第四章 膜分离系统设计 4 1预处理系统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 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 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 03 m 0 2 m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***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 4 1 3CMF 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 渗透通量 Jf Q A截留率 膜阻力与膜污染阻力 膜比通量 回收比 4 2 2超滤膜选用 采用0 044 m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SDI 5 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 m2 h 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 给水 浓缩水和透过水的流量 盐透过率 脱盐率或截留率 回收率 4 3 3反渗透系统膜组件及主要配件的选用 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 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 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 1600 H1800 RO清洗水泵型号为CRN32 4 反渗透水箱型号为PT 20000L 2780 3800 纯水泵型号为CR45 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***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 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5mg 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 以600t d废水处理工程为例 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 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 项目重贵金属回收X 0 05公斤 吨
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