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本论文以实现电解锌漂洗废水处理的废水净化回用和重金属回收为目的,提出一种电沉积与膜技术的组合工艺,电解锌漂洗废水先经过电沉积的处理,使得废水中的重金属离子在阴极板上得到电子还原为单质来回收废水中的重金属资源,并降低废水中的重金属离子浓度,以达到膜进水的要求;电沉积出水经过膜的处理,可以充分浓缩废水中重金属,膜的浓缩液回流到电沉积装置中,通过电沉积技术回收膜浓缩液中的重金属,使得膜的浓缩液也得到处理,膜出水达标并循环利用;通过将电沉积与膜技术的组合,易于实现电解锌漂洗废水的重金属回收和废水的循环利用。 通过电流密度、槽电压等操作参数对电沉积过程进行分析研究,比较平板二维电极和活性炭三维电极的处理效果。同时,分析研究膜分离过程中各操作条件对分离效果的影响,添加剂含量、膜操作压力、进水锌离子浓度对膜分离过程的截留率、渗透通量等的影响。 结果表明,与平板二维电极相比,活性炭三维电极处理效果好、能耗低。当反应时间为120min时,槽电压分别为6V和8V的条件下,活性炭三维电极对锌离子去除率比平板二维电极相应提高了48％和14％,平均电流效率分别高出40％和22％,分别节能70％和44％。极板间距变小,电流密度增大,随着电流密度的增加,活性炭三维电极对锌离子的去除率有明显升高,相比于电流密度134A/m2时,326A/m2、782A/m2的锌离子去除率分别提高了11％和12％,但随着电流密度的升高,去除每千克锌所需能耗却分别增加了2倍和4.37倍,电流效率分别降低了61.3％和77.3％。随电压的增加,活性炭三维电极对锌离子去除率、平均电流效率均有明显升高,且能耗变化不大。电压值由4V增加到8V时,锌离子的去除率在90min时由38％增加到82％,平均电流效率升高了26％,能耗最大差别只有0.69 kWh/kg。膜分离实验中,在酒石酸钾钠(PST)添加浓度为10mg/L时,超滤膜和反渗透膜对锌离子的去除率达到最大,分别达到91％和97％,较未添加PST时,锌离子去除率分别提高了29％和26％。对于超滤膜来说,无论是否添加PST,随着操作压力的上升,锌离子去除率都呈现明显的下降趋势,添加PST后的锌离子去除率高于未添加PST时的锌离子去除率。随着操作压力的上升,添加PST后比未添加PST时的锌离子去除率下降幅度小,在操作压力从0.2MPa增加到0.8MPa时,添加10mg/L的PST的锌离子去除率下降幅度为10％,而未添加PST时锌离子去除率下降幅度为20％;对于反渗透膜来讲,当操作压力上升时,锌离子的去除率几乎没有变化。当进水锌离子浓度升高时,超滤膜和反渗透膜对锌离子的去除率都有所下降,在进水锌离子浓度大于100mg/L时,超滤膜和反渗透膜的去除率分别低于70％和85％,说明使用超滤膜和反渗透膜处理锌离子浓度为100mg/L以下低浓度的废水效果比较好。 工程应用研究主要由三个部分组成,逆流漂洗部分、电沉积部分和膜分离部分,其中逆流漂洗部分主要是对极板进行清洗,通过控制清洗的次数、时间和数量使废水达到相应的浓度;电沉积部分主要是对废水进行处理,电沉积在回收废水中金属锌的同时,降低废水中锌离子的浓度,并达到膜分离需要的相应浓度。膜分离部分主要对电沉积的出水进一步的处理,使废水达到排放标准,膜出水回流到逆流漂洗槽内,补充逆流漂洗对水的需求,实现废水的回用。 极板随着逆流漂洗的逐级清洗,越来越干净,逆流漂洗设备中每级漂洗槽的锌离子浓度逐级降低:随着清洗次数的增加,单个槽内锌离子浓度增加幅度也逐级降低,逆流漂洗每级槽内的锌离子浓度也越来越高。清洗88块极板时可以使第一级槽内的锌离子浓度达到2000mg/L。且使用逆流漂洗设备对极板进行清洗相比普通冲洗极板方法节水量可达75％。电沉积随着反应的行进,锌离子去除率的增加幅度慢慢变缓,能耗不断增加,电流效率不断降低,废水经过电沉积处理,在120min时锌离子的去除率维持在90％左右,电沉积出水浓度达到200mg/L左右。膜分离系统出水锌离子浓度均低于0.2mg/L,铅离子浓度均低于0.05mg/L,镉离子浓度均低于0.001mg/L,膜分离系统出水中三种离子浓度均远远低于铅、锌工业污染物排放标准(GB25466-2010)中2012年起对锌(1.5mg/L)、铅(0.5mg/L)、镉(0.05mg/L)的最新要求。