CN101182055A - 吸附与再生分离的镀镍废水回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸附与再生分离的镀镍废水回收方法，包括：提供至少一吸附设备于各镀镍生产场所，以进行镀镍废水中镍的吸附回收，各该吸附设备具有用以吸附镍的可拆卸的离子交换器；将完成吸附过程的各离子交换器输送至一集中再生场所；提供一集中再生设备，设于该集中再生场所，以对各离子交换器进行再生，其中该集中再生设备具有可拆卸式地连接各离子交换器的再生接头。由此，可以降低企业进行镀镍废水回收的成本，并提高再生过程的效率。

Description

吸附与再生分离的镀镍废水回收方法

技术领域

本发明涉及一种离子交换法的废水处理技术，尤其涉及一种吸附与再生分离的镀镍废水回收方法。

背景技术

常规的离子交换法回收镀镍废水是在一个成套设备中完成的。镀镍废水通过管路从生产线引到设备附近的集水池(槽)，废水送入离子交换器，镍离子被吸附，水得到净化。树脂饱和后，转换阀门，设备由吸附状态转入再生状态。再生一般花费3小时左右，在此期间停止产水。也就是说，这种设备将吸附和再生功能融为一体，这两种功能是无法相互独立运转，也无法分离。

这种方法比较适合镀镍废水量大、废水容易收集、管理和技术能力强的企业。然而对于我国电镀行业中普遍存在的中小型企业居多，管理薄弱的现状，这种方法存在以下主要缺点：

1、由于两种功能的融合，废水分道不清致使含镍废水中混入其他废水，从而影响回收镍的纯度，严重时失去回收价值。

2、因专业性差，生产效率低，中小规模企业独立配置成套离子交换设备的投资成本、管理成本和生产成本很高，很难得到令人满意的经济回报。

3、再生洗脱液的镍浓度和质量得不到保证，不能直接回用于生产，回收镍的经济价值难以充分实现。

4、设备运行过程中废水吸附净化过程占据了绝大部分时间，而复杂的再生功能的使用时间一般不超过整个运行周期的5％，其余时间功能闲置，经济性差。

这种企业独立安装成套离子交换设备回收镀镍废水的情况存在技术和经济双方面的缺陷而难以推广，使得大量镀镍废水没有回收，而只能由废水处理站处理后排放，一方面导致企业生产耗水量大，更造成金属镍的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种吸附与再生分离的镀镍废水回收方法，可以大大降低回收过程的成本，提高回收效率。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种吸附与再生分离的镀镍废水回收方法，包括以下步骤：提供至少一吸附设备于各镀镍生产场所，以进行镀镍废水中镍的吸附回收，各该吸附设备具有用以吸附镍的可拆卸的离子交换器；将完成吸附过程的各离子交换器输送至一集中再生场所；提供一集中再生设备，设于该集中再生场所，以对各离子交换器进行再生，其中该集中再生设备具有可拆卸式地连接各离子交换器的再生接头。

此外，还包括将完成再生过程的离子交换器输送至所述各镀镍生产场所，以再次进行吸附过程。

上述的吸附过程可包括：使镀镍废水进入至少一该离子交换器进行离子交换吸附后，重新返回镀镍生产场所内的漂洗槽回用，其中根据至少其中一离子交换器的出水口的pH值判断该离子交换器是否饱和失效。其中当该离子交换器的出水口的pH值落入pH区间4～7并保持一设定时间时，判断该离子交换器失效。

此外，该吸附过程还可包括根据进入离子交换器的镀镍废水的电导率来确定对该漂洗槽补充清水的时机。

上述的方法中，集中再生设备的再生过程包括：冲洗步骤，使一反冲洗泵和一反冲洗阀开启，从该反冲洗泵和反冲洗阀所在的管路引入水，对要再生的离子交换器进行水冲洗；套用液再生步骤，使设于该离子交换器进口端的一进料控制阀组中的一套用液阀开启以选择一路套用液流入该离子交换器进行离子交换再生，同时使设于离子交换器出口端的一出料控制阀组中的一洗脱液出料阀开启以使离子交换器的排出液流入一洗脱液储存槽中；酸再生步骤，使该进料控制阀组中的一酸液阀开启以选择一路酸液流入该离子交换器进行离子交换再生，同时使该洗脱液出料阀开启以使离子交换器的排出液流入该洗脱液储存槽中；第一纯水洗步骤，使该进料控制阀组中的一纯水阀开启以选择一路纯水流入该离子交换器进行水洗；碱转型步骤，使该进料控制阀组中的一碱液阀开启以选择一路碱液流入该离子交换器进行中和转型；以及第二纯水洗步骤，使该进料控制阀组中的该纯水阀开启以选择一路纯水流入该离子交换器进行水洗。

上述的再生过程中，该套用液再生步骤的结束点是由时间单独控制、离子交换器出口的pH值单独控制或者由该时间和该pH值的结合来控制，其中当该套用液再生步骤的结束点是由该时间和该pH值的结合来控制时，则当该套用液再生步骤持续一设定时间和该离子交换器出口的pH值下降到该临界点中的一个条件满足时，结束该套用液再生步骤，且该pH值的临界点在2.5～3.5之间。

上述的再生过程中，该酸再生步骤的结束点是由离子交换器出口的pH值来控制，该pH值的临界点在1～3.5之间。

上述的再生过程中，该第一纯水洗步骤的结束点是由离子交换器出口的pH值来控制，该pH值的临界点在4～5之间。

上述的再生过程中，该第二纯水洗步骤的结束点是由离子交换器出口的电导率控制，该电导率的临界点在50～100μS/cm之间。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：

1.吸附设备安装于生产线旁，直接从漂洗槽中抽取废水可以完全避免其他废水的污染，确保回收水和镍的品质。

2.吸附设备结构简单，操作极易，无专业知识要求，只需根据规则简单判别树脂饱和与否及更换交换器。电镀企业可以用最简化的工作获取最直接的节水和减污效益，而把复杂的再生过程交由集中再生的专业机构完成。

3.集中再生设备有利于汇集最优化的再生工艺和再生设备，由专业人员从事再生的操作，可以获得比传统设备更为良好的再生效果，更高的再生剂利用率和更低的再生成本。

4.集中再生可以用一套再生设备为数十套甚至更多的吸附设备提供再生服务，大大提高设备利用率，显著降低设备的投资成本和运行成本。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明的一个实施例的镀镍废水回收示意图。

图2是本发明一个实施例的吸附设备示意图。

图3是本发明一个实施例的集中再生设备示意图。

图4是本发明一个实施例的离子交换再生流程图。

具体实施方式

本发明的目的是为地理位置分散且不具备自行回收条件或自行回收不经济的企业提供一种可以减少镀镍生产用水，减少废水处理负荷和充分利用镍资源的新途径。本发明的构思是在生产现场独立安装具有吸附功能的设备，实现废水的净化回用和镍离子的吸附，而具有再生功能的设备则安装在一个集中再生场所，通过某种输送手段将吸附了金属镍的离子交换树脂送至再生场所进行再生，实现镍的集中高效率再生。

本发明是一种将离子交换吸附功能和再生功能分离的镀镍废水回收方法，请参照图1所示，本发明的方法是这样实现的：

在一镀镍生产场所10安装一吸附设备2，镀镍生产场所10中具有镀镍生产线1，由镀镍槽、回收槽、第一漂洗槽11和第二漂洗槽12组成，吸附设备2例如是安装于镀镍生产线1附近，而通过管路从第一漂洗槽11中获得镀镍废水。为了实现吸附功能，吸附设备2可包括一输送泵21以及至少一离子交换器22，由输送泵21从漂洗槽11泵出镀镍废水，经离子交换器22进行离子交换后，通过管路回输至第二漂洗槽12。离子交换器22由玻璃钢桶221和装填于其中的离子交换树脂222组成，玻璃钢桶221具有密封、耐压、耐腐、等优良性能。离子交换器22是通过活动接头可拆卸式地安装于吸附设备2上，以便于交换器饱和时能够被替换。

图2是本发明一个较佳实施例的吸附设备示意图。请参阅图2所示，该吸附设备2包括输送泵21、以及三个串联的离子交换器22a～22c，含镍的废水被输送泵21从第一漂洗槽11的出口抽出，先后经过三个离子交换器22a～22c，废水中的镍离子被吸附于交换器中的交换树脂，然后，净化的水通过管路输送到第二漂洗槽12回用。值得注意的是，虽然在回收过程中镍离子被去除，但是水中总的含盐量没有降低，随着回用水的不断循环，盐分有积累的趋势，因此需要适当补充清水。在第二漂洗槽12的进口，还设有一补水管路23，对第二漂洗槽12补充清洁水，管路23上设有电磁阀24。

吸附设备2较佳地还包括一控制器25、一pH传感器26、一电导率传感器27。pH传感器26可安装在各离子交换器的出水口，以检测此出水口的pH值。在此实施例中，pH传感器26设在第一交换器22a的出水口，其检测的pH值信号发到控制器25。电导率传感器27设于从第一漂洗槽11的出口至第二漂洗槽12的回收水管路上，用以检测回用水的电导率C。举例来说，电导率传感器27可设于第一交换器22a的进口处(如图2)，以获得表征盐分积累的状况的电导率值C，并发送至控制器25。此外，电磁阀24连接至控制器25，接收控制器25的信号以控制补水的开始和停止。

控制器25根据pH传感器26所测量的pH值变化来判断对应离子交换柱的状态(有效或失效)。在本实施例中，控制器25中预设一pH区间，该区间例如是4～7。当pH传感器所测量的pH值由高到低到达4～7区间中的某一值并保持一设定时间后，控制器25判定第一交换器22a已经饱和失效，提示操作者第一交换器22a需要更换，避免饱和失效的树脂继续使用。

因此吸附设备的结构简单，再加上自动控制功能，操作变得容易，只需进行更换交换器的动作。

回到图1所示，镍离子饱和的交换器331会被从吸附设备2中拆下，然后输送到集中再生现场30。本发明并不限制输送的手段，各种运输车辆都可被用来实施此输送步骤。

集中再生现场30中设置至少一再生设备3，以对镀镍生产场所输送的饱和的交换器进行再生，再生洗脱液进入洗脱液储存槽309储存，而离子交换器可重新回输至镀镍生产场所10使用。其中，再生设备3设计成可执行下述再生过程，冲洗步骤(包括反洗、正洗)、套用液再生步骤、酸再生步骤、第一纯水洗步骤、碱转型步骤、以及第二纯水洗步骤。

其中，再生设备3应具有一可连接交换器的连接口，并可在再生完成后拆下离子交换器。

本发明并不限制再生设备3的具体结构，本领域技术人员完全可根据上述流程设计适合使用的设备。下面，提供一种有助于获得高浓度、高纯度的再生镍洗脱液，并提高运行效率的再生设备。

图3是本发明一个较佳实施例的集中再生设备示意图。

请参照图3所示，集中再生设备3包括：一套用以提供再生过程所需的各类再生剂的储存装置31、一组进料控制阀组32、一交换器组件33、一组出料控制阀组34、一洗脱液储存槽309、以及控制装置301。具体地说，再生剂储存装置31进一步分为套用液槽311、酸液槽312、碱液槽313以及纯水槽314，其中套用剂槽中存有前一次再生回流的镍含量低于一定标准的套用溶液。酸液槽312、碱液槽313以及纯水槽314分别储存酸液、碱液和纯水，酸液例如是硫酸(H₂SO₄)或盐酸(HCl)，浓度是1.5-4.0N(当量浓度)；碱液例如是氢氧化钠(NaOH)，其浓度是1.0-3.5N。进料控制阀组32包括进套用液阀321、进酸阀322、进碱阀323以及进纯水阀324，一一对应地与上述套用液槽311、酸液槽312、碱液槽313以及纯水槽314的出口管路连接。这些控制阀321～324受控于控制装置301，而选择其中一种溶液流向一进料泵302所在的管路。

进料泵302之后依次是再生连接口303和交换器组件33。交换器组件33中设有待再生的饱和的离子交换器331，其中含有可吸附镍的交换树脂。在镀镍生产线旁运行的镀镍废水离子交换吸附设备经过使用后，交换器331中的树脂被镍所饱和，替换下来的饱和的交换器331送至本集中再生设备3，先通过再生连接口303将交换器331和本再生设备3连接起来，连接的方式可以是单个交换器331与连接口303连接，也可在其后依次连接更多交换器。再生连接口303是一种简便装、卸的活接头，可以与交换器的接口完全匹配，快速完成两者的连接。交换器331进口处连接第一排放阀332和排水口333。交换器331出口处设置一第二排放阀310，并设有pH值传感器304和电导率传感器305。

一自来水槽306的出口依次连接反冲洗泵307和反冲洗阀308，组成反冲装置，通过管路连接至交换器331的出口处。

出料控制阀组34连接在交换器331的出口管路上，它是由套用液回流阀341、回用碱回流阀342、以及洗脱液出料阀343组成，其中套用液回流阀341通过管路连接至套用液槽311，回用碱回流阀342通过管路连接至碱液槽313，而洗脱液出料阀343通过管路连接一洗脱液储存槽309。

在本发明实施例中选用耐腐蚀的气动隔膜阀构成控制阀组32和34，进料泵302为耐腐蚀磁力泵，所有管路和阀门均选用耐腐蚀的UPVC材料。

控制装置301作为本系统的核心，起到控制再生过程的作用，控制装置301中的控制部分例如是以计算机结合可编程控制器(PLC)的方式构建，并配置pH和电导率监控仪表，以及电气控制元器件。控制装置301通过信号线连接pH值传感器304和电导率传感器305，并通过控制线连接到进料控制阀组32、出料控制阀组34、第二排放阀310、反冲洗泵307和反冲洗阀308。控制装置301可以接受从pH传感器304和电导率传感器305发出的信号，据此通过控制线发出控制指令按程序启、闭自动阀门和泵，实现再生过程中各工序间的自动转换，最终完成树脂的再生。

下面结合图3所示的系统说明本发明的再生流程。

在图4所示的再生流程中，步骤S401～S408表示基本的再生工艺流程，而步骤S411～S417表示各工艺间的转换控制流程，在本发明的实施例中，这是由控制装置301来实施的。也就是说，控制装置301被配置(如编程)以实现步骤S401～S408以及步骤S411～S417。参照图4所示，本发明的再生过程的一个实施例包括以下步骤：

在步骤S401中，进行反洗，即反冲洗泵307和反冲洗阀308被控制装置301开启，而交换器组件33中的排放阀332也被开启，自来水由管道从交换器331的底部进入，逆流经过树脂层，将交换器331中的机械杂质由排水口333排出。步骤S411执行完成步骤S401至S402的工序转换，此工序转换例如是由时间程序控制，典型的时间是在10～20分钟范围内，即经过此时间后控制装置301发出控制信号结束步骤S401。随后进入步骤S402，自来水从交换器331的上部进入，正向清洗树脂，以保证树脂处于清洁状态。步骤S412执行完成步骤S402至S403的工序转换，此工序转换同样可由时间程序控制，典型的时间是在10～20分钟之间。可以理解的是，根据清洗树脂的目的，也可以采用除反洗、正洗的结合以外的其他冲洗流程，这不应作为本发明的限制。

接着是套用液再生步骤S403，套用液是指前一次再生剩下的洗脱液，其中酸的含量高，镍的含量低，作为再生产品不符合要求，但可在下一次再生时重复利用。因此在本发明中，套用液被回收储存于套用液槽311。再生时，套用液阀321被打开，其中的套用液由管道进入交换器331中，套用液中的酸起到对树脂的再生作用，酸中的氢离子(H⁺)将树脂中的镍离子(Ni²⁺)交换下来，进入溶液中，而套用液中的原有的镍离子不发生反应依然留在溶液中，有利于提高再生洗脱液的镍离子浓度。洗脱液经洗脱液出料阀343进入洗脱液储存槽309中。在此过程中，由步骤S413进行转换点的控制。在一个实施例中，可由时间程序单独控制步骤S403的结束点，典型的时间设置是20分钟。在另一个实施例中，也可由交换器331出口管路上的pH值(由pH传感器304测得)来确定步骤S403的结束点，典型的pH设置点可在2.5～3.5之间选择，即当pH值由较高值降低至该pH设置点时，结束步骤S403。因为低于该pH值以后的洗脱液中酸的含量越来越高，而镍的含量越来越低。较佳地，是由上述时间程序和上述pH值设置点共同控制。若步骤S403到达设置时间，则切换到下一工序；或者若pH降低到上述设置点，则转化到下一工序，两种控制方式以先满足控制条件为准。

然后进行酸再生步骤S404，其中酸液阀322被打开，酸液槽312中新配的酸进入交换器331，对树脂进行比套用液再生步骤S403更为彻底的再生，并获得镍离子浓度高的再生洗脱液。洗脱液经洗脱液出料阀343进入洗脱液储存槽309中。酸再生步骤S404的结束点可由pH值控制(S414)，典型的pH设置点可在1～3.5的范围内选择。此后排出液中镍离子浓度开始下降，酸的浓度上升，当检测到pH值低于设置点时，可以将排出液经套用液回流阀341及相应的管道回流至套用液储存槽311，作为在下一次套用液再生步骤S403时套用(回用)，以节约再生成本和减少废水处理负荷。套用液回流的结束点可用时间程序控制。

之后，进入纯水洗步骤S405，打开纯水阀324，用纯水槽314中的纯水对交换器331中的树脂进行清洗，洗去树脂层内残余的酸。此步骤的结束点可由pH值控制(S415)，典型的pH控制点在4～5的范围内选择，即控制交换器出口的pH值恢复到在该范围4～5内的pH控制点。

随后，进入碱转型步骤S406，打开碱液阀323，使碱液(如NaOH)进入交换器331中，氢氧根离子与树脂上的氢离子中和生成水，而碱液中的金属阳离子(如Na⁺)则吸附于树脂，从而将交换器331的树脂由氢型转为钠型。

在此之后，再进行纯水洗步骤S407，用纯水对交换器331中的树脂进行清洗，洗去树脂层内残余的碱，其结束点由电导率控制(S417)，典型的控制范围50～100μS/cm，达到此范围后再生完成(S408)。进入洗脱液储存槽309的含有高浓度的镍离子的再生洗脱液作为生产镍产品的原料回收利用。

再生完成的交换器4可重新用于离子吸附回收镍离子。可将交换器4回运至镀镍生产场所，以再次进行吸附过程，如此反复。

再生过程中除洗脱液、套用液和回用的水之外，其他的水通过第二排放阀310排入废水处理系统。

因此，通过本发明的吸附与再生分离的镀镍废水回收方法，可以获得以下的有益效果：

1.吸附设备安装于生产线旁，直接从漂洗槽中抽取废水可以完全避免其他废水的污染，确保回收水和镍的品质。

2.吸附设备结构简单，操作极易，无专业知识要求，只需根据规则简单判别树脂饱和与否及更换交换器。电镀企业可以用最简化的工作获取最直接的节水和减污效益，而把复杂的再生过程交由集中再生的专业机构完成。

3.集中再生设备有利于汇集最优化的再生工艺和再生设备，由专业人员从事再生的操作，可以获得比传统设备更为良好的再生效果，更高的再生剂利用率和更低的再生成本。

4.集中再生可以用一套再生设备为数十套甚至更多吸附设备提供再生服务，大大提高设备利用率，显著降低设备的投资成本和运行成本。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种吸附与再生分离的镀镍废水回收方法，其特征在于包括：

提供至少一吸附设备于各镀镍生产场所，以进行镀镍废水中镍的吸附回收，各该吸附设备具有用以吸附镍的可拆卸的离子交换器；

将完成吸附过程的各离子交换器输送至一集中再生场所；

提供一集中再生设备，设于该集中再生场所，以对各离子交换器进行再生，其中该集中再生设备具有可拆卸式地连接各离子交换器的再生接头。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将完成再生过程的离子交换器输送至所述各镀镍生产场所，以再次进行吸附过程。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该吸附过程包括：使镀镍废水进入至少一该离子交换器进行离子交换吸附后，重新进入镀镍生产场所内的漂洗槽，其中根据至少其中一离子交换器的出水口的pH值判断该离子交换器是否饱和失效。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当该离子交换器的出水口的pH值落入pH区间4～7并保持一设定时间时，判断该离子交换器失效。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该吸附过程还包括根据进入离子交换器的镀镍废水的电导率来确定对该漂洗槽补充清水的时机。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该集中再生设备的再生过程包括：

冲洗步骤，使一反冲洗泵和一反冲洗阀开启，从该反冲洗泵和反冲洗阀所在的管路引入水，对要再生的离子交换器进行水冲洗；

套用液再生步骤，使设于该离子交换器进口端的一进料控制阀组中的一套用液阀开启以选择一路套用液流入该离子交换器进行离子交换再生，同时使设于离子交换器出口端的一出料控制阀组中的一洗脱液出料阀开启以使离子交换器的排出液流入一洗脱液储存槽中；

酸再生步骤，使该进料控制阀组中的一酸液阀开启以选择一路酸液流入该离子交换器进行离子交换再生，同时使该洗脱液出料阀开启以使离子交换器的排出液流入该洗脱液储存槽中；

第一纯水洗步骤，使该进料控制阀组中的一纯水阀开启以选择一路纯水流入该离子交换器进行水洗；

碱转型步骤，使该进料控制阀组中的一碱液阀开启以选择一路碱液流入该离子交换器进行中和转型；

第二纯水洗步骤，使该进料控制阀组中的该纯水阀开启以选择一路纯水流入该离子交换器进行水洗。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该套用液再生步骤的结束点是由时间单独控制、离子交换器出口的pH值单独控制或者由该时间和该pH值的结合来控制，其中当该套用液再生步骤的结束点是由该时间和该pH值的结合来控制时，则当该套用液再生步骤持续一设定时间和该离子交换器出口的pH值下降到该临界点中的一个条件满足时，结束该套用液再生步骤，且该pH值的临界点在2.5～3.5之间。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该酸再生步骤的结束点是由离子交换器出口的pH值来控制，该pH值的临界点在1～3.5之间。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该第一纯水洗步骤的结束点是由离子交换器出口的pH值来控制，该pH值的临界点在4～5之间。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该第二纯水洗步骤的结束点是由离子交换器出口的电导率控制，该电导率的临界点在50～100μS/cm之间。

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