CN101254476B - 离子交换再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子交换再生方法，通过一套自动循环的管路系统和相应的阀组，结合自动控制技术，使再生过程中的冲洗步骤、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自动运行。此外，通过对各步骤间的工序转换点进行综合pH、时间、电导率等参数的优化设计，可以提高再生效果和系统的运行效率，降低运行成本。

Description

离子交换再生方法 

技术领域

本发明涉及一种离子交换法的废水处理技术，尤其涉及一种离子交换再生方法。 

背景技术

在水处理技术中，常用离子交换树脂法处理电镀废水，其简略过程是，镀镍生产过程中镀件先在回收槽浸洗，然后在漂洗槽进行清洗。回收槽中含有较高浓度的从镀镍槽带出的镍离子，这些镍离子随镀件带入漂洗槽，漂洗槽中废水可被抽至一镀镍废水回收设备，镍离子被其中的离子交换树脂吸附回收，再将回收金属后的废水重新回用，作为清洗水。 

传统离子交换法回收镀镍废水设备同时具备吸附和再生两个功能，废水的吸附与再生在同一设备中完成。 

再生的过程至少涉及到6个工艺步骤的转换，和十多个阀门的切换，传统的再生过程主要通过操作人员的视觉观察、粗略的pH试纸测试或凭经验来控制工序转换和延续时间。这种方式很难获得满意的再生效果。再生过程的复杂性难以为缺乏训练的人员所能掌握，尤其是人员流动频繁的企业更是难以保持再生的基本效果。不理想的再生结果带来诸多问题，如再生洗脱液浓度过低而增加资源化成本、再生剂和用水消耗量提高而增加生产成本、再生不彻底影响下次使用效果等等。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种离子交换再生方法，其利用自动化的处理流程进行自动再生，并提升再生效果。 

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种离子交换再生方法，包括以下步骤：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。 

上述的离子交换再生方法中，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。此外，该pH值的临界点在2.5～3.5之间。 

上述的离子交换再生方法中，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。 

上述的离子交换再生方法中，还包括当检测到pH值低于该酸再生步骤的pH值的临界点时，使该出料控制阀组的一套用液回流阀开启以将离子交换器出口端的排出液回流至一套用液储存槽，以在下一次该套用液再生步骤时使用。 

上述的离子交换再生方法，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。 

上述的离子交换再生方法中，还包括在该碱转型步骤期间，使该出料控制阀组的一碱液回流阀开启，以使离子交换器出口端的排出液回流至一碱液槽。 

上述的离子交换再生方法中，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。 

上述的离子交换再生方法，该反冲洗泵和反冲洗阀、该进料控制阀组、以 及该出料控制阀组是由一控制装置控制。 

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、再生方法通过一套自动循环的管路系统和相应的阀组，结合自动控制技术，使再生过程自动化，设备操作简化。 

2、优化设计和控制离子交换再生过程中的工艺转换点，可以取得比传统再生设备更好的再生效果、更高的运行效率和更低的成本，最大程度地提高镀镍废水资源化效益。 

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是根据本发明的离子交换再生方法实施的离子交换再生系统结构示意图。 

图2是本发明的离子交换再生方法流程图。 

具体实施方式

请参照图1所示，根据本发明的离子交换再生方法而实施的系统包括：一套用以提供再生过程所需的各类再生剂的储存装置1、一组进料控制阀组2、一交换器组件3、一组出料控制阀组4、一洗脱液储存槽6、以及控制装置14。具体地说，再生剂储存装置1进一步分为套用液槽101、酸液槽102、碱液槽103以及纯水槽104，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102、碱液槽103以及纯水槽104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。然而酸液和碱液的种类、浓度均可依据实际需要而定，并不作为本发明的限制。此外，仍可根据需要设置其他的再生剂储存槽。再生剂储存装置1的各槽均具有一连接出口管路的出液口，进料控制阀组2包括进套用液阀21、进酸阀22、进碱阀23以及进纯水阀24，一一对应地与上述套用液槽101、酸液槽102、碱液槽103以及纯水槽104的出口管路连接。这些控制阀21～24受控于控制装置14，而选择其中一种溶液流向一进料泵10所在的管路。 

进料泵10之后依次是再生连接口11和交换器组件3。交换器组件3中设有待再生的饱和交换器31，其中含有可吸附镍的交换树脂。饱和交换器31在镀镍生产线旁运行的镀镍废水离子交换吸附单元经过使用后，其中的树脂被镍所饱和，替换下来的饱和交换器31送至本再生系统，先通过再生连接口11将饱和交换器31和本再生系统连接起来，连接的方式可以是单个交换器31与连接口11连接，也可在其后依次连接更多交换器。再生连接口11是一种简便装、卸的活接头，可以与饱和交换器接口完全匹配，快速完成两者的连接。饱和交换器31进口处连接第一排放阀32和排水口33。饱和交换器31出口处设置一第二排放阀5，并设有pH值传感器12和电导率传感器13。 

一自来水槽7的出口依次连接反冲洗泵8和反冲洗阀9，组成反冲装置，通过管路连接至饱和交换器31的出口处。 

出料控制阀组4连接在饱和交换器31的出口管路上，它是由套用液回流阀41、回用碱回流阀42、以及洗脱液出料阀43组成，其中套用液回流阀41通过管路连接至套用液槽101，回用碱回流阀42通过管路连接至碱液槽103，而洗脱液出料阀43通过管路连接一洗脱液储存槽6。 

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2和4，进料泵10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14作为本系统的核心，起到控制再生过程的作用，控制装置14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14通过信号线15连接pH值传感器12和电导率传感器13，通过控制线16连接到进料控制阀组2、出料控制阀组4、第二排放阀5、反冲洗泵8和反冲洗阀9。控制装置14可以接受从pH传感器12和电导率传感器13发出的信号，据此通过控制线16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1所示的系统说明本发明的再生方法的流程。 

在图2所示的再生方法流程中，步骤S201～S208表示基本的再生工艺流程，而步骤S211～S217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14来实施的。也就是说，控制装置14被配置(如编程)以实 现步骤S201～S208以及步骤S211～S217。参照图2所示，本发明的再生方法的一个实施例包括以下步骤： 

在步骤S201中，进行反洗，即反冲洗泵8和反冲洗阀9被控制装置14开启，而交换器组件3中的排放阀32也被开启，自来水由管道从交换器31的底部进入，逆流经过树脂层，将交换器31中的机械杂质由排水口33排出。步骤S211执行完成步骤S201至S202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14发出控制信号结束步骤S201。随后进入步骤S202，自来水从交换器31的上部进入，正向清洗树脂，以保证树脂处于清洁状态。步骤S212执行完成步骤S202至S203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S203，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101。再生时，套用液阀21被打开(其他阀门22～24仍关闭)，其中的套用液由管道进入交换器31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43进入洗脱液储存槽6中。在此过程中，由步骤S213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S203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31出口管路上的pH值(由pH传感器12测得)来确定步骤S203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S203。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，是由时间程序和pH值共同控制。若步骤S203到达设置时间，则切换到下一工序；或者若pH降低到设置点，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S204，其中酸液阀22被打开(而其他阀21、23、24 关闭)，新配的酸进入交换器31，对树脂进行比套用液再生步骤S203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43进入洗脱液储存槽6中。酸再生步骤S204的结束点可由pH值控制(S214)，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41及相应的管道回流至套用液储存槽101，作为在下一次套用液再生步骤S203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S205，打开纯水阀24(而其他阀21～23关闭)，用纯水槽104中的纯水对交换器31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(S215)，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S206，打开碱液阀23，使碱液(如NaOH)进入交换器31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31的树脂由氢型转为钠型。转型期间的排出液中含有未参与反应的碱，可以通过回用碱回流阀42返回碱液槽103回用。步骤S206的结束点由时间控制(S216)，典型的时间设定范围为20～30分钟。 

在此之后，再进行纯水洗步骤S207，用纯水对交换器31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(S217)，典型的控制范围50～100μS/cm，达到此范围后再生完成(S208)，交换器31可重新用于镍离子吸附回收。 

同时，进入洗脱液储存槽6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。 

再生过程中除洗脱液、回用套用和回用的水之外，其他的水通过自动排放阀5排入废水处理系统。 

因此，本发明的再生方法与传统的离子交换设备中的再生部分相比，其效果主要体现在： 

1、再生方法通过一套自动循环的管路系统和相应的阀组，结合自动控制 技术，使再生过程自动化，设备操作简化。 

2、优化设计和控制离子交换再生过程中的工艺转换点，可以取得比传统再生设备更好的再生效果、更高的运行效率和更低的成本，最大程度地提高镀镍废水资源化效益。 

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 (8)

1.一种离子交换再生方法，包括以下步骤：

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；该酸再生步骤的结束点是由通过在离子交换器出口的pH值传感器检测的pH值来控制，该pH值的临界点在1～3.5之间；

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，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。

2.如权利要求1所述的离子交换再生方法，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。

3.如权利要求2所述的离子交换再生方法，其特征在于，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值下降到该套用液再生步骤的pH值的临界点中的一个条件满足时，结束该套用液再生步骤。

4.如权利要求2或3所述的离子交换再生方法，其特征在于，该套用液再生步骤的pH值的临界点在2.5～3.5之间。 

5.如权利要求1所述的离子交换再生方法，其特征在于，还包括当检测到pH值低于该临界点时，使该出料控制阀组的一套用液回流阀开启以将离子交换器出口端的排出液回流至一套用液储存槽，以在下一次该套用液再生步骤时使用。

6.如权利要求1所述的离子交换再生方法，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。

7.如权利要求1所述的离子交换再生方法，其特征在于，还包括在该碱转型步骤期间，使该出料控制阀组的一碱液回流阀开启，以使离子交换器出口端的排出液回流至一碱液槽。

8.如权利要求1、5或7所述的离子交换再生方法，该反冲洗泵和反冲洗阀、该进料控制阀组、以及该出料控制阀组是由一控制装置控制。 

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