CN101863530A - 连续式含重金属离子尾水的深度处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了连续式含重金属离子的尾水深度处理系统及处理方法，属于尾水深度处理领域。该系统包括混合反应罐、再生罐，混合反应罐连接磁力沉降池，磁力沉降池分别连接重力式水力旋流器和再生罐，再生罐与清洗罐和纳滤系统分别连通。处理方法的步骤为：预处理、用磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的混合反应罐吸附、出水与吸附剂的分离、固液分离、树脂输送至再生罐、树脂再生、清洗和树脂脱附液处置。本发明第一次将弱酸型阳离子交换树脂和磁性阴离子交换树脂在同一个混合反应罐内混合处理重金属离子的尾水，可以在较短的时间同时去除尾水中重金属离子和天然有机酸，还可实现尾水高效治理与资源回收利用的统一。
Description
技术领域：
本发明涉及一种尾水深度处理设备及方法，更具体的说是一种连续式含重金属离子的尾水深度处理系统及处理方法。
背景技术：
某些行业（电镀、电子等）废水经过预处理后，尾水中不仅含有水溶性天然有机酸，还含有重金属离子，如果不经深度处理直接排放到环境中会带来严重的环境问题。
目前对水中溶解性天然有机酸的去除方法主要有混凝法、离子交换与吸附法以及膜滤法，而对重金属离子去除的方法主要有化学沉淀法、电解法和活性炭吸附法，这些方法在应用过程中存在以下问题：
1）传统混凝法对水溶性天然有机酸的去除率较低，很难去除高水溶性和亲水性小分子有机酸；膜滤法对有机质有很好的去除效果，但尾水中二价金属离子很容易与有机酸络合导致膜污染，降低膜的通透量；传统的阴离子交换树脂对水中溶解性有机酸有很好的去除效果，但是所采用的吸附柱式操作工艺不仅动力消耗大、设备和基建费用高、处理速度慢，同时也无法去除重金属离子。
2）化学沉淀法对重金属离子有一定的去除效果，但是产生的泥渣会带来一系列的后续处理问题，且化学沉淀法不适用于低浓度重金属离子的去除；电解法则存在着操作复杂，能耗大的缺陷，且无法同时去除水中天然有机酸；而活性炭吸附法则存在着吸附容量低，吸附速率慢，且吸附剂不易再生的缺陷。
发明内容：
发明要解决的技术问题：针对现有技术处理含有水溶性天然有机酸和重金属离子废水存在的问题，本发明提供连续式含重金属离子的尾水深度处理系统及处理方法，可实现不同吸附剂在同一个混合反应罐内对尾水中天然有机酸和重金属离子进行快速吸附，采用连续进水/出水的运行模式，不仅可以极大的提高尾水的处理效率，还可以降低设备的投资和运行成本。从而实现尾水高效治理与资源回收利用的统一。
技术方案
本发明的原理：将含重金属离子的尾水与弱酸型阳离子交换树脂和磁性阴离子交换树脂在同一个混合反应罐内搅拌，可以在较短的时间同时去除尾水中重金属离子和天然有机酸；运行过程中利用磁力沉降池分离连续出水中吸附饱和的磁性阴离子交换树脂，利用重力式水力旋流器分离连续出水中吸附饱和的弱酸型阳离子交换树脂；分离后的两种树脂输送到不同的再生罐中快速再生，经过清洗后重新返回到混合反应罐进行工作；而弱酸型阳离子交换树脂的脱附液经过纳滤、减压蒸馏回收重金属离子盐，磁性阴离子交换树脂的脱附液经过纳滤、减压蒸馏回收天然有机酸钠。
本发明的技术方案如下：
连续式含重金属离子尾水的深度处理系统，包括混合反应罐、再生罐，混合反应罐连接磁力沉降池，磁力沉降池分别连接重力式水力旋流器和再生罐，再生罐与清洗罐和纳滤系统分别连通。
上述的混合反应罐中装填有磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂。再生罐有磁性阴离子交换树脂再生罐和弱酸性阳离子交换树脂再生罐，各自连接独立的纳滤系统。
所述的磁性阴离子交换树脂是澳大利亚奥利卡公司产的MIEX或者是MD-201树脂，优先选择MD-201树脂（专利申请号201010017687.1，一种磁性丙烯酸系强碱阴离子交换微球树脂及其制备方法，申请人：南京大学，申请日2010年1月12日）；弱酸型阳离子交换树脂为D113树脂。
采用的磁力沉降池为底部装有磁铁的沉降池，可以分离磁性阴离子交换树脂。
连续式含重金属离子尾水的深度处理方法，其步骤为：
步骤1.预处理：用0.45um的滤膜对尾水进行初滤；
步骤2.吸附：室温下，将含有重金属离子和天然有机酸的水样通过装有磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的混合反应罐，反应罐内置搅拌器,采用连续进水/连续出水的运行模式，每小时进水量/出水量控制在1.5-2.0个V 反应罐 ；
步骤3.出水与吸附剂的分离：步骤2中出水携带着部分磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂进入磁力沉降池，磁性阴离子交换树脂受磁力作用快速沉降到池底；
步骤4.而弱酸性阳离子交换树脂则随水流惯性进入重力式水力旋流器进行固液分离，出水由重力式水力旋流器上端出口溢出；而磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂则通过蠕动泵输送至再生罐；
步骤5.磁性阴离子交换树脂再生：室温下，将步骤3中的磁性阴离子交换树脂在再生罐中用重量百分比为15-30%的NaCl溶液再生，再生罐内置搅拌器，间歇式搅，沉降在罐底的磁性阴离子交换树脂经蠕动泵输送至清洗罐；
步骤6.弱酸型阳离子交换树脂再生：室温下，将步骤4中的弱酸型阳离子交换树脂在再生罐中重量百分比为1-5%的HCl溶液再生，再生罐内置搅拌器间歇式搅拌，沉降在罐底的弱酸型阳离子交换树脂经蠕动泵输送至清洗罐；
步骤7.清洗：用清水对清洗罐中的磁性阴离子交换树脂和弱酸型阳离子交换树脂进行清洗，清洗罐内置搅拌器进行间歇式搅拌，沉降在罐底的磁性阴离子交换树脂和人造沸石经蠕动泵输送至混合反应罐中；
步骤8.磁性阴离子交换树脂脱附液处置：磁性阴离子交换树脂脱附液经纳滤系统处理，纳滤浓缩液经减压蒸馏后回收天然有机酸钠，纳滤出水回流到再生液配制槽，用于NaCl溶液的配制；
步骤9.弱酸型阳离子交换树脂脱附液处置：弱酸型阳离子交换树脂脱附液经纳滤系统，纳滤浓缩液经减压蒸馏、结晶后回收重金属盐，纳滤出水回流到再生液配制槽，用于配制HCl溶液。
步骤7中产生的清洗液部分回流到再生液配制槽，用于配制再生液。
有益效果：本发明相比现有技术，第一次将弱酸型阳离子交换树脂和磁性阴离子交换树脂在同一个混合反应罐内混合处理重金属离子的尾水，可以在较短的时间同时去除尾水中重金属离子和天然有机酸。具体体现为：1）可以同时去除尾水中氨氮和水溶性有机酸，即分离回收废水中90%以上的天然有机酸、80%以上的氨氮；2）采用全混式反应器，处理速率快，实现了连续进水出水；3）设备投资少，运行费用低；4）在水中污染物去除的同时，实现尾水中氨氮与天然有机酸的资源化回收。
经过处理，尾水CODCr从150mg/L左右降至30mg/L以下，氨氮从20mg/L左右降至4mg/L以下。在对尾水进行有效净化的同时，该方法还可制得天然有机酸氨（主要是腐殖酸氨类）用于植物肥料，从而实现尾水高效治理与资源回收利用的统一。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明处理方法的流程示意图。
具体实施方式
以下实施例中尾水含有水溶性天然有机酸和重金属离子，来源于电镀行业。其中CODCr为150mg/L，pH为6.3，铜离子浓度为15.4mg/L。反应罐内中V 反应罐 :V 弱酸性阳离子交互树脂 :V 磁性阴离子交换树脂 =50～100:1:1,采用连续进水/连续出水的运行模式，每小时进水量/出水量控制在1.5-2.0个V 反应罐 。
下面实施例所使用的连续式含重金属离子尾水的深度处理系统，包括混合反应罐1、再生罐6和7，混合反应罐连接磁力沉降池4，磁力沉降池分别连接重力式水力旋流器5和再生罐，再生罐与清洗罐8和纳滤系统9分别连通。
实施例1：
（1）预处理：用滤膜对尾水进行初滤；
（2）将100mL磁性阴离子交换树脂MD201与100mL弱酸型阳离子交换树脂D113装入混合反应罐1中（混合反应罐直径0.2米，高0.3米），内置搅拌器搅拌速率为120r/min，室温下尾水以5000mL/h的流量连续进水/出水，先后通过流量控制阀2和蠕动泵3；
（3）混合反应罐1中出水携带着部分磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂进入磁力沉降池4，磁性阴离子交换树脂受磁力作用快速沉降到池底；
（4）弱酸性阳离子交换树脂则随水流惯性进入重力式水力旋流器5进行固液分离，出水由重力式水力旋流器5上端出口溢出；而磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂则通过蠕动泵输送至各自的再生罐；
（5）以80mL/h的流量将磁力沉降池底的磁性阴离子交换树脂输送至磁性阴离子交换树脂再生罐6中（再生罐直径0.15米，高0.15米），运行20min，间歇10min；吹水口出水CODCr降至28mg/L；
（6）以20mL/h的流量将重力式水力旋流器底部的弱酸型阳离子交换树脂输送至弱酸型阳离子交换树脂再生罐7中（再生罐直径0.15米，高0.15米），运行20min，间歇10min；出水口出水铜离子浓度降至0.003mg/L；
（7）用重量百分比为20%的NaCl溶液对再生罐中的磁性阴离子交换树脂进行再生，以120r/min搅拌20min，静置10min后，沉降的磁性阴离交换树脂经蠕动泵输送至清洗罐8中；再生液进入纳滤系统9（纳滤膜压力40Ba），纳滤出水回流入再生液配制槽10，纳滤浓缩液经减压蒸馏制取天然有机酸钠；
（8）用重量百分比为2%的HCl溶液对再生罐中的弱酸型阳离子交换树脂进行再生，以120r/min搅拌20min，静置10min后，沉降的弱酸型阳离子交换树脂经蠕动泵输送至清洗罐中；再生液进入纳滤系统（纳滤膜压力40Ba），纳滤出水回流入再生液配制槽，纳滤浓缩液经减压蒸馏器12制取重金属盐；
（9）用清水对清洗罐中的人造沸石、磁性阴离子交换树脂进行清洗，以120r/min搅拌20min，静置10min后，清洗后的树脂恢复吸附能力，经蠕动泵输送至混合反应罐中；清洗液经可回用于通过三通11进入再生液配制槽10。
实施例2：
其它操作条件不变，但将步骤（2）的尾水进水/出水流量调至7500mL/h，除吸附出水CODCr升至32mg/L、铜离子升至0.014mg/L外，其它结果与实施例1相同。
实施例3：
步骤同实施例1，但将步骤（7）中的脱附剂改为重量百分比浓度为15%NaCl溶液，步骤（8）脱附剂改为重量百分比为1%的HCl，其它操作条件不变，其实施结果与实施例1基本相同。
实施例4：
步骤同实施例1，但将步骤（2）中的MD-201树脂改为MIEX树脂，其它操作条件不变，除吸附出水CODCr降至24mg/L外，其实施结果与实施例1基本相同。
实施例5：
步骤同实施例1，但进水尾水中CODcr为185mg/L，镍为9.8mg/L，其它操作条件不变，吸附出水CODCr为34mg/L、镍离子为0.007mg/L。
实施例6：
步骤同实施例1，但进水尾水中CODcr为127mg/L，铅为11.3mg/L，其它操作条件不变，吸附出水CODCr为17mg/L、铅离子为0.084mg/L。
实施例7：
步骤同实施例1，但将步骤（7）中的脱附剂改为重量百分比浓度为30%NaCl溶液，步骤（8）脱附剂改为重量百分比为5%的HCl，其它操作条件不变，其实施结果与实施例1基本相同。
Claims (7)
1.一种连续式含重金属离子尾水的深度处理系统，包括混合反应罐、再生罐，其特征在于混合反应罐连接磁力沉降池，磁力沉降池分别连接重力式水力旋流器和再生罐，再生罐与清洗罐和纳滤系统分别连通。
2.根据权利要求1所述的连续式含重金属离子尾水的深度处理系统，其特征在于混合反应罐中装填有磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂。
3.根据权利要求1或2所述的连续式含重金属离子尾水的深度处理系统，其特征在于有磁性阴离子交换树脂再生罐和弱酸性阳离子交换树脂再生罐。
4.根据权利要求1或2所述的连续式含重金属离子尾水的深度处理系统，其特征在于磁性阴离子交换树脂为澳大利亚奥利卡公司产的MIEX或者MD-201树脂，弱酸型阳离子交换树脂为D113树脂。
5.一种连续式含重金属离子尾水的深度处理方法，其步骤为：
步骤1.预处理：用滤膜对尾水进行初滤；
步骤2.吸附：室温下，将含有重金属离子和天然有机酸的水样通过装有磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂的混合反应罐，反应罐内置搅拌器,采用连续进水/连续出水的运行模式；
步骤3.出水与吸附剂的分离：步骤2中出水携带着部分磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂进入磁力沉降池，磁性阴离子交换树脂受磁力作用快速沉降到池底；
步骤4.而弱酸性阳离子交换树脂则随水流惯性进入重力式水力旋流器进行固液分离，出水由重力式水力旋流器上端出口溢出；而磁性阴离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂则通过蠕动泵输送至再生罐；
步骤5.磁性阴离子交换树脂再生：室温下，将步骤3中的磁性阴离子交换树脂在再生罐中用重量百分比为15-30%的NaCl溶液再生，再生罐内置搅拌器，间歇式搅，沉降在罐底的磁性阴离子交换树脂经蠕动泵输送至清洗罐；
步骤6.弱酸型阳离子交换树脂再生：室温下，将步骤4中的弱酸型阳离子交换树脂在再生罐中重量百分比为1-5%的HCl溶液再生，再生罐内置搅拌器间歇式搅拌，沉降在罐底的弱酸型阳离子交换树脂经蠕动泵输送至清洗罐；
步骤7.清洗：用清水对清洗罐中的磁性阴离子交换树脂和弱酸型阳离子交换树脂进行清洗，清洗罐内置搅拌器进行间歇式搅拌，沉降在罐底的磁性阴离子交换树脂和人造沸石经蠕动泵输送至混合反应罐中；
步骤8.磁性阴离子交换树脂脱附液处置：磁性阴离子交换树脂脱附液经纳滤系统处理，纳滤浓缩液经减压蒸馏后回收天然有机酸钠，纳滤出水回流到再生液配制槽，用于NaCl溶液的配制；
步骤9.弱酸型阳离子交换树脂脱附液处置：弱酸型阳离子交换树脂脱附液经纳滤系统，纳滤浓缩液经减压蒸馏、结晶后回收重金属盐，纳滤出水回流到再生液配制槽，用于配制HCl溶液。
6.根据权利要求5所述的连续式含重金属离子尾水的深度处理方法，其特征在于步骤2中反应罐内每小时进水量/出水量控制在1.5-2.0个V 反应罐 。
7.根据权利要求5所述的连续式含重金属离子尾水的深度处理方法，其特征在于步骤7中产生的清洗液部分回流到再生液配制槽，用于配制再生液。
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