CN102583822A

CN102583822A - 一种去除提钒废水中重金属离子的方法

Info

Publication number: CN102583822A
Application number: CN2012100285026A
Authority: CN
Inventors: 杨春平; 罗圣熙; 何慧军; 曾光明; 骆其超; 罗锺兵; 郭俊元; 李长玲; 谢更新
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种去除提钒废水中重金属的离子交换方法。该方法是采用两种不同类型的大孔型离子螯合树脂联合吸附废水中的钒、铬及其他重金属离子，然后通过投加化学药剂使树脂解吸再生重复使用，树脂再生率可达95％以上。本发明的处理方法主要包括废水沉淀、树脂吸附、解析与再生等步骤。该工艺具有运行周期长、再生工艺简单、再生废液量小、处理效果好等特点。其特征在于，先采用D706树脂作为吸附介质吸附废水中的钒、铬重金属离子，然后采用D708树脂吸附废水中的其他重金属离子。

Description

一种去除提钒废水中重金属离子的方法

技术领域

本发明涉及一种利用离子交换处理提钒废水中重金属的清洁工艺，具体地说是采用两种不同的树脂联合吸附提钒废水中的钒、铬及其他重金属离子。

背景技术

钒是重要的钢铁工业和化工行业的原料之一，广泛用于冶金、化工等行业，是我国重要的化工产品。生产V₂O₅的废水中含有一定浓度的V⁵⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、As²⁺、Pb²⁺、Hg⁺，其对人体和水生动植物具有严重的毒害作用，且在环境中难以降解，是危害极大的污染源。钒的最高氧化态为V⁵⁺，由于钒(V⁵⁺)具有较大的电荷半径比，所以在水溶液中，钒以含氧酸根(VO^3-、VO₄ ^3-)等多种聚集状态存在，钒酸盐在溶液中的存在形式取决于溶液的酸度，在酸度较低的情况下，钒主要以VO^3-的形式存在。综上所述，沉钒废水中的重金属元素V⁵⁺和Cr⁶⁺绝大部分都以阴离子状态(VO^3-、Cr₂O₇ ^2-)存在，而其他大部分重金属在低酸度下以正离子形式存在，因此，采用阴、阳两种离子交换树脂净化含钒、铬及其他金属离子的废水是可行的。

离子交换树脂一种高分子量、不溶性、带可解离基团的多聚物，是最常见的离子交换剂，常用做离子交换层析介质。在树脂的结构上有很多活性基团，具有较强的反应活性。通常，将离子交换树脂制成球形，利用树脂的离子交换作用，来交换废水中的离子化的溶质，多用在回收和处理重金属的废水中。大孔型树脂是在聚合反应时加入致孔剂，形成多孔海绵状构造的骨架，再导入交换基团制成。其内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快，使用时的作用快、效率高，所需处理时间缩短，且耐溶胀，不易碎裂，耐氧化，耐磨损，耐热及温度变化，对有机大分子物质较易吸附和交换，因而抗污染力强，并较容易再生。大孔离子交换树脂的这些特性和优点决定了它作为一种继传统工艺后新型的废水处理方法，其研究具有非常重要的意义。

常见提钒废水中金属离子的处理方法有许多，传统的方法有硫酸亚铁-石灰法，该方法虽然处理水量大、设备简单，但废渣量多、处理效果不好；使用活性炭吸附法虽然处理效果较好，但设备造价昂贵且不易再生。本发明采用大孔型离子交换树脂D706和D708串联吸附，阴离子树脂D706可以有效的回收浸矿废水中的钒、铬，阳离子交换树脂D708除去废水中其他的重金属离子，其能耗低，工艺操作简单，能达到提钒尾液的有效处理，同时吸附过程中的树脂再生后基本上能够循环利用，有效节约了处理成本，具有工艺简单、处理效果好、维护方便、不产生二次污染等优点。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的相关弱点，提供一种提钒废水中重金属的处理方法，实现金属资源的回收利用和重金属的达标排放。

本发明的目的是这样来实现的，其方法步骤为：1)将浸钒出水于沉淀池内静置8～12h，待粗渣沉降；2)在室温条件下，调节提钒废水溶液pH为4.0～6.0，采用D706树脂作为吸附介质对提钒废水中的钒、铬离子进行吸附处理，得到吸附后的D706树脂和吸附后尾液；3)待吸附后液的钒、铬离子浓度低于0.1mg/L，出水进行下步处理：将废水通入D708树脂继续进行吸附其他的重金属离子，吸附后得到D708树脂和吸附后尾液，使尾液的金属离子浓度达到国家规定的相关企业的排放标准；4)树脂解析。在吸附完成后的两种树脂，通过投加不同的药剂使其解吸。向吸附饱和的D706树脂投加工业用盐NaCl，投加量以水中钒离子浓度为准，控制钒钠投加比2∶5～1∶3，并机械搅拌2～4h，同时把吸附饱和的D708树脂浸泡在4％～6％浓度的NaOH溶液中，浸泡时间为30～90min，并用机械搅拌，控制搅拌速率50～100r/min，得到解析后的D706和D708树脂，解析液回流使解析完全；5)树脂再生。解析后的D706和D708树脂，用清水冲洗数次后用3～4％浓度的H2SO4溶液再生30～90min，再用水冲洗至pH值为中性后返回吸附，再生效率可达95％以上。

本发明相比传统方法具有以下优势：

本发明针对现有提钒废水处理的技术难题，通过两种离子交换树脂相互串联，由大孔型阴离子交换树脂D706吸附浸矿水中的金属钒和铬，阳离子树脂D708吸附其他金属杂质，净化废水中的重金属离子，克服了传统石灰法工艺精度不高的缺陷；其次投加少量的化学药剂使树脂再生并重复使用，避免产生二次污染和资源浪费，经过上述步骤以达到重金属去除的目的。可见，本发明的工艺采用了离子交换的方法，同时吸附后的树脂经过再生可再次投入使用。该方法操作简单方便，反应快速，又能充分回收了金属资源，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是提钒废水中重金属处理的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过实施实例进行说明：湖南某提钒厂实际水样中，主要重金属离子的浓度见表1，该提钒废水呈弱碱性，pH值为6～9，废水中第一类污染物的V⁵⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、As²⁺、Cu²⁺含量较高，远远高于《污水综合排放标准》中第一类污染物最高允许排放浓度，具体指标见表2。

表1提钒尾液中的重金属成分

表2《污水综合排放标准》GB8978-1996一级排放标准

下面结合说明书附图对本发明作进—步说明：

按照本发明的操作工艺，如附图所示的提钒废水处理工艺流程，进行提钒废水的处理。其方法步骤如下：

1)两种树脂的预处理和转型

初次使用的树脂表面附有溶剂和少量的低聚合物，还含有少量的金属离子，所以在吸附前，需进行预处理和转型。预处理采用：去离子水冲洗数次，于体积量1～2倍去离子水浸泡12～24h，然后加入1～2mol/L的NaOH浸没2～4h，用去离子水清洗至酚酞指示剂无色，再加入1～2mol/L的HCI浸泡2～4h，去离子水冲洗至甲基橙指示剂变黄色，重复处理两次。最后D706树脂用1～2mol/L的NaOH溶液浸泡1～2h，使树脂转为OH型，再用去离子水洗至中性后备用；D708树脂用1～2mol/L的盐酸溶液浸泡1～2h，使树脂转为H型，再用去离子水洗至中性后备用。

2)D706树脂和D708树脂的联合吸附重金属离子

在室温条件下，控制提钒废水溶液pH为4.0，将废水先通过D706树脂进行吸附实验，吸附反应时间控制在90min，搅拌速率控制在150r/min；待废水中钒、铬离子浓度低于0.1mg/L，出水进行下步处理：将废水通入D708树脂吸附罐内，控制吸附反应时间为45mm，搅拌速率100r/min，处理完毕后得到吸附饱和的D706和D708两种树脂及吸附后的出水；

3)树脂解析。在吸附完成后的两种树脂，使其解吸。向吸附饱和的D706树脂内投加工业用盐NaCl，控制钒钠投加比为1∶3，并机械搅拌2h，待金属钒解析完全浓度达到后续工艺要求，继续提钒工艺；吸附饱和的D708树脂于浓度为4％NaOH溶液内浸泡30min，并用机械搅拌，控制搅拌速率100r/min得到解析后的D706和D708树脂，解析液回流使解析完全；

4)树脂再生。解析后的D706和D708树脂，用清水冲洗数次后用4％浓度的H2SO4溶液再生30min，再用水冲洗至pH值为中性后返回吸附，再生效率可达95％以上。

经过D706树脂和D708树脂串联吸附后，其重金属成分变化见表3。

表3提钒废水处理后的重金属成分

以沉钒废水的处理效果为例，由测量结果计算可知，D706树脂对钒的吸附容量达到124.7mg/g，钒的去除率为99.23％，对铬的吸附容量达到170.67mg/g，去除率为99.66％；D708树脂可有效地对汞、镉、铜等重金属选择吸附，实例中D708树脂对汞的吸附容量达到54.67mg/g，对镉的吸附容量达到202.67mg/g，对铜的吸附容量达到222.67mg/g，经过两种树脂吸附后的废水重金属去除率＞99％，满足国家规定的相关企业重金属排放的标准。

Claims

1.一种去除提钒废水中重金属的离子交换方法，其特征在于，采用两种不同类型的大孔型离子螯合树脂D706和D708作为吸附介质吸附废水中的钒、铬及其他重金属离子。

2.根据权利要求1所述的一种去除提钒废水中重金属的离子交换方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.经初步沉淀后的提钒废水，调节其pH为4.0～6.0，以D706树脂为吸附介质对废水中的钒、铬离子进行吸附处理，得到吸附后的D706树脂和吸附后尾液；

b.待吸附后液的钒、铬离子浓度低于0.1mg/L，将废水通过D708树脂以吸附其他的重金属离子，吸附后得到D708树脂和吸附后尾液，使尾液的金属离子浓度达到国家规定的相关企业的排放标准；

c.树脂解析与再生。向吸附饱和的D706树脂投加工业用盐NaCl，投加量以水中钒离子浓度为准，控制钒钠投加比2∶5～1∶3，并机械搅拌2～4h，同时把吸附饱和的D708树脂浸泡在4％～6％浓度的NaOH溶液中，浸泡时间为30～90min，并机械搅拌，控制搅拌速率50～100r/min，得到解析后的D706和D708树脂，解析液回流使解析完全；解析后的D706和D708树脂，用清水冲洗数次后用3～4％浓度的H2SO4溶液再生30～90min，再用水冲洗至pH值为中性后返回吸附，再生效率可达95％以上。

3.根据权利要求1所述的一种去除提钒废水中重金属的离子交换方法，其特征在于，D706为大孔型阴离子螯合树脂，D708为大孔型阳离子螯合树脂，其粒径均为20目左右，两种树脂使用前需经过预处理和转型。

4.根据权利要求3所述的一种去除提钒废水中重金属的离子交换方法，其特征在于，两种树脂预处理包括去离子水浸泡、NaOH液碱洗及HCI液酸洗；最后D706树脂用NaOH溶液转为OH型，D708树脂用盐酸溶液转为H型。