CN104418446A - 低浓度含铅废水的处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低浓度含铅废水的处理方法和设备，用于处理铅浓度低于10mg/L的含铅废水。该方法包括以下步骤：a.在pH值小于3的酸性条件下对该含铅废水进行离子交换，使含铅废水中的铅浓度小于或等于0.1mg/L，其中离子交换树脂为强酸苯乙烯系阳离子交换树脂；b.对该离子交换树脂进行再生，获得再生液；c.如果该再生液中含有除铅以外的杂质金属离子，则对该再生液进行离子交换，使用具有选择性吸附性能的离子交换树脂选择性吸附该杂质金属离子，然后进入步骤d；如果该再生液中不含有除铅以外的杂质金属离子，直接进入步骤d；以及d.调节该再生液的pH值至使该再生液中的铅完全沉淀，得到纯净的含铅污泥。

Description

低浓度含铅废水的处理方法和设备

技术领域

本发明涉及废水处理技术，尤其是涉及低浓度含铅废水的处理方法和设备。

背景技术

铅在现代工农业生产中使用广泛，在蓄电池、油漆、印刷、颜料等行业都需要使用铅元素。铅又是一种分布广、有蓄积性的环境污染物，含铅废水的大量排放将直接造成土壤、大气及水体的污染。随着中国环保标准及执法力度的提升，需要将含铅废水中的铅浓度降低到排放允许的0.1mg/L的浓度。

目前广泛使用的是处理方法是沉淀法去除水中的铅，这又可分为物理沉淀和化学沉淀。物理沉淀是向含铅废水中投加混凝剂或重金属捕集剂，形成与废水中杂质粒子带相仿电荷的胶体，靠重力沉降予以分离。化学沉淀有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和碳酸盐沉淀法，通过添加石灰、烧碱、硫化盐、纯碱以及磷酸盐等将铅沉淀，其中氢氧化物沉淀法应用较多。理论上，含铅废水pH值调节至9.2-9.5时，处理排水中含铅量浓度可降低至0.01-0.03mg/L。但由于废水中组分复杂，铅常与废水中的某些有机物形成络合物，化学沉淀法无法有效地将废水中铅浓度降低至目前国家标准规定的0.1mg/L以下。并且铅沉淀的过程使用大量的酸碱，废水盐度升高，不利于处理后的水回用。此外，化学沉淀使水中的金属离子一同沉淀，含铅化学污泥属于危险固体废弃物，未经处理会对环境造成二次污染，对人体及动植物造成毒害作用。但另一方面，含铅污泥提纯铅的过程需要大量的氨水或浓硫酸，工艺复杂，经济价值不高。

另一种常用方法为吸附法，利用比表面积大、微孔含量丰富的多孔吸附质如膨润土、沸石、活性炭甚至活性污泥等对废水进行吸附处理。该方法除铅效率与吸附质的吸附利用率成反比，即较好的除铅效率会降低吸附质的利用率。在较好的除铅效率下，虽然废水可以得到较好的净化，但吸附铅的吸附质需要妥善的处置，防止吸附的铅发生脱附，造成二次污染。总体来说，吸附法虽然将铅从废水中去除，但是不能使铅资源化利用，也不能使铅改变形态，是一种使污染转移的方法。

离子交换法是利用离子交换剂自身所携带的自由移动离子与处理溶液中离子进行交换来实现的，推动离子交换的动力是离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力。目前，用离子交换法去除铅的工程案例和科学研究均不多见，原因在于大部分离子交换树脂只对特定浓度范围内的铅具有较好的吸附性能，浓度较高和浓度较低时出水的铅浓度均无法达到国家标准规定的0.1mg/L。废水中的钙镁离子及其他金属离子杂质也会被树脂吸附，影响树脂与铅的交换容量，不当的应用很难使水中铅得到良好的去除。另外，失效树脂再生后的铅溶液仍需再次处理，因此离子交换树脂的应用受到了一定的限制。

电解法是指应用电解的基本原理，使废水中铅离子通过电解过程在阳-阴两极上分别发生氧化和还原反应而富集。电解法是氧化还原、分解、沉淀综合在一起的废水处理方法。铅电解最常用于粗铅精炼精铅，方法工艺成熟，设备占地面积小，能回收纯金属。但铅电解对含铅废水的电解电流效率低，耗电量大，废水处理量小。

电渗析技术是一项传统的水处理技术，电渗析设备良好的脱盐性能脱去含铅废水中的绝大部分盐分，使废水处理后能变成回用到配酸工艺用的纯水，虽然该方法可以达到处理含铅废水和水回用的目的，但是工艺流程复杂，步骤繁琐，势必造成占地面积大，管理复杂等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低浓度含铅废水的处理方法和设备，可在较低的成本和较小的占地面积下，实现铅的回收。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种低浓度含铅废水的处理方法，用于处理铅浓度低于10mg/L的含铅废水，该方法包括以下步骤：

a.在pH值小于3的酸性条件下对该含铅废水进行离子交换，使含铅废水中的铅浓度小于或等于0.1mg/L，其中离子交换树脂为强酸苯乙烯系阳离子交换树脂；

b.对该离子交换树脂进行再生，获得再生液；

c.如果该再生液中含有除铅以外的杂质金属离子，则对该再生液进行离子交换，使用具有选择性吸附性能的离子交换树脂选择性吸附该杂质金属离子，然后进入步骤d；如果该再生液中不含有除铅以外的杂质金属离子，直接进入步骤d；以及

d.调节该再生液的pH值至使该再生液中的铅完全沉淀，得到纯净的含铅污泥。

在本发明的一实施例中，在步骤a之前还包括：将该含铅废水的pH值调节至3左右。

在本发明的一实施例中，在步骤a之后还包括：a1.将经过离子交换后的含铅废水进行反渗透处理，获得回用水。

在本发明的一实施例中，步骤a1还包括将反渗透处理的浓水回流，与该含铅废水一起进行离子交换。

在本发明的一实施例中，步骤d还包括：将去除铅沉淀的再生液回流，与该含铅废水一起进行离子交换。

本发明还提出一种低浓度含铅废水的处理设备，用于处理铅浓度低于10mg/L的含铅废水，该设备包括：第一离子交换装置，输入该含铅废水，并在pH值小于3的酸性条件下对该含铅废水进行离子交换，使该含铅废水中的铅浓度小于或等于0.1mg/L，并且该第一离子交换装置输入酸液对饱和的离子交换树脂进行再生，获得再生液，其中该离子交换树脂为强酸苯乙烯系阳离子交换树脂；第二离子交换装置，输入该再生液，对该再生液进行离子交换，该第二离子交换装置中填充具有选择性吸附性能的离子交换树脂以选择性吸附该再生液中除铅以外的杂质金属离子；以及第一化学沉淀槽，输入该再生液，调节该再生液的pH值至使再生液中的铅完全沉淀，得到纯净的含铅污泥。

在本发明的一实施例中，处理设备还包括pH调节池，连接在该第一离子交换装置之前，将该含铅废水的pH值调节至3左右。

在本发明的一实施例中，处理设备还包括反渗透装置，连接在第一离子交换装置之后，将经过离子交换的含铅废水进行反渗透处理，获得回用水。

在本发明的一实施例中，该反渗透装置还将反渗透处理的浓水回流至该第一离子交换装置，与该含铅废水一起进行离子交换。

在本发明的一实施例中，该第一化学沉淀槽还将去除铅沉淀的再生液回流至该第一离子交换装置，与该含铅废水一起进行离子交换。

与现有的离子交换技术相比，本发明通过树脂的选择优化，可以将出水中铅浓度降低至0.1mg/L以下。另外，现有的离子交换技术常采用弱酸性至中性进水，杂质容易发生沉淀并在树脂柱中沉积污染树脂，且调节pH值过程中使用大量的酸碱，不利于废水的回收利用，本发明在酸性条件下进水，避免了pH值调节，节约酸碱药剂的成本，同时避免了树脂的污染。

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示出本发明一实施例的含铅废水的处理设备的结构图。

图2示出本发明一实施例的含铅废水的处理方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例将描述含铅废水的处理方法和设备，这一技术是基于离子交换法。尽管存在一次投资较大、再生困难的缺点，但离子交换法已经是处理水量大、浓度低的各种工业废水的最佳方法之一。离子交换法已经成功用于处理含镍废水、含铬废水等各种含重金属废水。

离子交换法尽管也能吸附用于铅，但是对该方法研究的现状表明，各种类型的离子交换树脂，例如强酸、弱酸和螯合树脂只对特定浓度范围内的铅具有较好的吸附性能。在浓度较高和浓度较低时，离子交换法的出水铅浓度均无法达到国标规定的0.1mg/L。将离子交换法与其它方法组合以进一步去除铅，使其浓度达到国标规定的0.1mg/L固然是可行的方法，但是这毕竟使得工艺更为复杂。

本发明的实施例期望对离子交换法进行改进，使之可以直接将含铅废水的铅含量降低到国标规定的0.1mg/L。

图1示出本发明一实施例的含铅废水回收设备的结构图。参考图1所示，含铅废水回收设备100主要包括废水调节池101、pH调节池102、第一离子交换装置103、第一酸储罐104、中间池105、第二酸储罐106、反冲洗水池107、反渗透装置108、第二离子交换装置109、再生水化学沉淀槽110、以及含铅废水化学沉淀槽111。废水调节池101、pH调节池102、第一离子交换装置103为依次连接。第一酸储罐104通过含有泵112的管路连接第一离子交换装置103的输入端。pH调节池102通过含有泵113的管路连接第一离子交换装置103的输入端。

第一离子交换装置103包含再生液输出端和废水输出端。废水输出端连接中间池105，中间池105后连接反渗透装置108。再生液输出端连接反冲洗水池107，反冲洗水池107后连接第二离子交换装置109。反渗透装置108包含浓水输出端和回用水输出端，其中浓水输出端连接第一离子交换装置103的输入端。第二酸储罐106通过含有泵114的管路连接第二离子交换装置109的输入端。反冲洗水池107通过含有泵115的管路连接第二离子交换装置109的输入端。第二离子交换装置109包含再生液输出端和废水输出端。废水输出端连接含铅废水化学沉淀槽111，再生液输出端连接再生水化学沉淀槽110。含铅废水化学沉淀槽111和再生水化学沉淀槽110的输出端连接废水调节池101的输入端。

废水调节池101可以储存待处理的废水，并输送给pH调节池102。在pH调节池102，可以加酸调节pH值至强酸性，以满足离子交换所需的条件。

第一离子交换装置103可输入含铅废水，并在强酸性条件下对含铅废水进行离子交换。

如前所述，大部分离子交换树脂只对特定浓度范围内的铅具有较好的吸附性能，而在浓度较高和浓度较低时，离子交换法的出水铅浓度均无法达到国标规定的0.1mg/L。然而本申请的发明人经过对各种离子交换树脂进行筛选后发现，对于低浓度（铅浓度低于10mg/L）的含铅废水而言，在特定的pH值条件下，部分离子交换树脂表现出良好的吸附性能，可以将含铅废水中的铅浓度下降到小于或等于0.1mg/L的程度。

例如，实验证明，在进水铅浓度5.92mg/L时，选用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，并保持pH值＜3的强酸性条件，在树脂体积为25ml时，过滤10L后，出水中铅浓度为0.05mg/L，小于0.1mg/L的国家标准。

因此在本实施例中，第一离子交换装置103填充强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，在pH值小于3的强酸性条件下，对铅浓度低于10mg/L的含铅废水进行离子交换，使含铅废水中的铅浓度小于或等于0.1mg/L。

在强酸性条件下进行离子交换的额外好处是，无需添加碱液调节废水至中性，因此可以减小水溶液中的含盐量。

在离子交换树脂饱和后，第一离子交换装置103可以通过泵112从第一酸储罐104输入酸液对饱和的离子交换树脂进行再生，获得再生液。再生液进入反冲洗水池107。再生后的树脂经过清洗后可重复进行利用。

经过离子交换后的废水收集于中间池105，这些废水中的铅浓度已经小于或等于0.1mg/L，因此只需再通过已有的净化方法去除其余杂质即可回用。例如，可以使用反渗透装置108进行进一步的处理，产生的电导率小于50μs/cm的回用水，直接回用于生产。较佳地，反渗透装置108的浓水可以回流至第一离子交换装置103再进行处理。

另一方面，进入反冲洗水池107的再生液通常为含有铅、铁、钙、镁等杂质的混合溶液。这两种情况下，可以用不同流程处理。通常，再生液通过泵115注入第二离子交换装置109进行杂质分离。第二离子交换装置109可以填充具有选择性吸附作用的离子交换树脂，以吸附除铅以外的杂质金属离子。

例如，铅酸蓄电池厂生产用水为反渗透处理后电导率小于10μS/cm的纯水，废水中钙、镁离子含量较低，主要污染物为铁离子。在盐酸体系下，含铁、铅的溶液经过具有选择性吸附作用的离子交换树脂后，水中铁离子浓度可降低至1mg/L以下。

经过离子交换净化后的再生液（为第一离子交换装置103的再生液）为含铅废水，其流入含铅废水化学沉淀槽111。在含铅废水化学沉淀槽111中，可以通过添加诸如NaOH等碱液，以调节pH值至废水中铅沉淀完全，得到纯净的含铅污泥，可直接回收利用。

较佳地，含铅废水化学沉淀槽111的上清液可作为废水回流至废水调节池101以进一步处理。

第二离子交换装置109中的离子交换树脂吸附饱和后，可以通过泵114吸取第二酸储罐106中的酸液进行再生，再生水为含有杂质金属离子的溶液，其进入再生水化学沉淀槽110。

在再生水化学沉淀槽110，经过调节pH和沉淀后，沉淀物作为废弃物外运，上清液可作为废水回流至废水调节池101以进一步处理。

在某些情况下，再生液中的金属离子可能只有铅，而不包含铁、钙、镁等杂质金属离子。此时，可以通过绕过第二离子交换装置109的管路和阀门控制，使再生液直接进入含铅废水化学沉淀槽111进行沉淀。或者，第二离子交换装置109可以直接被省略。

图2示出本发明一实施例的含铅废水的处理方法的流程图。参照图2所示，归纳而言，本发明一实施例的含铅废水的处理方法，包括以下步骤：

步骤201，在pH值小于3的酸性条件下对含铅废水进行离子交换，使含铅废水中的铅浓度小于或等于0.1mg/L，其中离子交换树脂为强酸苯乙烯系阳离子交换树脂；

步骤202，对离子交换树脂进行再生，获得再生液；

步骤204，如果再生液中含有除铅以外的杂质金属离子，则在pH值小于3的酸性条件下对再生液进行离子交换，使用具有选择性吸附性能的离子交换树脂选择性吸附杂质金属离子，然后进入步骤205；如果再生液中不含有除铅以外的杂质金属离子，直接进入步骤205；

步骤205，调节再生液的pH值至使再生液中的铅完全沉淀，得到纯净的含铅污泥。

在步骤201之前还可包括可选步骤200，将含铅废水的pH值调节至3左右。

在步骤201之后还可包括可选步骤203，将经过离子交换后的含铅废水进行反渗透处理，获得纯净水。

在步骤203中，可包括将反渗透处理的浓水回流，与含铅废水一起进行离子交换。

在步骤205中，可包括将去除铅沉淀的再生液回流，与含铅废水一起进行离子交换。

与现有的离子交换技术相比，本发明的实施例通过树脂的选择优化，可以将出水中铅浓度降低至0.1mg/L以下。另外，现有的离子交换技术常采用弱酸性至中性进水，杂质容易发生沉淀并在树脂柱中沉积污染树脂，且调节pH值过程中使用大量的酸碱，不利于废水的回收利用，本发明的实施例在酸性条件下进水，避免了pH值调节，节约酸碱药剂的成本，同时避免了树脂的污染。

与现有的化学沉淀法相比，本发明的实施例无需添加铁离子混凝剂即可良好沉淀，产生的铅泥可直接回收利用，省略污泥处置环节。并且，通过离子交换树脂对铅的富集作用，大大减少沉淀步骤的水量，缩小沉淀池的尺寸至原有尺寸的十分之一，节省占地面积和一次性投资。

另外，与现有的吸附法相比，本发明的实施例具有可直接回收利用铅泥的优势。与现有的电解法相比，本发明的实施例具有废水处理量大的优势。与现有的电渗析法相比，本发明的实施例具有工艺简单、占地面积小的优势。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种低浓度含铅废水的处理方法，用于处理铅浓度低于10mg/L的含铅废水，该方法包括以下步骤：

a.在pH值小于3的酸性条件下对该含铅废水进行离子交换，使含铅废水中的铅浓度小于或等于0.1mg/L，其中离子交换树脂为强酸苯乙烯系阳离子交换树脂；

b.对该离子交换树脂进行再生，获得再生液；

c.如果该再生液中含有除铅以外的杂质金属离子，则对该再生液进行离子交换，使用具有选择性吸附性能的离子交换树脂选择性吸附该杂质金属离子，然后进入步骤d；如果该再生液中不含有除铅以外的杂质金属离子，直接进入步骤d；以及

d.调节该再生液的pH值至使该再生液中的铅完全沉淀，得到纯净的含铅污泥。

2.如权利要求1所述的低浓度含铅废水的处理方法，其特征在于，在步骤a之前还包括：将该含铅废水的pH值调节至3左右。

3.如权利要求1所述的低浓度含铅废水的处理方法，其特征在于，在步骤a之后还包括：

a1.将经过离子交换后的含铅废水进行反渗透处理，获得回用水。

4.如权利要求3所述的低浓度含铅废水的处理方法，其特征在于，步骤a1还包括将反渗透处理的浓水回流，与该含铅废水一起进行离子交换。

5.如权利要求1所述的低浓度含铅废水的处理方法，其特征在于，步骤d还包括：将去除铅沉淀的再生液回流，与该含铅废水一起进行离子交换。

6.一种低浓度含铅废水的处理设备，用于处理铅浓度低于10mg/L的含铅废水，该设备包括：

第一离子交换装置，输入该含铅废水，并在pH值小于3的酸性条件下对该含铅废水进行离子交换，使该含铅废水中的铅浓度小于或等于0.1mg/L，并且该第一离子交换装置输入酸液对饱和的离子交换树脂进行再生，获得再生液，其中该离子交换树脂为强酸苯乙烯系阳离子交换树脂；

第二离子交换装置，输入该再生液，对该再生液进行离子交换，该第二离子交换装置中填充具有选择性吸附性能的离子交换树脂以选择性吸附该再生液中除铅以外的杂质金属离子；以及

第一化学沉淀槽，输入该再生液，调节该再生液的pH值至使再生液中的铅完全沉淀，得到纯净的含铅污泥。

7.如权利要求6所述的低浓度含铅废水的处理设备，其特征在于，还包括pH调节池，连接在该第一离子交换装置之前，将该含铅废水的pH值调节至3左右。

8.如权利要求6所述的低浓度含铅废水的处理设备，其特征在于，还包括反渗透装置，连接在第一离子交换装置之后，将经过离子交换的含铅废水进行反渗透处理，获得回用水。

9.如权利要求8所述的低浓度含铅废水的处理设备，其特征在于，该反渗透装置还将反渗透处理的浓水回流至该第一离子交换装置，与该含铅废水一起进行离子交换。

10.如权利要求6所述的低浓度含铅废水的处理设备，其特征在于，该第一化学沉淀槽还将去除铅沉淀的再生液回流至该第一离子交换装置，与该含铅废水一起进行离子交换。