CN107224999A

CN107224999A - 一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法

Info

Publication number: CN107224999A
Application number: CN201710576095.5A
Authority: CN
Inventors: 曹勋; 施鹏; 丁新春; 陈利芳; 李爱民; 戴建军; 张晓�; 李冬梅; 李寅森
Original assignee: Nanjing University; Nanjing University Yancheng Environmental Protection Technology and Engineering Research Institute
Current assignee: Nanjing University; Nanjing University Yancheng Environmental Protection Technology and Engineering Research Institute
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2017-10-03
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: CN107224999B

Abstract

本发明公开了一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，属于树脂脱附液处置领域。其步骤包括：利用电渗析装置将树脂脱附液中有机组分和盐进行分离；浓缩液盐分可达15％左右，且COD_Mn低于100mg/L，可直接作为再生剂使用，实现了脱附液资源化利用，有效地节约了树脂的运行成本；淡化液盐分低于1％，混凝沉淀和臭氧氧化可有效降低其有机物含量，提高可生化性，可进行生化处理。本发明能够直接实现脱附液的循环利用，满足树脂脱附液资源化、无害化的要求。

Description

一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法

技术领域

本发明涉及的是树脂脱附液处理技术领域，更具体的说是一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法。

背景技术

随着水污染防治工作的不断推进，离子交换技术在饮用水源水深度处理、再生水回用领域具有广泛的应用。离子交换技术与其它技术相比，具有净化效果好、运行成本低、操作简单等优点。

离子交换树脂有效去除水体有机质的同时，对硝酸根、硫酸根、溴离子等有毒害作用的无机离子也有较好的去除效果，与此同时，能够有效地削减水体消毒副产物和生物毒性。但是，离子交换树脂在吸附饱和后脱附的过程中，会产生少量的脱附液，脱附液的盐含量和有机质含量较高，可生化性较差，且脱附过程中，再生剂直接参与于树脂交换基团再生的实际耗损量仅占再生剂使用量的1/10左右，大量的再生剂仍残留于脱附液中，这不仅极大地浪费了再生剂，增加了树脂的运行成本，而且形成了脱附液的二次污染。因此，如何经济有效地处置树脂脱附液，是树脂在各行业产业化的一个关键问题。

脱附液处置问题一直是树脂应用领域的“瓶颈”，近年来有不少关于脱附液处置的研究，常见的脱附液处置方法有高级氧化法、固化填埋、蒸发浓缩焚烧、强化混凝等。常见的脱附液处置方法直接对高盐高有机废水进行处理，运行成本较高，且不能实现有机物和盐分的有效分离，实现脱附液的资源化利用。纳滤膜技术在脱附液处置领域的应用也有报道，纳滤膜能够实现有机物和盐分的分离，但是不能将盐进行浓缩，透过液的盐浓度和脱附液相当，远没有达到再生剂要求，仍需要进行加盐配置，增加劳动力成本，另外，纳滤膜制作成本比较高，产业化难度较大。

经检索，中国专利申请号：2013100482122，申请日：2013年2月6日，发明创造名称为：一种含有胍盐的污水的处理系统及其处理方法，本系统主要包括污水预处理单元、污水处理单元和生化处理单元，污水处理单元包括除Cu²⁺单元、离子交换单元和电渗析单元。该申请案主要利用离子交换单元与电渗析单元的配合，将污水中的胍盐充分去除。该申请案实现全自动控制，提高污水站自动化管理水平，处理后的污水可以满足清洁和绿化的标准要求；又如中国专利申请号：2008100204677，申请日：2008年3月7日，发明创造名称为：含稀醋酸废水中醋酸的回收方法，先用电渗析法对含稀醋酸废水进行处理回收，获得浓度小于1000ppm的醋酸极稀溶液，然后用阴离子交换树脂吸附法进一步脱除回收剩余的极稀溶液中的醋酸，使最后排除的废水当中醋酸的浓度小于Soppm；该申请案将电渗析法与脱附法相结合，能够回收废水中的有用资源，减少工业废水对环境的污染；以上申请案均涉及离子交换和电渗析技术，都可将特征污水达标处理，但以上案例实施过程中会产生高盐高有机含量的脱附液，产生二次污染，且属于危废范畴，且以上申请案均未将脱附液进行有效处理，工艺流程不完善，仍需进一步优化。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对目前树脂脱附液属于高盐有机废水，现有技术很难对其高效经济地处置的问题，本发明提供了一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，能够有效地将脱附液中有机物和盐分进行分离，淡化液盐分低于1％，后续处理难度大大降低，浓缩液盐分可达15％，且COD_Mn低于100mg/L，可直接作为再生剂使用，实现了脱附液资源化利用，有效地节约了树脂的运行成本。

2.技术方案

本发明的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，包括以下步骤：

步骤一、向电渗析装置的淡化室中加入脱附液原液：电渗析装置包括电源、电极、膜堆、电极室、淡化室和浓缩室；

步骤二、向浓缩室中加水作为接收液；

步骤三、向电极室中加入电极液；

步骤四、打开电渗析装置：电渗析装置的电压为12～16V，电极电压为2～4V；定期监测装置的电压、电流、淡化室和浓缩室的电导率变化，当浓缩室内的电导率达到150～170mS/cm时，结束实验，监测淡化室、浓缩室内的水质指标。

更进一步地，还包括步骤五，用浓缩室内的浓缩液作为再生剂对饱和树脂进行脱附。

更进一步地，还包括步骤六，将淡化室内的液体pH调至7～10，用质量浓度为1％～2％的絮凝剂进行混凝沉淀，絮凝剂采用聚合氯化铝或聚合氯化铁，并对上清液进行臭氧氧化，臭氧浓度为1～3mg/L，接触时间为5～8h。

更进一步地，电渗析装置的电极包括阳极和阴极，其中阳极为钛涂钌电极，阴极为不锈钢板。

更进一步地，膜堆包括8～12对阴阳膜，膜堆的表面总面积为0.0672～0.1008m²。

更进一步地，步骤一中添加的脱附液和步骤二中添加的接收液体积比为(2～5)：1。

更进一步地，步骤三中的电极液为氯化钠溶液或硫酸钠溶液。

更进一步地，步骤三中的电极液采用硫酸钠溶液，质量浓度为1％～5％。

更进一步地，步骤四完成后，浓缩室中的浓缩液作为再生剂对饱和树脂进行脱附，然后将浓缩室内剩余的浓缩液清空，加入蒸馏水进行二级反应，将淡化室内的料液盐分进一步淡化，电渗析装置电流低于0.2A时，二级反应结束。

更进一步地，步骤四中浓缩室内二级反应后的浓缩液作为新的接收液，参与下一批料液的反应。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，在电场的作用下，利用阴膜和阳膜的选择透过性能，将带电组分和非带电组分进行分离，一方面可以将脱附液中的盐分进一步浓缩，可直接作为再生剂循环使用，另一方面，有效淡化脱附液盐分，降低脱附液后续处置难度，实现了脱附液资源化利用，减少了运行成本。

(2)本发明的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，脱附液经处理后可以回收盐分，具有较高的回收盐收益，可以有效降低生产成本，提高生产效益。

(3)本发明的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，能实现脱附液的资源化、无害化处置，是一种高效经济的脱附液处置方法，可以广泛应用于离子交换树脂水处理领域。

附图说明

图1是本发明的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法的流程示意图；

图2是本发明中电渗析装置的结构示意图。

1、膜堆；2、电极室；3、淡化室；4、浓缩室。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，包括以下步骤：

步骤一、向电渗析装置的淡化室3中加入脱附液原液：其中电渗析装置包括稳流电源、电极、膜堆1、电极室2、淡化室3和浓缩室4，电极室2、淡化室3和浓缩室4上均设有进水口和出水口，且电极室2、淡化室3和浓缩室4的进水管上均设有流量计和压力表，电机的作用是提供电场，包括阳极和阴极，其中阳极为钛涂钌电极，阴极为不锈钢板；膜堆1的作用则是分离料液中的盐和有机物，膜堆1由10对依次交替设置的阴阳膜组成，膜堆1的表面总面积为0.084m²。

步骤二、向浓缩室4中加水作为接收液，具体采用蒸馏水或自来水作为接收液；且步骤一添加的脱附液和步骤二中添加的接收液体积比为(2～5)：1；控制此体积比对于保障电渗析效果至关重要，既使得浓缩室4中浓缩液盐分能够达到目标浓度，又可避免因浓缩室4和淡化室3内浓度差过大而造成料液跨膜渗透的问题，提高电渗析装置的处理效果。

步骤三、向电极室2中加入电极液，体积为300～700mL，具体为质量浓度为3～5％的氯化钠溶液；

步骤四、打开电渗析装置：电渗析装置的电压为14V，电极电压为4V；定期监测电渗析装置的电压、电流、淡化室3和浓缩室4内的电导率变化，电流大小可反应盐的迁移速度，而电导率可以直接反应料液的盐浓度，当浓缩室4内的电导率达到150～170mS/cm时，结束实验，监测淡化室3、浓缩室4内的水质指标；此时即可将浓缩室4内的浓缩液进入步骤五，作为再生剂对饱和树脂进行脱附。

需要说明的是，步骤四完成后，浓缩室4内的浓缩液可以作为再生剂对饱和树脂进行脱附，然后可以将浓缩室4内剩余的浓缩液清空，加入蒸馏水进行二级反应，将淡化室3内的料液盐分进一步淡化，检测到电渗析装置电流低于0.2A时，结束二级反应；浓缩室4内二级反应后的浓缩液则可以作为新的接收液，参与下一批料液的反应。

步骤五：用浓缩室4内的一级反应浓缩液作为再生剂对饱和树脂进行脱附。

步骤六：将淡化室3内的液体pH调至7，用质量浓度为2％的絮凝剂进行混凝沉淀，絮凝剂采用聚合氯化铝，并对上清液进行臭氧氧化，臭氧浓度为1mg/L，接触时间为5h。

具体在本实施例中脱附液取自某自来水厂树脂深度处理工程现场，COD_Mn(高锰酸钾需氧量)为4158mg/L，盐含量为8.4％(质量分数)，pH为7.3。电渗析装备的膜堆1是由10组膜对组成，单组膜对的有效面积为84cm²，10组膜对的总有效面积为840cm²。电渗析装置的使用电压为14V，其中电极电压为4V，即每组膜对电压为1V。淡化室3内取1.2L脱附液原液，浓缩室4内取0.4L蒸馏水作为接收液，脱附液和接收液的体积比为3：1，向电极室2中加入质量浓度为4％的氯化钠溶液作为电极液。装置启动后每隔5min测定淡化室3和浓缩室4的电导率变化，当浓缩室4内电导率为159.2mS/cm时，停止实验。

本实施例实验后浓缩室4内的浓缩液盐水的COD_Mn为96mg/L，盐含量为12.6％，可直接作为再生剂使用，脱附能力是新鲜脱附液的92％～99％，本实施例中盐回收率为87.69％。

本实施例实验后淡化室3内淡化液盐含量为2.5％，将浓缩室4内剩余的浓缩液放干，加入0.3L蒸馏水继续进行二级反应，电渗析装置电流降至0.16A，电导率为67.9mS/cm时结束实验。实验后的浓缩液的盐含量达到6.59％，最终淡化液的COD_Mn为4785mg/L，盐含量为0.05％，一级和二级反应盐的总回收率接近100％，COD(化学需氧量)总截留率为96.44％。

将淡化液pH调至7，先进行絮凝沉淀，用质量浓度为2％的聚合氯化铝絮凝剂，沉淀污泥作为固废处理，上清液进行臭氧氧化，臭氧浓度维持在1mg/L，接触时间为5h，反应结束后，COD_Cr去除率为52％，BOD₅/COD_Cr为0.25，可进行生化处理。

本实施例的脱附液经电渗析装置操作后，浓缩液的盐分达到15％(质量分数)左右，且COD_Cr(重铬酸盐需氧量)低于100mg/L，可直接作为再生剂使用，减少了运行成本；淡化室3内的盐分低于1％，经过步骤六的处理后，COD_Cr去除率50～60％，BOD₅/COD_Cr(生化需氧量/重铬酸盐需氧量)大于0.25，可进行生化处理；而处理1t脱附液，运行成本约为20.28元，回收盐收益50.40元，即采用本实施例技术处理1t脱附液，将会获得37.12元的收益，有效提高了生产效益；本实施例树脂脱附液处置方法，能实现脱附液的资源化、无害化处置，是一种高效经济的脱附液处置方法，可以广泛应用于离子交换树脂水处理领域。

实施例2

本实施例的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例以实施例1中盐含量为6.59％的浓缩液为新的接收液，放空淡化室3，加入1.2L脱附液原液，其他操作同实施例1，启动电渗析装置反应32min，浓缩室4中电导率达到150mS/cm时停止实验，此时浓缩液盐水的盐含量为13％，可直接作为再生剂使用，脱附能力是新鲜脱附液的92％～99％。

实施例3

本实施例的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中膜堆1包括8对阴阳膜，膜堆1的表面总面积为0.0672m²；向淡化室3中加1.5L脱附液，浓缩室4中加0.3L自来水作为接收液，脱附液：接收液＝5：1；电极液采用质量浓度为3％的硫酸钠溶液；电渗析装置的电压为12V，电机电压为2V，电渗析装置启动反应60min后，浓缩室4内的电导率达到170mS/cm时停止实验，淡化液的电导率从120.8mS/cm降到39.5mS/cm，淡化液的COD_Mn为4629mg/L，盐含量为1.69％，浓缩液的COD_Mn为87.1mg/L，盐含量为13.99％，盐的回收率为83.36％，COD截留率为98.96％，单位能耗为34.82kWh/t(脱附液)。将浓缩液直接作为再生剂，脱附能力是新鲜脱附液的95％～99％。

将最终淡化液的pH调节到8.5，用质量浓度为2％的聚合氯化铁絮凝剂混凝沉淀后，上清液进行臭氧氧化，臭氧浓度为3mg/L，接触时将为8h，出水COD_Mn为2297mg/L，去除率为52％，BOD₅/COD_Cr(生化需氧量/重铬酸盐需氧量)大于0.25，出水可进生化系统。

实施例4

本实施例的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中脱附液的COD_Mn为1010mg/L，盐含量为7.6％(质量分数)；本实施例中膜堆1包括12对阴阳膜，膜堆1的表面总面积为0.1008m²；步骤一添加的脱附液与步骤二添加接收液的体积比为2：1，电极液采用质量浓度为1％的硫酸钠溶液；电渗析装置的电压为16V，电极电压为3V，最终淡化液的COD_Mn为1220mg/L，盐含量为0.24％，浓缩液的COD_Mn为112mg/L，盐含量为10.35％，将浓缩液直接作为再生剂，脱附能力是新鲜脱附液的83％～92％。

将淡化液pH调至10，用质量浓度为1.5％的聚合氯化铝絮凝剂混凝沉淀后，上清液进行臭氧氧化，臭氧浓度为2mg/L，接触时将为6h，出水COD_Mn为486mg/L，去除率为51.9％，BOD₅/COD_Cr(生化需氧量/重铬酸盐需氧量)大于0.25，出水可进生化系统。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、向电渗析装置的淡化室(3)中加入脱附液原液：电渗析装置包括电源、电极、膜堆(1)、电极室(2)、淡化室(3)和浓缩室(4)；

步骤二、向浓缩室(4)中加水作为接收液；

步骤三、向电极室(2)中加入电极液；

步骤四、打开电渗析装置：电渗析装置的电压为12～16V，电极电压为2～4V；定期监测装置的电压、电流、淡化室(3)和浓缩室(4)的电导率变化，当浓缩室(4)内的电导率达到150～170mS/cm时，结束实验，监测淡化室(3)、浓缩室(4)内的水质指标。

2.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：还包括步骤五：用浓缩室(4)内的浓缩液作为再生剂对饱和树脂进行脱附。

3.根据权利要求2所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：还包括步骤六：将淡化室(3)内的液体pH调至7～10，用质量浓度为1％～2％的絮凝剂进行混凝沉淀，絮凝剂采用聚合氯化铝或聚合氯化铁，并对上清液进行臭氧氧化，臭氧浓度为1～3mg/L，接触时间为5～8h。

4.根据权利要求2所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：电渗析装置的电极包括阳极和阴极，其中阳极为钛涂钌电极，阴极为不锈钢板。

5.根据权利要求2所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：膜堆(1)包括8～12对阴阳膜，膜堆(1)的表面总面积为0.0672～0.1008m²。

6.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：步骤一中添加的脱附液和步骤二中添加的接收液体积比为(2～5)：1。

7.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：步骤三中的电极液为氯化钠溶液或硫酸钠溶液。

8.根据权利要求7所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：步骤三中的电极液采用硫酸钠溶液，质量浓度为1％～5％。

9.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：步骤四完成后，浓缩室(4)中的浓缩液作为再生剂对饱和树脂进行脱附，然后将浓缩室(4)内剩余的浓缩液清空，加入蒸馏水进行二级反应，将淡化室(3)内的料液盐分进一步淡化，电渗析装置电流低于0.2A时，二级反应结束。

10.根据权利要求9所述的一种基于电渗析技术的树脂脱附液处置方法，其特征在于：步骤四中浓缩室(4)内二级反应后的浓缩液作为新的接收液，参与下一批料液的反应。