CN107311354B - 含铁离子和锌离子的废酸的治理与资源化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离子交换树脂,以及采用该树脂进行含铁离子和锌离子的废酸的治理与资源化方法,包括以下步骤:过滤含铁离子和锌离子的废酸;使用固定床吸附处理预处理过的废酸,固定床中装填有离子交换树脂;在温度为20℃‑40℃,流量为1‑3BV/h的条件下进行吸附处理;第一脱附阶段:使用脱附剂对吸附处理过废酸的离子交换树脂进行脱附再生,分离出铁离子,脱附剂的流速为10‑20BV/h,脱附温度为20‑40℃;第二脱附阶段:使用脱附剂对离子交换树脂进行脱附再生,分离出锌离子,脱附剂的流速为1‑2BV/h,脱附温度为20‑40℃。采用本发明的方法,可有效分离和回收废酸中的锌离子和铁离子,为废酸后续深度达标处理或金属离子回用提供了保障,在治理废酸的同时,实现废物资源化。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护领域,尤其涉及一种含铁离子和锌离子的废酸的治理与资源化方法。
背景技术
电镀废水成分复杂,主要来源于镀件前处理废水,镀层漂洗水,镀层后处理废水以及电镀废酸。根据其污染物特征,可以分为前处理含油废水,含铬废水,含氰废水,含其它重金属废水,酸碱废水以及生活污水和锅炉用水。其中尤以重金属废酸难以处理。由于不同厂家的镀液配方、镀种各不相同,以及镀件清洗方法的差异,造成排出废酸中具体重金属污染物的品种、数量、浓度也各不相同。
由于不同的电镀废酸处理技术都存在一定的针对性,污染物的多样化和复杂化从源头上导致了目前的处理工艺无法一一适从,因此电镀废酸处理效率低下,无法达标。目前电镀废酸处理的新技术有重金属处理新技术,有机污染物达标处理新技术,电镀重金属捕集剂技术,零价铁还原技术,离子交换法,膜分离技术,新型动态生物膜MBR技术,高效臭氧氧化技术等。
电镀废酸中以铁离子和锌离子的含量最高,但是由于废酸中的铁离子基本都为二价正离子,与锌离子属于同一价态,从而给铁锌离子的分离以及回收再利用造成了极大的困扰。目前业界分离废酸中的铁离子和锌离子的处理成本较高,且处理手段过于复杂。由于近些年离子交换材料的研究突飞猛进,离子交换的方法既廉价又方便,所以使用该方法实现电镀废酸中的锌离子和铁离子分离迫在眉睫。
离子交换法是一种目前公认比较有效的废水治理与资源化技术,但由于废酸中铁离子和锌离子的含量极高,且废酸中的铁离子基本都为二价正离子,与锌离子属于同一价态,从而给铁锌离子的分离以及回收再利用造成了极大的困扰。目前还未见成熟的使用离子分离技术分离酸性电镀废酸中的铁离子和锌离子的工艺。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种含铁离子和锌离子的废酸的治理与资源化方法,利用本发明的树脂以及方法可实现废酸中的铁锌离子分离,其中锌离子回收率>92%,回收重金属资源后的废水可续深度达标处理或水回用,在治理废水的同时,实现废物资源化。
在一方面,本发明提供了一种离子交换树脂,其制备方法包括以下步骤:
(S1)将明胶、磷酸三钠、木质素磺酸钠盐溶于水,得到水相;
(S2)将交联剂、乙烯基吡咯烷酮单体、致孔剂和引发剂混匀,得到油相,其中,交联剂为脂肪族多元不饱和酯类交联剂和二乙烯基苯,致孔剂为甲苯、异戊醇、庚醇和乙酸乙酯中的一种或几种;
(S3)将油相分散在水相中,在50-80℃下反应4-8小时,得到离子交换树脂。
进一步地,在步骤(S1)中,水相中明胶、磷酸三钠、木质素磺酸钠盐的质量分数分别为0.5-1.5%、0.5-2.0%和0.1-1.0%。
进一步地,在步骤(S2)中,乙烯基吡咯烷酮单体与交联剂的质量比为1:4-3:1。
进一步地,在步骤(S2)中,交联剂与单体的质量之和与致孔剂的质量的比例为2:1-1:2。
进一步地,在步骤(S2)中,脂肪族多元不饱和酯类交联剂与二乙烯基苯的质量比为1:1-1:5。
进一步地,在步骤(S2)中,脂肪族多元不饱和酯类交联剂为衣康酸烯丙酯和/或三聚异氰酸烯丙酯
进一步地,在步骤(S2)中,引发剂占油相质量的0.3%-0.8%。
进一步地,在步骤(S2)中,引发剂为过氧化苯甲酰和/或偶氮二异丁腈。
以上离子交换树脂为酸阻滞树脂。
本发明提供了一种含铁离子和锌离子的废酸的治理与资源化方法,采用上述离子交换树脂,包括以下步骤:
(1)预处理:过滤含铁离子和锌离子的废酸;
(2)吸附:使用固定床吸附处理预处理过的废酸,固定床中装填有离子交换树脂;其中,在温度为20℃-40℃,流量为1-3BV/h的条件下进行吸附处理;
(3)第一脱附阶段:使用脱附剂对步骤(2)中吸附处理过废酸的离子交换树脂进行脱附再生,分离出铁离子,其中,脱附剂的流速为10-20BV/h,脱附温度为20-40℃;
(4)第二脱附阶段:使用脱附剂对步骤(3)处理过的离子交换树脂进行脱附再生,分离出锌离子,其中,脱附剂的流速为1-2BV/h,脱附温度为20-40℃。BV指固定床的体积。
进一步地,离子交换树脂为酸阻滞树脂HPS-4或酸阻滞树脂HPS-6。
经步骤(2)吸附分离后,分离出水的锌离子的含量大大降低,其分离率高达90%以上,说明本发明的离子交换树脂可有效吸附锌离子;而分离出水中,铁离子含量降低的较少,分离度在20%左右,说明本发明的离子交换树脂对铁离子的吸附作用较小,因此可利用该法首先回收分离出水中的酸以及铁离子。
进一步地,在步骤(3)和步骤(4)中,脱附剂为水。用水就能把酸阻滞树脂吸附的物质脱附下来,保证不会带入其他离子。
进一步地,在步骤(3)中,使用1BV的脱附剂进行脱附。进一步地,以未处理的废酸中的铁离子的总量为基准,经本发明的吸附脱附步骤处理后,铁离子的回收率为95%以上。回收率=脱附液中铁含量/原废水中的铁含量。步骤(3)中分离出的铁离子可与酸一起回收利用。进一步地,以未处理的废酸中的锌离子的总量为基准,经本发明的吸附脱附步骤处理后,锌离子的回收率为92%以上。回收率=脱附液中锌含量/原废水中的锌含量。
且步骤(4)的脱附处理中,锌离子的脱附率为97.7%,脱附率=脱附液中锌含量/吸附到树脂上的锌含量。步骤(4)处理后的溶液中的锌含量是处理前的溶液中的锌含量的110%左右,而铁离子的含量仅是处理前的溶液中的1.2%左右,说明步骤(3)能够有效的分离出铁离子,经步骤(4)进一步分离出锌离子,实现锌离子的回收。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
采用本发明的方法进行含铁离子和锌离子的废酸的治理与资源化,利用顺流分离,由于本发明的离子交换树脂可有效吸附锌离子,因此可先分离出铁离子;然后再利用脱附剂对本发明的离子交换树脂进行脱附再生,再生液中具有高含量的锌离子(回收率高达92%以上),从而再分离出锌离子。该方法为废酸后续深度达标处理或铁离子和锌离子的回用,提供了保障,在治理废酸的同时,实现废物资源化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
参见图1,本发明的一种含铁离子和锌离子的废酸的工艺,具体如下:
将20ml酸阻滞树脂HPS-4填装于有保温夹套的吸附柱中(¢35×250mm)。取含铁离子和锌离子电镀废酸进行过滤,其中氯化氢的质量分数为5.6%,铁离子的浓度为120g/L,锌离子的浓度为5.62g/L。过滤后的废酸作为为上柱液,在25℃下,以1BV/h的流量通过吸附柱,吸附柱中的分离材料快速有效的吸附废酸中的锌离子,当处理量为6BV时,分离出水中为含铁酸液,其中,锌离子含量为210mg/L,铁离子的含量为102g/L。
第一步脱附:20℃,将1BV水以15BV/h流速进行脱附,得到1BV含铁酸液,将其与上述分离出水合并,可达到回收酸和铁的目的。
第二步脱附:20℃,将5BV水以2BV/h流速进行脱附,得到5BV高锌低铁的再生液,再生液中的锌离子达6.39g/L,对锌离子进行回收利用。
实施例2
将20ml酸阻滞树脂HPS-6填装于有保温夹套的吸附柱中(¢35×250mm)。取含铁离子和锌离子电镀废酸进行过滤,其中氯化氢的质量分数为5.6%,铁离子的浓度为160g/L,锌离子的浓度为5.59g/L。过滤后的废酸作为为上柱液,在35℃下,以1BV/h的流量通过吸附柱,吸附柱中的分离材料快速有效的吸附废酸中的锌离子,当处理量为10BV时,分离出水中为含铁酸液,其中,锌离子含量为310mg/L,铁离子的含量138g/L。
第一步脱附:40℃,将1BV水以10BV/h流速进行脱附,得到1BV含铁酸液,将其与上述分离出水合并,可达到回收酸和铁的目的。
第二步脱附:40℃,将9BV水以1.5BV/h流速进行脱附,得到9BV高锌低铁的再生液,再生液中的锌离子达5.86g/L。
实施例3
将20ml酸阻滞树脂HPS-6填装于有保温夹套的吸附柱中(¢35×250mm)。取含铁离子和锌离子电镀废酸进行过滤,其中氯化氢的质量分数为5.6%,铁离子的浓度为120g/L,锌离子的浓度为5.36g/L。过滤后的废酸作为为上柱液,在20℃下,以3BV/h的流量通过吸附柱,吸附柱中的分离材料快速有效的吸附废酸中的锌离子,当处理量为7BV时,分离出水中为含铁酸液,其中,锌离子含量可达270mg/L,铁离子的含量10.5g/L
第一步脱附:30℃,将1BV水以20BV/h流速进行脱附,得到含铁酸液,将其与上述分离出水合并,可达到回收酸和铁的目的。
第二步脱附:30℃,将6BV水以2BV/h流速进行脱附,得到高锌低铁的再生液,再生液中的锌离子达5.77g/L。
为了作为对照,选用其他市售树脂进行同样的工艺处理,具体如实施例4-5。
实施例4
将实施例1中的分离材料换成苯乙烯系吸附树脂D201,其他操作条件不变,当处理量为2.5BV时,分离出水中的锌离子含量为1200mg/L,铁离子的含量112g/L。
实施例5
将实施例2中的分离材料换成苯乙烯系吸附树脂D301,其他操作条件不变,当处理量为4BV时,分离出水中的锌离子含量为1500mg/L,铁离子的含量142g/L。具体结果如表1:
表1各实施例对含铁含锌废酸的处理结果
计算出的金属回收率如表2:
表2各实施例对含铁含锌废酸中锌和铁的回收率
锌回收率 | 铁回收率 | |
实施例1 | 93.1% | 95.1% |
实施例2 | 94.3% | 95.3% |
实施例3 | 92.2% | 95.7% |
实施例4 | 87.5% | 78.8% |
实施例5 | 73% | 87.3% |
表2中,锌的回收率=C2*(V0-V1)/(C0*V0),其中,C2为第二脱附步骤中产生的含锌脱附液中锌含量;V0为进水体积;V1为第一步脱附体积,即1BV;C0为废酸中锌含量;V0为进水体积。
铁的回收率=(C出*V出+C1`*V1`)/(C0`*V0`),其中,C出为出水中铁含量;V出为出水体积,即进水体积;C1`为第一步脱附液中铁含量;V1`为第一步脱附体积,即1BV;C0`为废酸中铁含量;V0`为进水体积。
从表2中可看出,本发明选用的酸阻滞树脂HPS-4和酸阻滞树脂HPS-6在处理废酸后,锌、铁的回收率均高于90%,而市售的其他树脂的处理效果则不及以上两种树脂,锌、铁的回收率均在90%以下。
实施例6
以上使用的酸阻滞树脂HPS-4和HPS-6的制备方法如下:
(1)水相中加入明胶、磷酸三钠、木质素磺酸钠盐作为分散剂,其中明胶、磷酸三钠、木质素磺酸钠的质量百分比浓度分别为0.5-1.5%、0.5-2.0%、0.1-1.0%。
(2)油相由交联剂、单体、致孔剂构成;反应物(交联剂与单体)与致孔剂的质量的比为2:1-1:2;单体与交联剂的质量比为1:4-3:1。交联剂为脂肪族多元不饱和酯类交联剂和二乙烯基苯,单体为乙烯基吡咯烷酮。脂肪族多元不饱和酯类交联剂与二乙烯基苯的质量比为1:1-1:5。致孔剂为甲苯、异戊醇、庚醇和乙酸乙酯中的一种或几种;脂肪族多元不饱和酯类交联剂为衣康酸烯丙酯和/或三聚异氰酸烯丙酯。
在制备酸阻滞树脂HPS-4时,反应物与致孔剂的质量比为2:1,单体与交联剂的质量比为1:2,致孔剂为甲苯与庚醇。
在制备酸阻滞树脂HPS-6时,反应物与致孔剂的质量比为1:1,单体与交联剂的质量比为3:1,致孔剂为甲苯、庚醇和乙酸乙酯。
(3)在油相中加入占油相质量0.3%-0.8%的引发剂,引发剂为过氧化苯甲酰和/或偶氮二异丁腈,搅拌溶解后,再加入到带有搅拌和控温装置的反应器中,通过控制转速,使油相在水相中分散成合适粒径的油珠,在50-80℃反应4-8小时,冷却、水洗、烘干,得到树脂微球。以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种含铁离子和锌离子的废酸的治理与资源化方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)预处理:过滤所述含铁离子和锌离子的废酸;
(2)吸附:使用固定床吸附处理预处理过的废酸,所述固定床中装填离子交换树脂;其中,在温度为20℃-40℃,流量为1-3BV/h的条件下进行吸附处理;
(3)第一脱附阶段:使用1BV的脱附剂对步骤(2)中吸附处理过废酸的离子交换树脂进行脱附再生,分离出铁离子,其中,所述脱附剂的流速为10-20BV/h,脱附温度为20-40℃;
(4)第二脱附阶段:使用所述脱附剂对步骤(3)处理过的离子交换树脂进行脱附再生,分离出锌离子,其中,所述脱附剂的流速为1-2BV/h,脱附温度为20-40℃;在步骤(3)和步骤(4)中,所述脱附剂为水;
在步骤(2)中,所述离子交换树脂的制备方法包括以下步骤:
(S1)将明胶、磷酸三钠、木质素磺酸钠盐溶于水,得到水相;
(S2)将交联剂、乙烯基吡咯烷酮单体、致孔剂和引发剂混匀,得到油相,其中,交联剂为脂肪族多元不饱和酯类交联剂和二乙烯基苯,致孔剂为甲苯、异戊醇、庚醇和乙酸乙酯中的一种或几种;
(S3)将所述油相分散在所述水相中,在50-80℃下反应,得到所述离子交换树脂。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤(S1)中,所述水相中明胶、磷酸三钠、木质素磺酸钠盐的质量分数分别为0.5-1.5%、0.5-2.0%和0.1-1.0%。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤(S2)中,所述乙烯基吡咯烷酮单体与交联剂的质量比为1:4-3:1。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤(S2)中,所述交联剂与乙烯基吡咯烷酮单体的质量之和与致孔剂的质量的比例为2:1-1:2。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤(S2)中,所述脂肪族多元不饱和酯类交联剂与二乙烯基苯的质量比为1:1-1:5。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤(S2)中,所述脂肪族多元不饱和酯类交联剂为衣康酸烯丙酯和/或三聚异氰酸烯丙酯。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤(S2)中,所述引发剂占油相质量的0.3%-0.8%。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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