CN114075003A - 催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，主要包括超滤系统单元、纳滤系统单元及电渗析系统单元。a.利用超滤系统单元对催化剂生产废水中的SS及胶体进行脱除，产水进入纳滤系统单元；b.利用纳滤系统单元技术对超滤系统单元产水中的铜锌离子进行分离浓缩，纳滤产水进入盐回收系统，纳滤浓水进入电渗析系统单元；c.电渗析系统单元对纳滤浓缩液中一二价离子进行有效分离，并对铜锌离子高效富集，回收铜锌离子，电渗析产水进入盐回收系统。本发明对催化剂生产废水中铜锌进行高效回收利用，铜锌离子回收率达95%以上，且工艺条件简单稳定，无附加药剂，无污染无毒害等工艺特点，经济效益显著。

Description

催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法
技术领域
本发明属于一种水处理领域，涉及一种催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法。
背景技术
铜锌催化剂可用于低温变换反应，加氢反应、脱氢反应，甲醇合成反应等，每年的使用量非常大，催化剂生产废水中含一定量的铜锌离子，对水体产生污染，并造成铜锌原料的极大浪费，随着环保法规越来越严，人们的环保意识不断增强，对废水的处理要求越来越高，从过去的二级排放标准到现在的一级排放标准，甚至需要对大部分废水实现处理后回用。该废水处理方法主要包括：沉淀法、吸附法、微生物法等。
CN201010212322公布了一种铜系甲醇合成催化剂废水的处理方法，在废水中加入多硫化钙(CaSX) 沉淀剂，同时除去废水中Cu2+、Zn2+，该方法附加化学药剂，造成生产成本的增加，且回收较为困难；CN200510046816公布的技术利用吸附剂对重金属离子进行吸附去除，但吸附剂再生困难，并造成新的污染。
发明内容
鉴于背景技术方法中提及的问题，本发明公开了一种催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，针对催化剂废水的资源化利用，以“超滤—纳滤—电渗析”为工艺主线，将废水中的铜锌离子有效分离，并高效回收利用，针对催化剂废水合理资源化利用。
本发明的主要技术方案：催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于，回收流程包括有超滤系统单元、纳滤系统单元及电渗析系统单元，包括以下步骤：（1）利用超滤系统单元对催化剂生产废水中的SS及胶体进行脱除，产水进入纳滤系统单元；（2）利用纳滤系统单元对超滤系统单元产水中的铜锌离子进行分离浓缩，纳滤产水进入盐回收系统，纳滤浓水进入电渗析系统单元；（3）电渗析系统单元对纳滤浓缩液中一二价离子进行有效分离，并对铜锌离子高效富集，回收铜锌离子，电渗析产水进入盐回收系统。
本发明所述废水水质情况如下表
检测项目 SS Na<sup>+</sup> NO<sub>3</sub><sup>-</sup> Cu<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup>
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 5-100 1000-10000 3000-30000 0.1-20 0.1-20
一般地，所述步骤（1）中所述超滤系统单元的超滤膜类型为中空纤维超滤膜、陶瓷管式超滤膜或卷式超滤膜中的一种或其组合。
所述步骤（1）中所述超滤系统单元的操作温度为20-50℃，操作压力为0.1-1 MPa，膜面流速为2-5 m/s。
所述步骤（2）中所述纳滤系统单元所用的超滤膜类型为平板纳滤膜、卷式纳滤膜或陶瓷管式纳滤膜的一种或其组合。
所述步骤（2）中所述纳滤系统单元的操作温度为20-50℃，操作压力为0.5-5 MPa，膜面流速为2-5 m/s。
所述步骤（2）中所述纳滤系统单元产水回收率为90%-99.9%。
所述步骤（3）中所述电渗析系统单元所用电渗析类型为倒极电渗析、填充床电渗析或双极膜电渗析的一种或其组合。
所述步骤（3）中所述电渗析系统单元物料流速为2-20 cm/s，操作电压为10-70 V，操作电流为2-10 A。
本发明催化剂生产废水中铜锌回收利用的典型方法，主要包括如下步骤：
（1）超滤系统单元：物料以2-5 m/s的膜面流速通过超滤系统，操作温度为20-50℃，操作压力为0.1-1 MPa，对催化剂生产废水中的SS及胶体进行脱除，产水进入纳滤系统；
（2）纳滤系统单元：对步骤（1）中的超滤产水进行纳滤系统单元，膜面流速控制在2-5m/s之间，操作温度为20-50℃，操作压力为0.5-5 MPa，回收率为95-99 %，对其中的铜锌离子进行分离浓缩相应倍数，产水回收率为90%-99.9%，纳滤产水进入盐回收系统，纳滤浓水进入电渗析系统单元；
（3）电渗析单元：对步骤（2）中的纳滤单元浓水，利用电渗析对溶液中一二价离子进行有效分离，并对铜锌离子高效富集，回收铜锌离子，料流速为2-20 cm/s，操作电压为20-64V，操作电流为2-6 A，电渗析产水进入盐回收系统。
本发明面向催化剂生产废水资源化利用，通过膜分离技术及电渗析技术的组合，工艺简单，操作稳定，高效富集铜锌离子并回收再利用，达到了技术与经济性的统一。
附图说明
图1为本发明实施例中催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法流程图。
具体实施方式
以下具体实例和附图用来进一步详细说明本发明的技术方案。
实施例1
其催化剂生产废水物料取自国内某生产厂家，样品物料情况如表1所示：
表1 国内某生产厂家催化剂生产废水物料情况表
检测项目 SS Na<sup>+</sup> NO<sub>3</sub><sup>-</sup> Cu<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup>
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 50 1000 3000 0.1 0.1
废水物料进入中空纤维超滤系统单元，操作温度为20℃，控制操作压力为0.1 MPa，膜面流速为2 m/s，膜通量为60 L/(m2·h)，经检测，超滤单元产水：SS=0.05 mg/L。
产水进卷式纳滤膜系统单元，操作温度为20℃，操作压力为0.5 MPa，膜面流速为2m/s，膜通量为30 L/(m2·h)，控制产水回收率为99.9%，产水水质控制为C(Cu2+)<0.05 mg/L，C(Zn2+)<0.05 mg/L，浓水水质为C(Cu2+)=99 mg/L，C(Zn2+)=98 mg/L。
纳滤产水进入盐回收系统，浓水进入电渗析系统单元进行一二价离子进行分离，并对铜锌离子高效富集，控制料流速为2 cm/s，操作电压为20 V，操作电流为6 A，铜锌回收率达98%，产水进入盐回收系统。
实施例2
其甲醇合成催化剂废水物料取自国内某生产厂家，样品物料情况如表2所示：
表2国内某生产厂家催化剂生产废水物料情况表
检测项目 SS Na<sup>+</sup> NO<sub>3</sub><sup>-</sup> Cu<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup>
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 100 5000 15000 8 5
废水物料进入卷式超滤膜系统单元，操作温度为35℃，控制操作压力为0.5 MPa，膜面流速为3 m/s，膜通量为300 L/(m2·h)，经检测，超滤单元产水：SS=0.08 mg/L。
产水进入平板纳滤膜系统单元，操作温度为30℃，操作压力为3 MPa，膜面流速为3m/s，膜通量为60 L/(m2·h)，控制产水回收率为95%，产水水质控制为C(Cu2+)<0.05 mg/L，C(Zn2+)<0.05 mg/L，浓水水质为C(Cu2+)=160 mg/L，C(Zn2+)=100 mg/L。
纳滤产水进入盐回收系统，浓水进入电渗析系统单元进行一二价离子进行分离，并对铜锌离子高效富集，控制料流速为8 cm/s，操作电压为40 V，操作电流为4 A，铜锌回收率达96%，产水进入盐回收系统。
实施例3
其甲醇合成催化剂废水物料取自国内某生产厂家，样品物料情况如表3所示：
表3国内某生产厂家催化剂生产废水物料情况表
检测项目 SS Na<sup>+</sup> NO<sub>3</sub><sup>-</sup> Cu<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup>
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 50 10000 30000 20 20
废水物料进入卷式超滤膜系统单元，操作温度为50℃，控制操作压力为1 MPa，膜面流速为5 m/s，膜通量为600 L/(m2·h)，经检测，超滤单元产水：SS=0.05 mg/L。
产水进入陶瓷管式纳滤膜系统单元，操作温度为50℃，操作压力为5 MPa，膜面流速为5 m/s，膜通量为80 L/(m2·h)，控制产水回收率为90%，产水水质控制为C(Cu2+)<0.05mg/L，C(Zn2+)<0.05 mg/L，浓水水质为C(Cu2+)=200 mg/L，C(Zn2+)=200 mg/L。
纳滤产水进入盐回收系统，浓水进入电渗析系统单元进行一二价离子进行分离，并对铜锌离子高效富集，控制料流速为20 cm/s，操作电压为64 V，操作电流为2A，铜锌回收率达95%，产水进入盐回收系统。
实施例4
其催化剂生产废水物料取自国内某生产厂家，样品物料情况如表4所示：
表4 国内某生产厂家催化剂生产废水物料情况表
检测项目 SS Na<sup>+</sup> NO<sub>3</sub><sup>-</sup> Cu<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup>
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 70 2500 6100 2 2
废水物料进入中空纤维超滤系统单元，操作温度为25℃，控制操作压力为0.15 MPa，膜面流速为2.5 m/s，膜通量为100 L/(m2·h)，经检测，超滤单元产水：SS=0.06 mg/L。
产水进卷式纳滤膜系统单元，操作温度为25℃，操作压力为1.5 MPa，膜面流速为3m/s，膜通量为40 L/(m2·h)，控制产水回收率为99.9%，产水水质控制为C(Cu2+)<0.05 mg/L，C(Zn2+)<0.05 mg/L，浓水水质为C(Cu2+)=104 mg/L，C(Zn2+)=95mg/L。
纳滤产水进入盐回收系统，浓水进入电渗析系统单元进行一二价离子进行分离，并对铜锌离子高效富集，控制料流速为2.5 cm/s，操作电压为30 V，操作电流为5 A，铜锌回收率达98.3%，产水进入盐回收系统。
实施例5
其甲醇合成催化剂废水物料取自国内某生产厂家，样品物料情况如表5所示：
表5国内某生产厂家催化剂生产废水物料情况表
检测项目 SS Na<sup>+</sup> NO<sub>3</sub><sup>-</sup> Cu<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup>
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 80 3310 14200 3 5
废水物料进入卷式超滤膜系统单元，操作温度为40℃，控制操作压力为0.75 MPa，膜面流速为3.5 m/s，膜通量为300 L/(m2·h)，经检测，超滤单元产水：SS=0.07 mg/L。
产水进入平板纳滤膜系统单元，操作温度为20℃，操作压力为3.5 MPa，膜面流速为3.5 m/s，膜通量为80 L/(m2·h)，控制产水回收率为94.5%，产水水质控制为C(Cu2+)<0.05 mg/L，C(Zn2+)<0.05 mg/L，浓水水质为C(Cu2+)=120 mg/L，C(Zn2+)=111 mg/L。
纳滤产水进入盐回收系统，浓水进入电渗析系统单元进行一二价离子进行分离，并对铜锌离子高效富集，控制料流速为38cm/s，操作电压为50 V，操作电流为8A，铜锌回收率达96.3%，产水进入盐回收系统。
实施例6
其甲醇合成催化剂废水物料取自国内某生产厂家，样品物料情况如表6所示：
表6国内某生产厂家催化剂生产废水物料情况表
检测项目 SS Na<sup>+</sup> NO<sub>3</sub><sup>-</sup> Cu<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup>
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 95 9020 22200 5 11
废水物料进入卷式超滤膜系统单元，操作温度为35℃，控制操作压力为0.9 MPa，膜面流速为4 m/s，膜通量为480 L/(m2·h)，经检测，超滤单元产水：SS=0.04 mg/L。
产水进入陶瓷管式纳滤膜系统单元，操作温度为40℃，操作压力为4 MPa，膜面流速为4.5 m/s，膜通量为100 L/(m2·h)，控制产水回收率为91%，产水水质控制为C(Cu2+)<0.05 mg/L，C(Zn2+)<0.05 mg/L，浓水水质为C(Cu2+)=185 mg/L，C(Zn2+)=170 mg/L。
纳滤产水进入盐回收系统，浓水进入电渗析系统单元进行一二价离子进行分离，并对铜锌离子高效富集，控制料流速为16cm/s，操作电压为58 V，操作电流为6A，铜锌回收率达96%，产水进入盐回收系统。
实施例7
其甲醇合成催化剂废水物料取自国内某生产厂家，样品物料情况如表7所示：
表7国内某生产厂家催化剂生产废水物料情况表
检测项目 SS Na<sup>+</sup> NO<sub>3</sub><sup>-</sup> Cu<sup>2+</sup> Zn<sup>2+</sup>
单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
数值 95 8520 20100 6 15
废水物料进入卷式超滤膜系统单元，操作温度为35℃，控制操作压力为0.9 MPa，膜面流速为5 m/s，膜通量为400 L/(m2·h)，经检测，超滤单元产水：SS=0.04 mg/L。
产水进入陶瓷管式纳滤膜系统单元，操作温度为40℃，操作压力为4 MPa，膜面流速为4.5 m/s，膜通量为100 L/(m2·h)，控制产水回收率为90%，产水水质控制为C(Cu2+)<0.05 mg/L，C(Zn2+)<0.05 mg/L，浓水水质为C(Cu2+)=185 mg/L，C(Zn2+)=170 mg/L。
纳滤产水进入盐回收系统，浓水进入电渗析系统单元进行一二价离子进行分离，并对铜锌离子高效富集，控制料流速为16cm/s，操作电压为58 V，操作电流为6A，铜锌回收率达97%，产水进入盐回收系统。

Claims (9)

1.一种催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于，回收流程包括有超滤系统单元、纳滤系统单元及电渗析系统单元，包括以下步骤：（1）利用超滤系统单元对催化剂生产废水中的SS及胶体进行脱除，产水进入纳滤系统单元；（2）利用纳滤系统单元对超滤系统单元产水中的铜锌离子进行分离浓缩，纳滤产水进入盐回收系统，纳滤浓水进入电渗析系统单元；（3）电渗析系统单元对纳滤浓缩液中一二价离子进行有效分离，并对铜锌离子高效富集，回收铜锌离子，电渗析产水进入盐回收系统。
2.根据权利要求1所述催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于其所述的废水水质情况：5-100 mg/L SS，1000-10000 mg/L Na+，3000-30000 mg/L NO3 - ，0.1-20mg/L Cu2+，0.1-20 mg/L Zn2+。
3.根据权利要求1所述催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于步骤（1）中所述超滤系统单元的超滤膜类型为中空纤维超滤膜、陶瓷管式超滤膜或卷式超滤膜中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于步骤（1）中所述超滤系统单元的操作温度为20-50℃，操作压力为0.1-1 MPa，膜面流速为2-5 m/s。
5.根据权利要求1所述催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于步骤（2）中所述纳滤系统单元所用的超滤膜类型为平板纳滤膜、卷式纳滤膜或陶瓷管式纳滤膜的一种或其组合。
6.根据权利要求1所述催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于步骤（2）中所述纳滤系统单元的操作温度为20-50℃，操作压力为0.5-5 MPa，膜面流速为2-5 m/s。
7.根据权利要求1所述催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于步骤（2）中所述纳滤系统单元产水回收率为90%-99.9%。
8.根据权利要求1所述催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于步骤（3）中所述电渗析系统单元所用电渗析类型为倒极电渗析、填充床电渗析或双极膜电渗析的一种或其组合。
9.根据权利要求1所述催化剂生产废水中铜锌回收利用的方法，其特征在于步骤（3）中所述电渗析系统单元物料流速为2-20 cm/s，操作电压为10-70 V，操作电流为2-10 A。
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