CN114409129B - 一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，属于污水处理领域。该方法包括以下步骤：用pH调节剂调节废液的pH值为3.5‑10.5，然后根据废液中的氨氮含量和重金属含量加入离子交换树脂，进行鼓泡，使废液和离子交换树脂充分接触；固液分离，得到处理后的废液；所述离子交换树脂的结构式如式1所示：
其中，R1、R2、R3、R4独自选自‑NH2、‑SO3H、‑SH、‑CHO、‑COOH。本发明的方法处理流程简单，在处理氨氮的同时可以回收重金属，效率高，人力设备少；其次本发明的方法重金属回收率高，适用于工厂大量废液处理，不需要废液中转。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，属于污水处理领域。
背景技术
自2001年，在申请号CN01121037.0专利申请中，公开了一种贵金属回收方法，可在短时间内使贵金属微粒从贵金属微粒分散液中凝聚，生成沉降性和过滤性优良的凝聚体，并能很容易地使贵金属和溶剂分离。在溶剂中分散有含金或/和银微粒的贵金属微粒分散液中，添加作为凝聚剂的具有巯基的化合物，使贵金属微粒子凝聚后，凝聚的贵金属微粒与溶剂分离。以及在申请号CN01121037.0专利申请中，公开了一种铂族金属的分离/回收方法，采用离子交换树脂，由含相对低浓度铂族金属同时含高浓度杂质元素的氯化物溶液，进行选择性吸附和洗脱氯化物形式的铂族金属，如不论其形式如何的氯络合物的铂族金属。
至2021年，在申请号CN202110348426.6专利申请中，公开了一种利用改性聚合物吸附剂选择性吸附回收废液中贵金属离子的处理方法，属于贵金属废液处理技术领域所述改性聚合物吸附剂由包括如下步骤制备而得：(1)将硫单质、多元胺基化合物、多元羰基化合物、负载基底混合，加入有机溶剂，得固液混合液；(2)在保护气体气氛下，将上述固液混合液进行加热反应，得改性聚合物混合液；(3)将上述改性聚合物混合液冷却至室温，洗涤，离心，烘干，得改性聚合物吸附剂；其中，所述负载基底为多孔吸附材料。所述处理方法可充分发挥药剂的特性和优势，使得吸附剂具有对贵金属离子的高选择性、高吸附容量、高吸附速率、性能稳定等效果，后期通过分离回收单元实现贵金属的回收。
对于回收废液中重金属离子的处理方法，现阶段已经有很成熟处理方法；但是一直困扰我们的问题是，在进行了重金属回收后，需要再次进行水中氨氮处理，只有当水中氨氮处理达标后，才能进行后续排放等处理工作，当所需要处理废液量大，并需要确保贵金属回收率和氨氮处理同时达到要求；这需要足够大的废液池进行中转，同时需要更多的时间进行废液处理，花费的人力物力很多；有时候工厂会因为污水处理不够及时，无法进行后续生产，影响整体生产进度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，该方法处理流程简单，在处理氨氮的同时可以回收重金属，效率高，人力设备少；其次本发明的方法重金属回收率高，适用于工厂大量废液处理，不需要废液中转。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，包括以下步骤：
(1)用pH调节剂调节废液的pH值为3.5-10.5；
(2)根据氨氮含量和重金属含量加入离子交换树脂；
(3)用空压机对步骤(2)的废液从底部进行鼓泡，使废液和离子交换树脂充分接触；
(4)将步骤(3)所得废液进行固液分离，得到处理后的废液；
所述离子交换树脂的结构式如式1所示：
其中，R1、R2、R3、R4独自选自-NH2、-SO3H、-SH、-CHO、-COOH。
优选地，R1、R2、R3、R4选自-NH2、-SO3H、-SH、-CHO、-COOH中的至少两种。
本发明的处理方法中，废液中的重金属作为氨氮处理的催化剂，加速废液中氨氮含量的分解速率，废液中的有机物、氨等经溶解的分子氧化生成CO2、H2O、NH3、N2等无害物质，达到降低氨氮含量的效果；同时离子交换树脂能絮凝废液中的重金属，将其回收。
离子交换树脂中的活性基团为-NH2、-SO3H、-SH、-CHO、-COOH，活性基团主要起到交换平衡离子的作用，活性基团和树脂母体联合作用，被交换的活性基团在树脂母体絮凝的重金属的作用下，起到催化的效果，使树脂母体再生，优化离子交换树脂的吸附性能，延长离子交换树脂的使用周期和寿命。
鼓泡的时间需要根据废液的体积进行确定，鼓泡时间至少要使废液与树脂充分接触，本发明处理方法的鼓泡时间为2-4h时，即可达到最佳的处理效果。
作为本发明处理废液中氨氮同时回收重金属的方法的优选实施方式，所述调节废液的pH值为5.5-8.5
经过研究发现，氨氮处理效果和重金属回收率存在一个最优的pH值区间，在碱性条件下，氨氮的处理效果整体优于偏酸性条件。在偏酸性条件下，重金属回收率高于碱性条件。因此在废液处理前需要调整废液的pH值，使废液的pH＝5.5-8.5。
作为本发明处理废液中氨氮同时回收重金属的方法的优选实施方式，所述离子交换树脂的加入量为氨氮含量和重金属含量总质量的1倍-5倍。
离子交换树脂的加入量会影响废液的处理结果，加入量太少，离子交换树脂不能充分絮凝废液中的重金属，降低重金属的回收率，同时由于离子交换树脂絮凝的重金属总含量少，起到的催化作用小，进而降低了氨氮的去除率。加入量太多，单个离子交换树脂上絮凝的重金属含量少，不能完全起到催化剂的作用，从而降低了氨氮的去除率。
作为本发明处理废液中氨氮同时回收重金属的方法的优选实施方式，所述离子交换树脂的加入量为氨氮含量和重金属含量总质量的1.3倍-2.7倍。在上述比例下，废液的处理效果更佳。
作为本发明处理废液中氨氮同时回收重金属的方法的优选实施方式，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸、盐酸、硝酸中的一种。
当废液的pH值不在本发明的范围时，需要用pH调节剂调节废液的pH，本发明使用的pH调节剂为无机酸或无机碱，pH调节剂添加到废液中，不会增加废液的有机物含量，不会增加废液的处理难度。优选地，pH调节剂为氢氧化钠或盐酸。
本发明步骤(4)固液分离的方法可以为过滤、离心，优选的，固液分离的方法为离心，离心可以加快处理效率，减少处理时间，当离心的转速为5000-9000r/min时，废液和离子交换树脂可以更快分离，减少时间。
作为本发明处理废液中氨氮同时回收重金属的方法的优选实施方式，所述废液中的氨氮含量为10mg/L-500mg/L。
作为本发明处理废液中氨氮同时回收重金属的方法的优选实施方式，所述废液中的重金属含量为10mg/L-500mg/L。
本发明可以处理废液中的氨氮含量和重金属含量不仅是10mg/L-500mg/L，10mg/L-500mg/L只是本发明方法处理废液中较佳的氨氮含量和重金属含量。在可选的实施方式中，废液中的氨氮含量和重金属含量可以为10mg/L、100mg/L、200mg/L、500mg/L以及10mg/L-500mg/L之间的任一数值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的处理流程简单，在处理废液中氨氮的同时可以回收重金属，不需要分两步处理废液中的氨氮和重金属；
2、本发明处理方法的重金属回收率高，效率高，人力设备少；
3、废液中的重金属可以再利用，延长了离子交换树脂的使用周期和寿命；
4、本发明的处理方法适用于工厂大量废液处理，不需要废液中转。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1-12
实施例1-12提供了一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，包括以下步骤：
(1)检测废液的pH值，用pH调节剂调节废液的pH，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸、盐酸、硝酸中的一种，实施例1-12废液调节后的pH值如下表1所示；
(2)检测废液中的氨氮含量和重金属含量，根据氨氮含量和重金属含量加入离子交换树脂，实施例1-12的废液体积、离子交换树脂的添加量、废液中的氨氮含量和重金属含量如下表1所示，所述离子交换树脂的结构式为：
(3)用空压机对步骤(2)的废液从底部进行鼓泡，鼓泡的时间为2h，使废液和离子交换树脂充分接触；
(4)将步骤(3)所得废液进行离心，离心转速为9000r/min，固液分离，得到处理后的废液，检测处理后的废液中的氨氮含量和重金属含量，结果如下表1所示。
表1
从表1中可以看出，本发明的方法可以同时处理废液中的氨氮和回收重金属，且氨氮的去除率高达97.8％，银的回收率高达99.9％。
实施例13-24
实施例13-24提供了一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，包括以下步骤：
(1)检测废液的pH值，用pH调节剂调节废液的pH，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸、盐酸、硝酸中的一种，实施例13-24废液调节后的pH值如下表1所示；
(2)检测废液中的氨氮含量和重金属含量，根据氨氮含量和重金属含量加入离子交换树脂，实施例13-24的废液体积、离子交换树脂的添加量、废液中的氨氮含量和重金属含量如下表2所示，所述离子交换树脂的结构式为：
(3)用空压机对步骤(2)的废液从底部进行鼓泡，鼓泡的时间为2h，使废液和离子交换树脂充分接触；
(4)将步骤(3)所得废液进行离心，离心转速为9000r/min，固液分离，得到处理后的废液，检测处理后的废液中的氨氮含量和重金属含量，结果如下表2所示。
表2
从表2中可以看出，本发明的方法可以同时处理废液中的氨氮和回收重金属，氨氮的去除率高达98.2％，铂的回收率为94.0％-99.9％。
实施例25-36
实施例25-36提供了一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，包括以下步骤：
(1)检测废液的pH值，用pH调节剂调节废液的pH，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸、盐酸、硝酸中的一种，实施例25-36废液调节后的pH值如下表1所示；
(2)检测废液中的氨氮含量和重金属含量，根据氨氮含量和重金属含量加入离子交换树脂，实施例25-36的废液体积、离子交换树脂的添加量、废液中的氨氮含量和重金属含量如下表3所示，所述离子交换树脂的结构式为：
(3)用空压机对步骤(2)的废液从底部进行鼓泡，鼓泡的时间为4h，使废液和离子交换树脂充分接触；
(4)将步骤(3)所得废液进行离心，离心转速为8000r/min，固液分离，得到处理后的废液，检测处理后的废液中的氨氮含量和重金属含量，结果如下表3所示。
表3
从表3中可以看出，本发明的方法可以同时处理废液中的氨氮和回收重金属，且氨氮的去除率高达98.8％，镍的回收率为93.6％-99.9％。
实施例37-48
实施例37-48提供了一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，包括以下步骤：
(1)检测废液的pH值，用pH调节剂调节废液的pH，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸、盐酸、硝酸中的一种，实施例37-48废液调节后的pH值如下表1所示；
(2)检测废液中的氨氮含量和重金属含量，根据氨氮含量和重金属含量加入离子交换树脂，实施例37-48的废液体积、离子交换树脂的添加量、废液中的氨氮含量和重金属含量如下表4所示，所述离子交换树脂的结构式为：
(3)用空压机对步骤(2)的废液从底部进行鼓泡，鼓泡的时间为2h，使废液和离子交换树脂充分接触；
(4)将步骤(3)所得废液进行离心，离心转速为5000r/min，固液分离，得到处理后的废液，检测处理后的废液中的氨氮含量和重金属含量，结果如下表4所示。
表4
从表4中可以看出，本发明的方法可以同时处理废液中的氨氮和回收重金属，且氨氮的去除率高达99.2％，镍的回收率为97.7％-99.9％。
对比例1-12
对比例1-12提供了一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，包括以下步骤：
(1)检测废液的pH值，用pH调节剂调节废液的pH，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸、盐酸、硝酸中的一种，对比例1-12废液调节后的pH值如下表1所示；
(2)在内径为3cm、长度为70cm的分离柱中填充吸附树脂，吸附树脂填充至分离柱长度的90％刻度处，将废液加入分离柱中一级、二级、三级、逐级过分离柱，所述吸附树脂为巯基吸附树脂；
(3)用空压机对步骤(2)的废液从底部进行鼓泡，鼓泡的时间为2h，得到处理后的废液，检测处理后的废液中的氨氮含量和重金属含量，结果如下表5所示。
表5
对比实施例13-24和对比例1-12的实验数据，可知，使用极性吸附树脂处理废液，极性吸附树脂仅能吸附废液中的重金属，从而回收重金属，重金属的回收率为96.4％-98.4％，但是其不能处理废液中的氨氮。
对比例13-24
对比例13-24提供了一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，包括以下步骤：
(1)检测废液的pH值，用pH调节剂调节废液的pH，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸、盐酸、硝酸中的一种，对比例13-24废液调节后的pH值如下表1所示；
(2)检测废液中的氨氮含量和重金属含量，根据氨氮含量和重金属含量加入金属捕捉剂和絮凝剂，对比例13-24的废液体积、金属捕捉剂的添加量为3g，絮凝剂的添加量为2g、废液中的氨氮含量和重金属含量如下表6所示，所述金属捕捉剂为二硫代氨基甲酸型螯合树脂，絮凝剂为硫酸铝；
(3)用空压机对步骤(2)的废液从底部进行鼓泡，鼓泡的时间为2h，使废液和离子交换树脂充分接触；
(4)将步骤(3)所得废液进行离心，离心转速为9000r/min，固液分离，得到处理后的废液，检测处理后的废液中的氨氮含量和重金属含量，结果如下表6所示。
表6
对比实施例13-24和对比例13-24的实验数据，可知，使用金属捕捉剂和絮凝剂处理废液，只是回收了废液中的重金属，但是并没有处理废液中的氨氮。
综上所述，本发明的方法可以同时处理废液中的氨氮和回收重金属，且重金属的回收率高达99.9％，回收率高；氨氮的去除率高达99.2％，去除率高。相比与现有技术中需要分两步处理的方法，本发明的方法只需要一步即可处理，简化了处理流程，减少了人力设备，节约了成本。
最后所应当说明的是，以上实施例用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用pH调节剂调节废液的pH值为3.5-10.5；
(2)根据废液中的氨氮含量和重金属含量加入离子交换树脂；
(3)用空压机对步骤(2)的废液从底部进行鼓泡，使废液和离子交换树脂充分接触；
(4)将步骤(3)所得废液进行固液分离，得到处理后的废液；
所述离子交换树脂的结构式如式1所示：
其中，R1、R2、R3、R4独自选自-NH2、-SO3H、-SH、-CHO、-COOH；
所述离子交换树脂的加入量为氨氮含量和重金属含量总质量的1倍-5倍；
所述重金属为银、钯、铂、镍中的任意一种。
2.如权利要求1所述处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，其特征在于，所述调节废液的pH值为5.5-8.5。
3.如权利要求1所述处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，其特征在于，所述离子交换树脂的加入量为氨氮含量和重金属含量总质量的1.3倍-2.7倍。
4.如权利要求1所述处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，其特征在于，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸、盐酸、硝酸中的一种。
5.如权利要求1所述处理废液中氨氮同时回收重金属的方法，其特征在于，所述鼓泡时间为2-4h。
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