CN116477805A - 一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理技术领域,公开一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,包括以下步骤:(1)废水进入调节池;(2)进入杂质过滤器;(3)进入化学氧化装置,利用次氯酸钠氧化废水中氨氮,破坏氨基磺酸钴的形态;(4)进入钠离子交换器,交换吸附钴离子,钠离子交换器的再生洗脱液去碱沉淀回收钴资源;(5)钠离子交换器出水进入海淡RO装置,产出淡水回用于生产;(6)海淡RO装置产出浓水进入蒸发装置,蒸发后得废盐和冷凝水,冷凝水回用于海淡RO装置,废盐委外处置。本发明处理含钴废水的同时回收了贵金属钴,既环保又经济。本发明处理后的废水,可以回用于生产,符合重点控制流域对于有效回收水资源的要求,实现了零排放。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域,特别是涉及一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺。
背景技术
化学镀钴是指在高温下通过化学作用,将钴离子催化还原成为金属钴,沉积在镀件表层,形成镀层。化学镀钴可获得各种十分不同的磁性能,所以广泛用于记忆存储器元件。化学镀钴在Ni(OH)2及泡沫镍上化学镀钴,可明显改善Ni—MH电池的大电流放。
化学镀钴液中含有大量的还原剂、络合剂和稳定剂等。化学镀钴废水主要来源于化学镀钴生产过程中的镀件清洗,其主要污染指标为络合钴(氨基磺酸钴)、COD、氨氮等。
随着社会工业化的快速发展,各种工业生产过程中大量重金属进入生态系统,引起严重的环境污染和资源浪费。钴离子是废弃物中常见的有毒有害重金属物质之一,其毒性大于汞、镉、铅、砷及铬,仅次于甲基汞。同时,钴产生毒效应的浓度范围很低,且具有生物积累性,极难降解消除。随着钴的使用日益增多,钴及其化合物大量进入环境,已经严重威胁到人体健康。因此,钴及其化合物已被列入水体优先控制污染物黑名单和我国地表水环境质量标准的监测指标体系。
中国专利CN111573991A公开一种化学镀综合废水处理方法,包括以下步骤:(1)废水除浮油,悬浮物;(2)废水氧化;(3)砂滤;(4)离子交换;(5)调节水质:步骤1和4中处理后的废水与发黑水和生活污水在调节池内曝气16-24h;(6)AO工艺;(7)接触氧化:经AO工艺处理后的废水进入接触氧化池,经鼓风机提供曝气,废水在接触氧化池内反应12-15h;(8)沉淀过滤;(9)污泥处理。该发明通过将各股生产废水先进行分质预处理,去除一类污染物,降低处理原水水质浓度。但是,该发明还存在以下缺点:(1)出水水质指标仅仅能够满足污染物排放标准;(2)若用于化学镀钴废水的处理,没有回收钴资源,造成钴资源浪费;(3)对于重点控制流域,没有回收水资源,造成水资源浪费。
中国专利CN108004406A公开了一种含镍钴废液处理工艺,所述含镍钴废液处理工艺包括:步骤S1:向含镍钴废液中加入中和剂以沉淀杂质形成废渣和富镍钴矿浆;步骤S2:采用超重力分级装置分离出富镍钴矿浆与废渣。该发明的含镍钴废液处理工艺,采用石灰乳沉淀的方法回收含镍钴原料浸出除杂后的镍钴有价金属,沉淀后采用超重力分级装置进一步富集镍钴。但是,该发明还存在以下缺点:(1)采用石灰乳沉淀的方法回收含镍钴,镍钴的纯度无法保证,适用性不理想;(2)无法用于化学镀钴废水的处理,化学镀工艺需加入大量络合剂使金属能稳定附着在材料表面,形成稳定而有效的镀层,但过量的络合物会与重金属离子发生反应产生稳定的螯合物,传统的重金属离子去除方法(中和)已无法将其有效去除;(3)对于重点控制流域,没有回收水资源,造成水资源浪费。
为了回收废水中有价元素、废水达标排放和减少固废排放,美国Tulsion采用CH-90是一款螯合大孔阳离子交换树脂,可以广泛应用在氯碱行业溶液净化,PTA行业中回收钴镁,电镀、化学镀废液以及漂洗水中去除或者回收重金属,甚至从EDTA螯合剂中去除钴镍铜等重金属,可将重金属精度做到0.1mg/L以下,达到废水排放标准,但该进口离子交换树脂价格贵,投资费用高,适用条件苛刻,运行费用甚高。
因此,亟需开发一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺。化学镀工艺需加入大量络合剂使金属能稳定附着在材料表面,形成稳定而有效的镀层,但过量的络合物会与重金属离子发生反应产生稳定的螯合物,传统的中和方法已无法将其有效去除。本发明中氨基磺酸钴化学镀清洗废水依次进入调节池、杂质过滤器、化学氧化装置,在化学氧化装置中利用次氯酸钠氧化废水中氨氮,从而破坏氨基磺酸钴的形态,成为简单的钴离子废水,进而在下一步的常规钠离子交换器中,交换吸附钴离子,再生洗脱液为高浓度的钴溶液,去碱沉淀达到回收钴资源的目的。
本发明为实现上述目的,采取以下技术方案予以实现:
一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,包括以下步骤:
(1)氨基磺酸钴化学镀清洗废水进入调节池,调节水量、均匀水质;
(2)进入杂质过滤器,去除废水中的浮油和悬浮物颗粒;
(3)进入化学氧化装置,利用次氯酸钠氧化废水中氨氮,破坏氨基磺酸钴的形态,成为简单的钴离子废水,控制废水的pH值为6.2~7.8;
(4)钴离子废水进入钠离子交换器,交换吸附钴离子,钠离子交换器的再生洗脱液去碱沉淀回收钴资源;所述钠离子交换器为含水球状弱酸型钠型阳离子交换树脂,结构为大孔型交叉键结聚苯乙烯,带有亚氨基二乙酸官能基;
(5)钠离子交换器出水经保安过滤器去除可能的树脂碎屑后,进入海淡RO装置,进一步去除水中的总溶解性固体;海淡RO装置产出淡水回用于生产,产出浓水总溶解性固体量大于15000~25000 mg/L;
(6)海淡RO装置产出浓水进入蒸发装置,蒸发后得废盐和冷凝水,冷凝水回用于海淡RO装置。
优选地,步骤(3)中利用次氯酸钠氧化废水中氨氮,破坏氨基磺酸钴的形态,成为简单的钴离子废水,具体是:1)废水进入氧化槽,设置废水的ORP范围在700±30mV,自动投加次氯酸钠;2)废水进入还原槽,设置废水的ORP范围在200±30mV,余氯通过自动投加焦亚硫酸钠还原剂去除;其中,步骤1)重复0~1次。
优选地,步骤(3)中,当质量(次氯酸钠)/质量(氨氮)值为10:1和11:1时,出水氨氮质量浓度分别小于10 mg /L和 6 mg /L。
优选地,步骤(4)中,所述钠离子交换器的粒径大小0.3~1.2mm,总交换容量1.0meq/ml (H),膨胀系数H→Na 25%,含水份45~50%,pH操作范围 0~14;操作工况如下:操作温度≤80℃,流速8~20BV/hr,逆洗膨胀空间50~70%,逆洗流速7~9 BV/hr,再生酸为4~6wt%的HCl或者2~3wt%的H2SO4,再生流速3.5~4.5 BV/hr,再生酸药剂量为HCl:140~180 g/L或者H2SO4:180~240g/L,慢洗流速为3.5~4.5BV/hr,转成Na离子流速4.5BV/hr,碱药量NaOH:40~140 g/L,慢洗流速为3 .5~4.5 BV/hr;再生洗脱液为硫酸钴或氯化钴溶液,常温下硫酸钴的质量浓度大于20%,常温下氯化钴的质量浓度大于30%,去碱沉淀回收钴资源。
优选地,步骤(1)中所述的调节水量、均匀水质具体是:废水停留时间不小于8小时,以有效调节水量;调节池内设有空气搅拌装置,曝气量按0.6m3/(m2·h),定时运行,以有效调匀水质。
优选地,步骤(2)中所述杂质过滤器分为二级,一级杂质过滤器精度为100um,以去除100um以上的浮油和悬浮物颗粒;二级杂质过滤器精度为20um,以去除100um以下、20um以上的浮油和悬浮物颗粒。
优选地,所述杂质过滤器设有自动压缩空气反冲洗装置,压缩空气压力5kgf/cm2以上,流量 500L/min以上,为无杂质及干燥压缩空气。
优选地,步骤(5)中,海淡RO装置产出淡水总溶解性固体量≤100~150mg/L。
优选地,步骤(6)中,所述蒸发装置采用机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发器。
优选地,步骤(6)中,所述废盐委外处置。
与现有技术相比,本发明具备以下有益效果:
本发明是一种化学镀钴废水的资源化处理工艺,特别是氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺。
本发明在化学氧化装置中利用次氯酸钠氧化废水中氨氮,从而破坏氨基磺酸钴的形态,成为简单的钴离子废水,进入常规钠离子交换器中,交换吸附钴离子,再生洗脱液为高浓度的钴溶液,去碱沉淀达到回收钴资源的目的。该工艺技术上切实可行,经济上合理,回收的钴资源纯度高,从而具有高价值。
本发明处理后的废水完全符合城市污水再生利用工业用水水质(GB19923-2005)中工艺与产品用水中要求,可以回用于生产,符合重点控制流域对于有效回收水资源的要求,实现了零排放。
本发明能够有效回收钴资源,处理含钴废水的同时回收了贵金属钴,既环保又经济。
附图说明
图1为本发明一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,如图1所示,包括以下步骤:
(1)氨基磺酸钴化学镀清洗废水进入调节池,废水停留时间不小于8小时,以有效调节水量;调节池内设有空气搅拌装置,曝气量按0.6m3/(m2·h),定时运行,以有效调匀水质。
(2)废水提升进入杂质过滤器,杂质过滤器设为二级,一级杂质过滤器精度为100um,以去除100um以上的浮油和悬浮物颗粒;二级杂质过滤器精度为20um,以去除100um以下、20um以上的浮油和悬浮物颗粒;杂质过滤器设有自动压缩空气反冲洗装置,压缩空气压力 5kgf/cm2以上, 流量 500L/min以上,为无杂质及干燥压缩空气。
(3)杂质过滤器出来的废水进入化学氧化装置,利用次氯酸钠(10%有效氯)氧化氨基磺酸钴化学镀清洗废水,可以氧化废水中氨氮,控制废水pH 值为6 .2~7.8,反应时间为20min。当质量(次氯酸钠)/质量(氨氮)值为 10 ∶1 和 11 ∶1 时, 出水氨氮质量浓度分别小于10 mg /L和6mg /L。次氯酸钠氧化废水氨氮去除的过程亦即破坏氨基磺酸钴的形态的过程,可满足要求。次氯酸钠氧化废水氨氮去除过程中 ORP 变化具有较好的规律性,设置ORP范围在700 ± 30mV, 可实现次氯酸钠的自动投加,药剂无浪费;化学氧化装置分为二级(如图1设置两个氧化槽),反应效率更高。余氯通过投加焦亚硫酸钠还原剂去除(如图1设置还原槽),设置 ORP 范围在200 ± 30mV ,余氯保障系统稳定,可实现自动加药,提高废水进入下道工序的安全性。
图1中的碱可以是氢氧化钠溶液,通过pH控制器1控制废水pH值为 6.2~7.8,自动加碱。
(4)转化形态的钴离子废水进入常规钠离子交换器2,交换吸附钴离子;采用含水球状弱酸型阳离子(钠型)交换树脂,结构为大孔型交叉键结聚苯乙烯,带有亚氨基二乙酸官能基,粒径大小 0.3~1.2mm,总交换容量1.0 meq/ml (H),膨胀系数H→Na 25%,含水份45~50%,pH操作范围 0~14。操作工况如下:操作温度≤80℃,流速8~20BV/hr,逆洗膨胀空间50~70%,逆洗流速7~9 BV/hr,再生酸为质量浓度为4~6%的HCl或者质量浓度为2~3%的H2SO4,再生流速3.5~4.5 BV/hr,再生酸药剂量为HCl:140~180 g/L或者H2SO4:180~240g/L,慢洗流速为3.5~4.5BV/hr,转成Na离子流速4.5BV/hr,碱药量NaOH:40~140 g/L,慢洗流速为3 .5~4.5 BV/hr。钠离子交换器出水精度达到钴离子0.1毫克/升以下,出水配置在线钴离子仪(LB-1000ZGL)3,配套自动隔膜阀系统,能够实现全自动运行和再生,整个系统一用一备(再生),可以全天连续运行。再生洗脱液为硫酸钴或氯化钴溶液,常温下硫酸钴的质量浓度大于20%,常温下氯化钴的质量浓度大于30%,去碱沉淀达到钴资源(有价金属)富集回收的目的。
(5)钠离子交换器出水的总溶解性固体量为1000~1500mg/L,对于重点控制流域,必须回收水资源。钠离子交换器出水经保安过滤器去除可能的树脂碎屑后,进入海淡RO装置,进一步去除水中的总溶解性固体。海淡RO装置(反渗透装置)主要由阻垢剂注入系统、高压泵、能量回收装置、反渗透膜元件、压力管、浓液水箱及仪器、仪表等组成。反渗透装置工作动力是压力差,由高压泵将经预处理的原水升压达到反渗透的工作压力,通常为5.0~6.9Mpa,使反渗透过程得以进行,即克服废水渗透压使水分子透过反渗透膜到淡水层。能量回收装置为降低系统能量消耗。膜组件采用世界先进的TFC型复合膜(国际著名品牌美国DOW公司),高脱盐率、高通量SW30-380膜元件,膜尺寸为标准的8″×40″;选择合理的排列组合,保证系统回收率达到指标75%左右。反渗透装置的预处理设计得越趋完善,膜元件的清洗次数就可减少,但无论预处理过程多么完善,在长期运行过程中,反渗透膜面上总会日积月累截留水中的各种污染物于膜表面,从而使膜性能下降,组件进、出口压差升高。为此,除日常启停装置前,进行低压冲洗外,需定期进行化学清洗,有时还需进行灭菌处理。清洗装置配备清洗溶液箱、清洗泵、清洗滤器。通过反渗透组件预留的清洗接口进行清洗,开机、停机淡水冲洗,置换出浓缩海水,防止在停运期间难溶无机盐类沉淀在膜表面,以保证系统的高效处理性能。海淡RO装置产出淡水总溶解性固体量≤100~150mg/L,可回用于生产,产出浓水总溶解性固体量大于15000~25000 mg/L。
(6)海淡RO装置产出浓水进入蒸发装置,采用机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发器,是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽,把电能转换成热能,提高二次蒸汽的焓,被提高热能的二次蒸汽打入蒸发室进行加热,以达到循环利用二次蒸汽已有的热能,从而可以不需要外部鲜蒸汽,通过蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。通过PLC、工业计算机(FA)、组态等形式来控制系统温度、压力、马达转速,保持系统蒸发平衡。从理论上来看,使用MVR蒸发器比传蒸发器节省80%以上的能源,节省90%以上的冷凝水,减少50%以上的占地面积。蒸发系统由MVR系统、蒸发结晶系统、自控制系统及相关辅助设施构成。蒸发器采用2205材质,压缩机的温升取18℃,沸点升高取12℃,采用热结晶生产工艺,二次分离器内设有旋流板式除沫器和丝网除沫器组合除沫。操作工况如下:蒸发温度为90℃,进料温度为25℃,出料温度为85~95℃,出料浓度(%TDS)为50%。MVR设备具有能耗低、不属于压力容器范畴、安全性能高、自动化程度高(可完全实现全自动运行)、人力成本低、管道堵塞几率低等优点。蒸发后冷凝水回RO装置,废盐委外处置。
与现有技术相比,本发明具备以下有益效果:
(1)本发明是一种化学镀钴废水的资源化处理工艺,特别是氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺。
(2)本发明在化学氧化装置中利用次氯酸钠氧化废水中氨氮,从而破坏氨基磺酸钴的形态,成为简单的钴离子废水,进入常规钠离子交换器中,交换吸附钴离子,再生洗脱液为高浓度的钴溶液,去碱沉淀达到回收钴资源的目的。该工艺技术上切实可行,经济上合理,回收的钴资源纯度高,从而具有高价值。
(3)本发明处理后的废水完全符合城市污水再生利用工业用水水质(GB19923-2005)中工艺与产品用水中要求,具体指标如下表所示(单位:mg/L):
可以回用于生产,符合重点控制流域对于有效回收水资源的要求,实现了零排放。
(4)本发明能够有效回收钴资源,处理含钴废水的同时回收了贵金属钴,既环保又经济。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例,在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)氨基磺酸钴化学镀清洗废水进入调节池,调节水量、均匀水质;
(2)进入杂质过滤器,去除废水中的浮油和悬浮物颗粒;
(3)进入化学氧化装置,利用次氯酸钠氧化废水中氨氮,破坏氨基磺酸钴的形态,成为简单的钴离子废水,控制废水的pH值为6.2~7.8;
(4)钴离子废水进入钠离子交换器,交换吸附钴离子,钠离子交换器的再生洗脱液去碱沉淀回收钴资源;所述钠离子交换器为含水球状弱酸型钠型阳离子交换树脂,结构为大孔型交叉键结聚苯乙烯,带有亚氨基二乙酸官能基;
(5)钠离子交换器出水经保安过滤器去除可能的树脂碎屑后,进入海淡RO装置,进一步去除水中的总溶解性固体;海淡RO装置产出淡水回用于生产,产出浓水总溶解性固体量大于15000~25000 mg/L;
(6)海淡RO装置产出浓水进入蒸发装置,蒸发后得废盐和冷凝水,冷凝水回用于海淡RO装置。
2.根据权利要求1所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,步骤(3)中利用次氯酸钠氧化废水中氨氮,破坏氨基磺酸钴的形态,成为简单的钴离子废水,具体是:1)废水进入氧化槽,设置废水的ORP范围在700±30mV,自动投加次氯酸钠;2)废水进入还原槽,设置废水的ORP范围在200±30mV,余氯通过自动投加焦亚硫酸钠还原剂去除;其中,步骤1)重复0~1次。
3.根据权利要求1所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,步骤(3)中,当质量(次氯酸钠)/质量(氨氮)值为10:1和11:1时,出水氨氮质量浓度分别小于10 mg /L和 6 mg /L。
4.根据权利要求1所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,步骤(4)中,所述钠离子交换器的粒径大小0.3~1.2mm,总交换容量1.0 meq/ml (H),膨胀系数H→Na 25%,含水份45~50%,pH操作范围 0~14;操作工况如下:操作温度≤80℃,流速8~20BV/hr,逆洗膨胀空间50~70%,逆洗流速7~9 BV/hr,再生酸为4~6wt%的HCl或者2~3wt%的H2SO4,再生流速3.5~4.5 BV/hr,再生酸药剂量为HCl:140~180 g/L或者H2SO4:180~240g/L,慢洗流速为3.5~4.5BV/hr,转成Na离子流速4.5BV/hr,碱药量NaOH:40~140 g/L,慢洗流速为3 .5~4.5 BV/hr;再生洗脱液为硫酸钴或氯化钴溶液,常温下硫酸钴的质量浓度大于20%,常温下氯化钴的质量浓度大于30%,去碱沉淀回收钴资源。
5.根据权利要求1所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,步骤(1)中所述的调节水量、均匀水质具体是:废水停留时间不小于8小时,以有效调节水量;调节池内设有空气搅拌装置,曝气量按0.6m3/(m2·h),定时运行,以有效调匀水质。
6.根据权利要求1所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,步骤(2)中所述杂质过滤器分为二级,一级杂质过滤器精度为100um,以去除100um以上的浮油和悬浮物颗粒;二级杂质过滤器精度为20um,以去除100um以下、20um以上的浮油和悬浮物颗粒。
7.根据权利要求6所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,所述杂质过滤器设有自动压缩空气反冲洗装置,压缩空气压力5kgf/cm2以上,流量500L/min以上,为无杂质及干燥压缩空气。
8.根据权利要求1所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,步骤(5)中,海淡RO装置产出淡水总溶解性固体量≤100~150mg/L。
9.根据权利要求1所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,步骤(6)中,所述蒸发装置采用机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发器。
10.根据权利要求1所述的一种氨基磺酸钴化学镀清洗废水零排放处理工艺,其特征在于,步骤(6)中,所述废盐委外处置。
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PB01 | Publication | ||
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