申请日2018.01.31
公开(公告)日2018.06.29
IPC分类号C02F9/04; C02F9/06; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种树脂吸脱附‑扩散渗析处理含重金属废水的方法，属于废水处理和资源化回用领域，具体地说，涉及一种树脂吸脱附和扩散渗析联用对含重金属废水的资源化方法。所述方法包括用树脂吸附含重金属废水，随后用盐溶液使树脂脱附再生，然后用扩散渗析法分离重金属和盐，其中盐回收套用于脱附再生步骤。本发明方法中，除了使重金属分离并富集，盐溶液可再次回收套用，最后的排放水中重金属浓度降至0.01mg/L以下，极大地降低了生产成本和环境污染，符合目前国家的节能减排产业政策，适宜工业化推广。
权利要求书
1.一种树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于：
(A)将含重金属离子的废水通过树脂，使树脂吸附饱和，所得第一出水达标排放;
(B)在吸附穿透的树脂中添加盐溶液作为脱附剂，使树脂再生，所述盐包括氯化钠或氯化钾;
(C)将来自步骤(B)的含重金属离子和盐的脱附液和水分别加入扩散渗析器的脱附液和水注入口，分别得到高盐出水和富含重金属离子的第一残液;
(D)用电沉积法或化学沉淀法处理所述第一残液，得到重金属富集物和第二残液，所述重金属富集物作为固废或工业副产，所述第二残液中重金属浓度降低至5mg/L以下，与步骤(A)中的含重金属离子的废水合并后经树脂处理达标排放，高盐出水作为步骤(B)的树脂脱附剂循环使用。
2.根据权利要求1所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，步骤(A)中所述重金属包括铜、镍、锌、铅、铬、锰或镉中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，步骤(A)中所述树脂的骨架选自聚苯乙烯二乙烯苯或聚丙烯酸，骨架上键联的官能基团选自磺酸基、磷酸基、羧酸基、亚氨基或酚羟基，所负载的纳米颗粒选自氧化铁、氧化锆或氧化锰中的一种或几种的复合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，步骤(B)在常温，pH中性条件下，在吸附穿透的树脂中以0.5-2BV/h的速率添加5-10%盐溶液作为脱附剂，使树脂再生。
5.根据权利要求2所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，步骤(C)所得高盐出水中重金属离子含量小于脱附液中重金属离子浓度的5%。
6.根据权利要求2所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，将步骤(D)的高盐出水回收配制成5-10%的盐含量再返回到步骤(B)作为脱附剂。
7.根据权利要求4所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，所述步骤(A)中，将重金属离子含量为1-5mg/L，pH为4-8的废水以1-20BV/h速率通过树脂，总计1000-5000BV，使树脂吸附饱和，第一出水重金属含量小于0.01mg/L。
8.根据权利要求1或3所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，步骤(D)中用电沉积法或化学沉淀法处理所述重金属富集物回收重金属。
9.根据权利要求4所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，所述盐包括氯化钠或氯化钾。
10.根据权利要求9所述的树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其特征在于，步骤(C)中所述脱附液流速与水的流速比为1:1.12～1:1.75，所述脱附液流速为1L/h～5000L/h，步骤(D)中所述第二残液按照1:1000比例持续加入步骤(A)中所述含重金属离子废水。
说明书
一种树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理工业生产领域，涉及一种树脂脱附液中重金属和盐的资源化回用方法，具体地说，涉及一种树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法。
背景技术
随着工矿业的发展和城市化进程的加快，重金属开采、冶炼、加工、电子电镀、制革等过程中产生的废水，以及未经适当处理就直接排放的生活污水，造成江河湖泊等水体的重金属污染。所述重金属包括铜、镍、锌、铅、铬、锰、镉等一种或几种。即使浓度很小，但因为重金属的生物累积性，它们对环境、生物体和人类具有剧烈毒性，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体造成很大危害。为有效去除水体中的这类重金属离子污染，世界各国开发了多种方法，包括化学沉淀法、电解法、电凝法、絮凝法、改性氧化真菌封存法、吸附法、以及液膜法等，其中使用阴、阳离子树脂复合吸附剂的吸附法被认为是最经济有效的方法之一。为了提高树脂利用率并回收重金属离子，在吸附重金属离子后往往需要使用洗脱液使树脂脱附再生。
常用的阴、阳离子树脂吸附剂吸附容量大，但吸附过的残液中重金属离子含量仍然较高。为了对含重金属离子的废水进行深度净化，使吸附后的排出液中所含重金属离子浓度降至0.01mg/L以下，可对重金属离子含量为1-5mg/L的废水使用负载纳米金属氧化物或水合氧化物的离子树脂复合吸附剂来处理。常用的阳离子树脂吸附剂的脱附再生需要使用强酸来洗脱，但负载纳米金属氧化物和水合氧化物的离子树脂复合吸附剂的脱附再生不能使用强酸来洗脱，当使用酸洗时，会造成所负载的氧化物脱离离子树脂的孔道，影响吸附效率。这时必须使用盐溶液作为洗脱剂，也因此面临脱附液中含有大量盐的问题。
中国发明专利，申请号为：200910264219.1，公开了一种膜法分离回收酸洗废液中重金属盐和无机酸的工艺，其具体步骤为:通过无机陶瓷膜过滤去除酸洗废液中固体悬浮物;陶瓷膜渗透液经过扩散渗析实现酸和盐的分离，而该专利是针对强酸性废液中，重金属和无机酸的工艺。
中国发明专利，申请号为：201610557950.3，公开了一种重金属废水的零排放方法，在调节水池中通入空气并且对废水进行搅拌，通入空气和搅拌的过程中加入生石灰，纯碱，硫酸或盐酸，再加入氢氧化钠并进行搅拌，然后在沉淀池中使得氢氧化物沉淀实现固液分离，对分离后的水调节pH至7，将调节成中性的水依次经过石英砂过滤器、微滤和纳滤，除去浸出液中杂质，再采用选择性吸附功能膜以膜过滤的方式进一步处理，用自来水冲洗膜，将膜表面非亲和吸附的杂质冲掉，用低温蒸汽对净化过滤水进行蒸发结晶处理并分列排出供回用的净化水和盐;该发明方法进入浓水反渗透之前的重金属离子、钙镁等硬度离子、硅、COD及其他污染物除去，提高蒸发结晶器的运行稳定性。该专利中所用的吸附功能膜是反渗透膜或纳滤膜，不是离子交换膜。使用反渗透膜除了水，其他离子都不能通过，而纳滤膜虽可分离单价阴离子盐溶液和高价阴离子盐溶液，但无论是反渗透膜还是纳滤膜，都必须是带压工作的，能耗大。
中国发明专利，申请号：201210001029.2，公开了一种脱除水中重金属离子的方法，其技术原理是利用离子交换膜的交换作用，使得水中污染物重金属离子由浓度高的一侧渗透至浓度低的一侧，浓度低的一侧施加碱性或碳酸盐或硫化盐溶液，使得重金属离子形成难溶性氢氧化物或碳酸盐或硫化盐得以沉淀去除。该发明将膜分离和化学沉淀过程有机联系在一起，实现了重金属的膜渗析和沉淀去除同步进行。该发明是利用接受液中不断消耗重金属离子、降低其浓度，以便促进重金属的渗透;形成的化学沉淀易堵塞膜孔道，抑制膜通量。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术中重金属离子废水使用负载纳米氧化物的阳离子交换树脂吸附后不适合用酸脱附，只能用盐溶液脱附再生，所得的脱附液含高浓度的盐和重金属，不适合直接用电沉积法或化学沉淀法分离重金属和盐的问题，本发明提供一种树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法。它可以使用扩散渗析法处理脱附液，将重金属分离出来，所分离的盐可回用在脱附液中。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法，其步骤为：
(A)将含重金属离子的废水通过树脂，使树脂吸附饱和，所得第一出水达标排放;
(B)在吸附穿透的树脂中添加盐溶液作为脱附剂，使树脂再生，所述盐包括氯化钠或氯化钾;
(C)将来自步骤(B)的含重金属离子和盐的脱附液和水分别加入扩散渗析器的脱附液和水注入口，分别得到高盐出水和富含重金属离子的第一残液;
(D)用电沉积法或化学沉淀法处理所述第一残液，得到重金属富集物和第二残液，所述重金属富集物作为固废或工业副产，所述第二残液中重金属浓度降低至5mg/L以下，与步骤(A)中的含重金属离子的废水合并后经树脂处理达标排放，高盐出水作为步骤(B)的树脂脱附剂循环使用。
优选地，步骤(A)中所述重金属包括铜、镍、锌、铅、铬、锰或镉中的一种或几种。
优选地，步骤(A)中所述树脂的骨架选自聚苯乙烯二乙烯苯或聚丙烯酸，骨架上键联的官能基团选自磺酸基、磷酸基、羧酸基、亚氨基或酚羟基，所负载的纳米颗粒选自氧化铁、氧化锆或氧化锰中的一种或几种的复合物。
优选地，步骤(B)在常温，pH中性条件下，在吸附穿透的树脂中以0.5-2BV/h的速率添加5-10%盐溶液作为脱附剂，使树脂再生。
优选地，步骤(C)所得高盐出水中重金属离子含量小于脱附液中重金属离子浓度的5%。
优选地，将步骤(D)的高盐出水回收配制成5-10%的盐含量再返回到步骤(B)作为脱附剂。
优选地，所述步骤(A)中，将重金属离子含量为1-5mg/L，pH为4-8的废水以1-20BV/h速率通过树脂，总计1000-5000BV，使树脂吸附饱和，出水重金属含量小于0.01mg/L。
优选地，步骤(D)中用电沉积法或化学沉淀法处理所述重金属富集物回收重金属。
优选地，所述盐包括氯化钠或氯化钾。
优选地，步骤(C)中所述脱附量为实验室规模至工业化规模，所述脱附液流速与水的流速比为1:1.12～1:1.75，所述脱附液流速为1L/h～5000L/h，步骤(D)中所述第二残液按照1:1000比例持续加入步骤(A)所述含重金属离子废水中。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明针对含1-5mg/L低浓度重金属离子的废水，使用树脂吸附剂持续吸附重金属使得经吸附处理过的液体中重金属离子浓度低于0.01mg/L，再用盐溶液冲洗所得吸附穿透的树脂得到高浓度重金属高浓度盐溶液，再选择合适的扩散渗析装置分离重金属和盐溶液，本发明的废水处理过程中不使用酸溶液，因此无需防酸腐蚀的特种设备，也无需添加碱来中和，节省工序和成本。
(2)本发明用于脱附的盐溶液可以再次回收套用，极大地降低了生产成本和环境污染，符合目前国家的节能减排产业政策，适宜工业化推广。
(3)现有技术中的扩散渗析法的水膜通量很低，不适合大水量的废水治理工业化应用;本发明创造性地用于处理小水量的含重金属离子和盐的脱附液，分别得到盐溶液和含重金属离子的残液;盐溶液作为脱附剂回收利用，含重金属离子的残液用电沉积法或化学沉淀法处理得到重金属富集物，一方面降低成本，减少污染;另一方面，可以实现资源化处理重金属废水。处理后残液按照比例返回至来水的含重金属废水中，继续循环处理。
(4)本发明利用树脂吸附重金属废水，饱和后，先用盐溶液对树脂脱附，扩散渗析法将脱附废液中的重金属和盐溶液分离，综合了树脂吸附和扩散渗析法的优点，可以实现重金属废水的资源化处理。
(5)本发明使用树脂吸附剂，使用诸如氯化钠或氯化钾的盐溶液作为脱附剂，并使用扩散渗析技术联合处理含1-5mg/L重金属离子的废水，扩散渗析后得到的氯化钠或氯化钾盐溶液可再回用作树脂脱附剂，整个工艺流程只排出第一出水及作为固废或工业副产的回收重金属，其中第一出水所含重金属离子浓度低于0.01mg/L，达标排放，从而实现重金属和盐的有效资源化利用，节省成本，适应大规模处理的需要。
