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離子交換法處理含鎳廢水工藝分析
一、概述
鍍鎳作為一種常用的表面處理技術(shù),被廣泛的應(yīng)用于電子、汽車、機械等多種行業(yè)。含Ni2+的廢水對人體健康和生態(tài)環(huán)境有著嚴(yán)重危害。含鎳廢水的常見處理方法有化學(xué)沉淀法、真空蒸發(fā)回收、電滲析、反滲透及離子交換樹脂吸附等。化學(xué)沉淀法成本低,但產(chǎn)生的固廢需要二次處理;真空蒸發(fā)法能耗大;電滲析、反滲透法需要較大的設(shè)備投資和能耗,而且存在膜易受污染的問題。
離子交換技術(shù)因出水水質(zhì)好,可回收有用物質(zhì),適用于處理濃度低而廢水量大的鍍鎳廢水等優(yōu)點,曾得到廣泛的應(yīng)用。離子交換法應(yīng)用于鍍鎳廢水處理的主要功能有:
(1)去除重金屬鎳離子,以應(yīng)對日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn);
(2)回收廢水中有價值的金屬鎳;
(3)提高水的循環(huán)利用率,節(jié)約日益匱乏的水資源;
(4)減少環(huán)境污染。 隨著人們對鍍鎳廢水資源化的興趣越來越濃厚,離子交換技術(shù)作為電鍍廢水深度處理的有效方法再度引起重視。
二、原理
離子交換樹脂是具有三維空間結(jié)構(gòu)的不溶性高分子化合物,其功能基可與水中的離子起交換反應(yīng)。鍍鎳廢水中的Ni2+離子采用陽離子交換樹脂吸附。所用樹脂可以是強酸性陽樹脂也可以是弱酸性陽樹脂,本文以弱酸性陽樹脂為例。采用弱酸性陽樹脂交換時,通常將樹脂轉(zhuǎn)為Na型。另國產(chǎn)螯合樹脂基本使用鈉型處理，用氫型處理效果不是很好，而進口樹脂如杜笙螯合樹脂CH-90不管用氫型還是鈉型，處理的效果和精度是一樣的，只是氫型交換量相對會低一點。含Ni2+廢水流經(jīng)Na型弱酸性陽樹脂層時,發(fā)生如下交換反應(yīng):
2R-COONa+Ni2+→(R-COO)2Ni+2Na+
水中的Ni2+ 被吸附在樹脂上,而樹脂上的Na+ 便進入水中。 當(dāng)全部樹脂層與Ni2+交換達(dá)到平衡時,用一定濃度的HCl或H2SO4再生。
(R-COO)2Ni+H2SO4→2R-COOH+NiSO4
此時樹脂為H型,需用NaOH轉(zhuǎn)為Na型,如下：
R-COOH+NaOH→RCOONa+H2O
如此樹脂可重新投入運行,進入下一循環(huán)。廢水經(jīng)處理后可回清洗槽重復(fù)使用,洗脫得到的硫酸鎳經(jīng)凈化后可回鍍槽使用。
三、工藝方案論證
1.樹脂的選擇
目前能處理含鎳廢水的樹脂很多,其性能和特點各不相同,所以選擇合適的樹脂是工藝中一個主要的問題。 能夠用于處理含鎳廢水的樹脂中以弱酸性陽離子交換樹脂（也就是螯合樹脂）較多，而強酸性陽樹脂也能吸附鎳離子,但是此款樹脂容易受含鎳廢水中鹽分，鈣鎂的影響。故工廠含鎳廢水多選用交換容量高、交換速度快、容易再生、機械強度高、膨脹度小的弱酸陽樹脂（螯合樹脂）。
2.樹脂的預(yù)處理 （進口與國產(chǎn)）
(1)國產(chǎn)新樹脂,先用熱水反復(fù)浸洗,水溫以60-70為宜,15分鐘換水一次,洗至泡沫很少為止。
(2)用二倍樹脂體積的硫酸銨浸洗30分鐘。
(3)水洗至PH5(用去離子水)。
(4)用二倍樹脂體積4％多的Na0H浸洗30分鐘。
(5)水洗至pH9,待用。
(6) 進口樹脂，如杜笙tulsion CH-90，出廠已經(jīng)是活化處理好為鈉型，使用前只需要用清水逆流沖洗30分鐘即可。
離子交換處理鍍鎳廢水,以前主要是固定床雙柱串聯(lián)工藝流程,近年來與移動床鍍鉻廢水處理一樣,發(fā)展到移動床鍍鎳廢水處理。其功能越來越全,占地越來越小。為不使設(shè)備在飽和樹脂排放再生以后影響廢水的交換,裝置上備有樹脂儲存斗一只,為使設(shè)備功能齊全,操作方便,裝置包括水泵、流量計、過濾器、氣泵、樹脂再生系統(tǒng)以及電源控制部分。
3.廢水處理工藝流程
(1).廢水的交換：
工作時,水泵將含鎳廢水從廢水池抽入過濾器,廢水從過濾器出來,經(jīng)流量計后逆流進交換柱,從交換柱頂部出來的水,就是己經(jīng)去除了Ni2+離子的水了（順流進水還是逆流進水可以根據(jù)具體的設(shè)計工藝要求選擇）,其反應(yīng)如下:
2R-COONa+Ni2+→(R-COO)2Ni+2Na+
漂洗廢水中除含有Ni2+外,還有自來水中含有的CaZ+、MgZ+ 等其它陽離子,有如下反應(yīng):
2R-COONa+MgZ+=(RCOO)2Mg+2Na+ 2R-COONa+CaZ+=(RCOO)2Ca+2Na+
在正常情況下,陽離子在交換柱內(nèi)的分布如圖：
從有機玻璃交換柱可以潔晰地看到,樹脂被壓力水均勻地托起,被托起的樹脂層與布水板之間距離約100毫米,隨著吸附的進行,吸附了鎳離子變成綠色的樹脂交換帶,明顯地由下而上逐步推移。當(dāng)交換帶移至交換柱三分之二處時,交換柱底部樹脂顏色已很深,達(dá)到了飽和。螯合樹脂就需要作再生處理了。
(2).廢水處理流程：
弱酸性陽樹脂CH-90對水中各種陽離子在濃度相同的情況下,對陽離子的交換順序為: Cu2+>Pb2+>Ni2+>Co2+>Cd2+>Fe3+>Mn2+>Mg2+>Ga2+>>Na+
2.樹脂的再生
再生時,由于樹脂收縮膨脹率較高,即樹脂吃飽Ni2+后,體積縮小30-40%,當(dāng)樹脂再生轉(zhuǎn)成Na+型后,又將恢復(fù)到原來的體積. 樹脂再生時,先用再生樹脂體積2倍的H2SO4或HCL溶液(3%-5%)順流再生,并直接回收再生反應(yīng)如下：
(R-COO)2Ni+2H+→2RCOOH+Ni2+
待樹脂全部再生后,用水正反沖洗洗凈,然后用2倍再生樹脂體積4％-5%的NaOH溶液流過樹脂,將樹脂轉(zhuǎn)成鈉型(轉(zhuǎn)成鈉型后,Ni2+容易吸附交換,交換量更大)。轉(zhuǎn)型后的樹脂體積將增加30％以上,這時用軟水(或純水)充分淋洗樹脂（約2倍樹脂體積）.從而完成了廢水處理、樹脂再生的全過程。
運行方式：對于樹脂運行與再生是順流還是逆流。一般是順流運行，逆流再生和清水正反洗，運行方式可根據(jù)實際工藝具體確認(rèn)。
四、結(jié)束語
隨著新型大孔型離子交換樹脂和離子交換連續(xù)化工藝的不斷涌現(xiàn),在鍍鎳廢水深度處理、高價金屬鎳鹽的回收等方面,離子交換技術(shù)越來越展現(xiàn)出其它方法難以匹敵的優(yōu)勢。為了提高水的循環(huán)利用率和符合日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),預(yù)期的離子交換技術(shù)將與微機控制技術(shù)聯(lián)用,使設(shè)備設(shè)計走向定型化、自動化,開創(chuàng)廢水處理領(lǐng)域一片新天地。
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