CN107512806A - 离子交换树脂废水零排放处理方法 - Google Patents

离子交换树脂废水零排放处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明所提供的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，涉及废水处理领域，目的在于提供一种成本低、环保的废水处理方法。本发明包括如下步骤：S01：阴阳离子交换：废水依次通入阳离子交换器和阴离子交换器；其间阳离子交换器提取出酸再生废液，阴离子交换器提取出碱再生废液；S02：扩散渗析：酸再生废液通入扩散渗析阴膜，形成酸再生液和废酸液；碱再生废液通入扩散渗析阳膜，形成碱再生液和废碱液；S03：中和分离：扩散渗析废酸液和扩散渗析废碱液分别通入中和分离单元，扩散渗析废酸液和扩散渗析废碱液经过中和，有机物通过气浮排出，二价及二价以上离子形成沉淀；剩余的为中和废液；S04：双极膜：中和废液通入双极膜单元，最终被转换成酸再生液和碱再生液；剩余的为淡盐水。

Description

离子交换树脂废水零排放处理方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及离子交换树脂废水零排放处理方法。
背景技术
目前，在制备纯水的众多技术中，采用离子交换树脂脱盐制备纯水的技术仍然占据主导地位，该技术主要用于电子、能源、化工、食品以及制药等领域的纯水制备。常用的阳离子交换树脂为H型强酸性阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为OH型强碱性阴离子交换树脂，它们分别可与进水盐分中的阳离子、阴离子进行交换，得到纯水。失去交换能力的树脂，可采用酸碱进行再生，使其恢复交换能力。
这种酸碱再生离子交换树脂的方法存在诸多问题，如酸碱的运输与储存不便，酸碱药剂利用率低，离子交换树脂在运行过程中再生废水量较大，约占制水量的10％-20％。为了节约企业用水成本，减少排污，需对此废水进行回用处理。此废水含盐量较高、硬度较高，且含有COD，造成处理难度高、成本大等问题。如何开发一种再生废水零排放的离子交换器工艺成为一种迫切的技术需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、环保的离子交换树脂废水零排放处理方法。
本发明提供了一种离子交换树脂废水零排放处理方法，包括如下步骤：
S01：阴阳离子交换：废水依次通入阳离子交换器和阴离子交换器；其间阳离子交换器提取出酸再生废液，阴离子交换器提取出碱再生废液；剩余的为清洁的离子交换产水；
S02：扩散渗析：酸再生废液通入扩散渗析阴膜，形成酸再生液和废酸液；碱再生废液通入扩散渗析阳膜，形成碱再生液和废碱液；
S03：中和分离：扩散渗析废酸液和扩散渗析废碱液分别通入中和分离单元，扩散渗析废酸液和扩散渗析废碱液经过中和，有机物通过气浮排出，二价及二价以上离子形成沉淀；剩余的为中和废液；
S04：双极膜：中和废液通入双极膜单元，最终被转换成酸再生液和碱再生液；剩余的为淡盐水。
优选地，步骤S01中所述阳离子交换器选用氢型阳离子交换器，其内填充强酸性阳离子树脂；废水中的阳离子与强酸性阳离子交换树脂中的氢离子交换后，产生酸再生废液和阳离子交换产水；阴离子交换器选用氢氧根型阴离子交换器，其内填充强碱性阴离子树脂；阳离子交换产水进入阴离子交换器后，废水中的阴离子与强碱性阳离子交换树脂中的氢氧根离子交换后，产生碱再生废液和清洁的离子交换产水。
优选地，步骤S01中所述的阳离子交换器设有管路与储酸***和阳离子交换产水存贮***相连；阴离子交换器设有管路与储碱***和清洁的离子交换产水存贮***相连；此外阳离子交换器和阴离子交换器的PH介于1-14之间。
优选地，步骤S02中所述扩散渗析装置由核心部件膜堆以及前后夹板组成；其中膜堆由支撑板、密封垫、扩散渗析用阴/阳离子交换膜、密封垫、带流道的隔网、密封垫、扩散渗析阴/阳离子交换膜、密封垫、支撑板依次排列压紧组成；扩散渗析装置中带隔板的流道均
优选地，步骤S02中所述的扩散渗析装置在回收废酸时，所用扩散渗析膜为阴离子交换膜；扩散渗析装置在回收废碱时，所用扩散渗析膜为阳离子交换膜；扩散渗析离子交换膜数量为5-200层。
优选地，步骤S02中所述的扩散渗析装置分离回收的酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或是它们的混合物，酸回收率达到95％以上，酸浓度为0.3-8mol/L；扩散渗析装置分离回收的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或是它们的混合物，碱回收率达到95％以上，碱浓度为0.5-10mol/L。
优选地，步骤S02中所述的扩散渗析装置中使用的扩散渗析离子交换膜规格为酸型扩散渗析膜堆TRHD-16080/400和碱型扩散渗析膜堆TRHD-8040/200
优选地，步骤S03中中和分离持续时间为10-100min，中和后废液的PH范围为6.5-8.5。
优选地，步骤S03中双极膜膜堆中的阳极采用钛涂钌电极，阴极采用不锈钢电极；双极膜电渗析采用三隔室组装，每组隔室由一张双极膜、一张均相阴离子交换膜、一张均相阳离子交换膜组成，其中双极膜的阳面与均相阴离子交换膜之间构成酸室，均相阴离子交换膜与均相阳离子交换膜之间构成盐室，均相阳离子交换膜与双极膜的阴面之间构成碱室；此外阴离子交换膜是季铵盐型阴膜的，阳离子交换膜为磺酸型阳膜，双极膜为BPM-1型单片型双极膜。
优选地，步骤S03中双极膜电渗析装置，进水为扩散渗析产水中的废酸液和废碱液经过中和后的废液，酸室与碱室进水为自来水，极液进水为0.5-2mol/L的Na2SO4溶液；电流密度为50-500A/m2，膜表面流速为2-8cm/s；双极膜电渗析装置运行时采用局部进水的方式，使酸室和碱室回收的酸液和碱液浓度在1-10％左右，当酸室或者碱室中溶液浓度达到预设值时，则排出，重新进自来水，如此循环；当盐室中废水的浓度，达到预设浓度时，则排出再加入新的处理后的浓盐水废水，循环进行。
本发明一种离子交换树脂废水零排放处理方法依次通过阴阳离子交换、扩散渗析、中和分离和双极膜四个步骤对废水进行处理，以较低的成本实现了对废水的处理，并产出副产品稀酸、稀碱和多价离子沉降物，实现了废水的零排放，避免了对环境的污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一种离子交换树脂废水零排放处理方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所提供的离子交换树脂废水零排放处理方法，包括如下步骤：
S01：阴阳离子交换：废水依次通入阳离子交换器和阴离子交换器；其间阳离子交换器提取出酸再生废液，阴离子交换器提取出碱再生废液；剩余的为清洁的离子交换产水。阴阳离子交换能够将废水中所含的钙、镁等离子交换出来，为了保证剩余的离子交换产水的硬度低于0.03mmol/L，需要控制阳离子交换器和阴离子交换器的PH分别介于1-14之间。所述阳离子交换器选用氢型阳离子交换器，其内填充强酸性阳离子树脂。废水中的阳离子与强酸性阳离子交换树脂中的氢离子交换后，产生酸再生废液和阳离子交换产水；阴离子交换器选用氢氧根型阴离子交换器，其内填充强碱性阴离子树脂。阳离子交换产水进入阴离子交换器后，废水中的阴离子与强碱性阳离子交换树脂中的氢氧根离子交换后，产生碱再生废液和清洁的离子交换产水。所述的阳离子交换器设有管路与储酸***和阳离子交换产水存贮***相连；阴离子交换器设有管路与储碱***和清洁的离子交换产水存贮***相连。此外阳离子交换器和阴离子交换器的PH介于1-14之间。
S02：扩散渗析：酸再生废液通入扩散渗析阴膜，形成酸再生液和扩散渗析废酸液；碱再生废液通入扩散渗析阳膜，形成碱再生液和扩散渗析废碱液；其中扩散渗析废酸液中包含废酸和金属离子；扩散渗析废碱液中包含废碱和金属离子。为了保证扩散渗析对酸和碱的回收率介于60～80％之间，金属离子的截留率介于95～99％之间，扩散渗析的PH介于1-14之间。所述扩散渗析装置由核心部件膜堆以及前后夹板组成。其中膜堆由支撑板、密封垫、扩散渗析用阴/阳离子交换膜、密封垫、带流道的隔网(设有两个流道，一个流道是废酸/碱液流动的通道，另一个是回收的酸/碱液流动的通道)、密封垫、扩散渗析阴/阳离子交换膜、密封垫、支撑板依次排列压紧组成。扩散渗析装置中带隔板的流道均匀。所述的扩散渗析装置在回收废酸时，所用扩散渗析膜为阴离子交换膜；扩散渗析装置在回收废碱时，所用扩散渗析膜为阳离子交换膜。一般情况下扩散渗析离子交换膜数量为5-200层，根据客户需求和酸/碱液浓度选择相应的离子交换膜的层数。所述的扩散渗析装置分离回收的酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或是它们的混合物，酸回收率达到95％以上，酸浓度为0.3-8mol/L；扩散渗析装置分离回收的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或是它们的混合物，碱回收率达到95％以上，碱浓度为0.5-10mol/L。所述的扩散渗析装置中使用的扩散渗析离子交换膜规格为北京廷润公司生产的酸型扩散渗析膜堆TRHD-16080/400和碱型扩散渗析膜堆TRHD-8040/200。
S03：中和分离：扩散渗析废酸液和扩散渗析废碱液分别通入中和分离单元，扩散渗析废酸液和扩散渗析废碱液经过中和，有机物通过气浮排出，二价及二价以上离子形成沉淀；剩余的为中和废液。为了保证多价金属离子完全沉降，通常中和分离需要持续时间为10-100min。中和分离持续时间为10-100min，中和后废液的PH范围为6.5-8.5，优选值为7.0。双极膜膜堆中的阳极采用钛涂钌电极，阴极采用不锈钢电极；双极膜电渗析采用三隔室组装，每组隔室由一张双极膜、一张均相阴离子交换膜、一张均相阳离子交换膜组成，其中双极膜的阳面与均相阴离子交换膜之间构成酸室，均相阴离子交换膜与均相阳离子交换膜之间构成盐室，均相阳离子交换膜与双极膜的阴面之间构成碱室。此外阴离子交换膜是季铵盐型阴膜的，阳离子交换膜为磺酸型阳膜，双极膜为BPM-1型单片型双极膜。双极膜电渗析装置，进水为扩散渗析产水中的废酸液和废碱液经过中和后的废液，酸室与碱室进水一般为自来水，极液进水为0.5-2mol/L的Na2SO4溶液，优先选用1mol/L的Na2SO4溶液；电流密度依据浓盐水含盐量选取，一般为50-500A/m2，膜表面流速为2-8cm/s；双极膜电渗析装置运行时采用局部进水的方式，使酸室和碱室回收的酸液和碱液浓度在1-10％左右，当酸室或者碱室中溶液浓度达到预设值时，则排出，重新进自来水，如此循环；当盐室中废水的浓度，达到预设浓度时，则排出再加入新的处理后的浓盐水废水，循环进行。
S04：双极膜：中和废液通入双极膜单元，最终被转换成酸再生液和碱再生液；剩余的为淡盐水。
本发明一种离子交换树脂废水零排放处理方法依次通过阴阳离子交换、扩散渗析、中和分离和双极膜四个步骤对废水进行处理，以较低的成本实现了对废水的处理，并产出副产品稀酸、稀碱和多价离子沉降物，实现了废水的零排放，避免了对环境的污染。
为了验证本实施例相较于其它污水处理方法具有较大的成本优势，分别对本发明提供的方法和其它污水处理方法成本进行了核算，核算结果如下：
(单位：元/吨)
由此可知，相较于蒸发污水处理方法和膜法污水处理方法而言，本申请实施例所提供的污水处理方法成本最低。另外由于本申请实施例所提供的污水处理方法实现了废水的零排放，避免了对环境的污染。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：阴阳离子交换：废水依次通入阳离子交换器和阴离子交换器；其间阳离子交换器提取出酸再生废液，阴离子交换器提取出碱再生废液；剩余的为清洁的离子交换产水；
S02：扩散渗析：酸再生废液通入扩散渗析阴膜，形成酸再生液和废酸液；碱再生废液通入扩散渗析阳膜，形成碱再生液和废碱液；
S03：中和分离：扩散渗析废酸液和扩散渗析废碱液分别通入中和分离单元，扩散渗析废酸液和扩散渗析废碱液经过中和，有机物通过气浮排出，二价及二价以上离子形成沉淀；剩余的为中和废液；
S04：双极膜：中和废液通入双极膜单元，最终被转换成酸再生液和碱再生液；剩余的为淡盐水。
2.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S01中所述阳离子交换器选用氢型阳离子交换器，其内填充强酸性阳离子树脂；废水中的阳离子与强酸性阳离子交换树脂中的氢离子交换后，产生酸再生废液和阳离子交换产水；阴离子交换器选用氢氧根型阴离子交换器，其内填充强碱性阴离子树脂；阳离子交换产水进入阴离子交换器后，废水中的阴离子与强碱性阳离子交换树脂中的氢氧根离子交换后，产生碱再生废液和清洁的离子交换产水。
3.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S01中所述的阳离子交换器设有管路与储酸***和阳离子交换产水存贮***相连；阴离子交换器设有管路与储碱***和清洁的离子交换产水存贮***相连；此外阳离子交换器和阴离子交换器的PH介于1-14之间。
4.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S02中所述扩散渗析装置由核心部件膜堆以及前后夹板组成；其中膜堆由支撑板、密封垫、扩散渗析用阴/阳离子交换膜、密封垫、带流道的隔网、密封垫、扩散渗析阴/阳离子交换膜、密封垫、支撑板依次排列压紧组成；扩散渗析装置中带隔板的流道均。
5.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S02中所述的扩散渗析装置在回收废酸时，所用扩散渗析膜为阴离子交换膜；扩散渗析装置在回收废碱时，所用扩散渗析膜为阳离子交换膜；扩散渗析离子交换膜数量为5-200层。
6.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S02中所述的扩散渗析装置分离回收的酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或是它们的混合物，酸回收率达到95％以上，酸浓度为0.3-8mol/L；扩散渗析装置分离回收的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或是它们的混合物，碱回收率达到95％以上，碱浓度为0.5-10mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S02中所述的扩散渗析装置中使用的扩散渗析离子交换膜规格为酸型扩散渗析膜堆TRHD-16080/400和碱型扩散渗析膜堆TRHD-8040/200。
8.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S03中中和分离持续时间为10-100min，中和后废液的PH范围为6.5-8.5。
9.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S03中双极膜膜堆中的阳极采用钛涂钌电极，阴极采用不锈钢电极；双极膜电渗析采用三隔室组装，每组隔室由一张双极膜、一张均相阴离子交换膜、一张均相阳离子交换膜组成，其中双极膜的阳面与均相阴离子交换膜之间构成酸室，均相阴离子交换膜与均相阳离子交换膜之间构成盐室，均相阳离子交换膜与双极膜的阴面之间构成碱室；此外阴离子交换膜是季铵盐型阴膜的，阳离子交换膜为磺酸型阳膜，双极膜为BPM-1型单片型双极膜。
10.据权利要求1所述的一种离子交换树脂废水零排放处理方法，其特征在于，步骤S03中双极膜电渗析装置，进水为扩散渗析产水中的废酸液和废碱液经过中和后的废液，酸室与碱室进水为自来水，极液进水为0.5-2mol/L的Na2SO4溶液；电流密度为50-500A/m2，膜表面流速为2-8cm/s；双极膜电渗析装置运行时采用局部进水的方式，使酸室和碱室回收的酸液和碱液浓度在1-10％左右，当酸室或者碱室中溶液浓度达到预设值时，则排出，重新进自来水，如此循环；当盐室中废水的浓度，达到预设浓度时，则排出再加入新的处理后的浓盐水废水，循环进行。
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