含重金屬離子廢水大多來自礦石采選、有色冶煉、電鍍、機械制造等行業(yè),該類廢水對環(huán)境的危害已經(jīng)不需贅述, 處理此類廢水目前常用方法主要有化學法(化學沉淀法、電解法等)、物理法(離子交換樹脂吸附法、膜分離法等)、生物法。這幾種方法在處理重金屬廢水方面均各有優(yōu)缺。目前大多企業(yè)在治理重金屬廢水時僅僅滿足于達標排放這一基本要求, 忽視了變廢為寶向環(huán)境要效益方面的研究,在此僅就X型陽離子交換樹脂在含重金屬廢水處理方面的應(yīng)用與傳統(tǒng)化學沉淀法做一個分析比較。

1 污染源基本情況

以南方某一有色冶煉中型企業(yè)為例,其生產(chǎn)原料為硫化金屬礦,主要生產(chǎn)工藝為火法焙燒+濕法冶煉+尾氣制酸。含重金屬的廢水主要來自濕法冶煉工藝過程。廢水日產(chǎn)生量為800m3/d,廢水主要成分分析見表1。

2 治理目標

廢水處理后必須符合《污水 綜合排放標準—GB8978-1996》的排放標準,見表2。

3 化學沉淀法工藝

3.1 對上述的廢水處理原用的化學沉淀法處理工藝流程如圖1

廢水進入調(diào)節(jié)池后泵入攪拌池與加入的堿液(氫氧化鈉)在攪拌器的充分攪拌下,混合均勻發(fā)生絮凝反應(yīng),形成絮體的廢水自流進入一級沉降池,一級沉降池上清液自流進入二級沉降池再次沉降,在二級沉降前加入鐵鹽絮凝劑(硫酸亞鐵) ,二級沉降池上清液進入PH調(diào)節(jié)池回調(diào)至中性、達標排放。一級、二級沉降池底泥進入底泥濃縮池進行濃縮,有效減少壓濾機負荷,濃縮后上清液返回攪拌池,底泥進入壓渣機制渣,濾液返回攪拌池,廢渣運至渣場堆放。

3.2 存在問題

通過上述工藝處理后重金屬廢水基本能實現(xiàn)達標排放,但是由于工藝流程較長,員工勞動強度較大,處理廢水的單位成本高(約2.0元/m3) ,生產(chǎn)現(xiàn)場較為骯臟、凌亂,每天產(chǎn)生約5t含重金屬廢渣,帶來了二次污染,廢渣中的有價金屬無法得到有效回收,每年廢水處理成本4 8 萬元。

4 離子交換樹脂吸附工藝

針對化學沉淀法的缺點,通過比較研究,采用離子交換樹脂吸附法替代原有化學沉淀工藝。通過大量實驗篩選出x型陽離子交換樹脂作為離子交換樹脂吸附法的首選樹脂。

4.1 x 型陽離子樹脂特性:

①對二價金屬離子具有較強的選擇性,實驗得出其選擇性由強到弱順序為:Hg2+>Cd2+>Pb 2+>Co2+>Cu2+>Ni 2+>Zn 2+>Fe2+>Ca 2+>Mg2+,對一價金屬離子則幾乎沒有吸附性。

②吸附能力強(50kg/m3) 。

③不易中毒,易再生,強度高、不易破損。

4.2 離子交換樹脂吸附工藝

根據(jù)x型陽離子樹脂的特性設(shè)計工藝流程如圖2。

 廢水進入原水池后調(diào)節(jié)水質(zhì)水量,PH值5～ 6,然后通過泵打入過濾器中,截留廢水中的少量懸浮物質(zhì),以免進入后續(xù)金屬回收床堵塞,影響樹脂吸附和交換。

過濾器的出水進入清液槽,然后用泵打入金屬回收床,金屬回收床采用兩級串聯(lián),盡可能吸附回收其中的銅、鎳、鈷等離子,使出水達標。金屬回收床內(nèi)裝有x型樹脂。在一定的PH(5 ～ 6 )條件下對銅、鈷、鎳有很好的吸附交換能力。廢水從Ⅰ級金屬回收床上部進入,銅、鈷、鎳等重金屬離子都被樹脂吸附交換,被樹脂吸附交換后的廢水從金屬回收床底部排出進入中間槽。為了進一步降低銅、鈷、鎳的出水濃度,中間槽出水用泵打入Ⅱ級金屬回收床,繼續(xù)吸附銅鈷、鎳離子,當回收床內(nèi)樹脂吸附飽和后,則進行再生。

再生液采用10%的稀硫酸,將樹脂中吸附的鈷、鎳、銅以硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸銅的形式解吸出來。相對于廢水原液,解吸下來的硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸銅濃度大大提高, 達到5 ～ 1 0 g/L, 回用于生產(chǎn)工段。然后用5%的NaOH進行再生,恢復樹脂的交換能力后進入第二周期的運行。再生過程產(chǎn)生的廢水返回原水池。

經(jīng)過二級金屬回收床出水銅、鎳、鈷等金屬離子達標,調(diào)節(jié)PH至6～ 9后外排。

4.3 離子交換樹脂吸附法優(yōu)點:

①處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定達標,可控性強。

②有價金屬得到有效回收,具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

③無含重金屬廢渣產(chǎn)生,不形成二次污染。

④員工勞動強度大大降低,生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境大為改觀。

⑤廢水單位處理成本較化學沉淀法更為經(jīng)濟(1.2 元/m3) 。

4.4 樹脂吸附工藝經(jīng)濟效益分析:

①固定投資:離子交換樹脂吸附系統(tǒng)一套,處理能力:8 0 0m3/d ,總造價:2 8 0 萬元

②年運行費用: 2 8.8萬元/年

③年金屬回收量為:

鈷: 5 0 g /m3×8 0 0m3/d×3 0 0 d/年×1 0-6g/t = 1 2 t/年

鎳: 5 g /m3×8 0 0m3/d×3 0 0 d/年×1 0-6 g/t = 1.2 t/年

④按目前市場價格計算價值為:

鈷: 1 2 t /年×2 5萬元/t =3 0 0萬元/年

鎳: 1.2 t/年×1 5 萬元/t = 1 8 萬元/年

共計:318萬元/年,去除生產(chǎn)成本200萬/年,每年新增效益118萬元

⑤與原有水處理系統(tǒng)相比,每年節(jié)約運行成本為: 1 9.2萬元/年

⑥年收益為: 1 1 8 萬元/年+ 1 9.2萬元/年- 2 8.8萬元/年= 1 0 8.4萬元/年

⑦回收期限:28 0萬元÷1 0 8.4萬元/年= 2.5 8 年具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5 化學法與離子交換樹脂吸附法比較

5.1 處理后出水水質(zhì)對比見表3

 5.2 投資及經(jīng)濟效益等綜合比較見表4

 6 結(jié)語

通過兩種不同工藝處理重金屬廢水效果來看,雖然出水水質(zhì)均可達標,但是產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益卻是相去甚遠,化學沉淀法具有簡單易掌握,投資額度相對較低的特點,但是卻不可避免產(chǎn)生沉淀廢渣,有價重金屬進入廢渣帶來了二次污染,資源得不到充分回收利用,且廢水處理單位成本較高,人員勞動強度大;離子交換樹脂吸附法雖然一次性投資稍大,但是幾乎不產(chǎn)生廢渣,有價金屬可以充分得以回收利用,尤其是在對具有較高經(jīng)濟回收價值的重金屬廢水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景,其帶來的社會效應(yīng)與經(jīng)濟效益都值得我們加以深入研究。