申请日2015.10.16
公开(公告)日2015.12.23
IPC分类号C02F9/04; C02F103/10; C02F103/16; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，属于废水处理领域。其步骤为：(1)酸吸附分离回收无机酸：将待处理的高酸高铁重金属废水泵入装填有阴离子交换树脂的吸附柱，以吸附废水中的无机酸;(2)螯合树脂选择性分离提取重金属：将步骤(1)的出水泵入装填有高选择性耐酸螯合树脂的吸附柱，螯合树脂将其中铅、锌、镉等多种重金属离子选择性截留后，出水中仅含低浓度无机酸和高浓度铁盐，可作为生产净水剂的原料，实现该种废水的分质资源回收和综合利用。本发明采用高选择性、低能耗型专用分离材料和技术，实现了高酸高铁重金属废水的分质资源回收，适用范围广泛，具备显著的环境和经济效益。
权利要求书
1.一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其步骤为：
(1)酸吸附分离回收无机酸：将待处理的高酸高铁重金属废水泵入装填有离子交换树脂 的吸附柱，至出水pH<1时停止泵入废水并将离子交换树脂的空隙溶液压出，经离子交换树 脂吸附后的出水为高铁重金属离子废水，然后用清水逆流再生，收集再生液，当再生出水pH>2 时停止再生;
(2)螯合树脂选择性分离提取重金属：将步骤(1)中的高铁重金属离子废水泵入装填 有耐酸螯合树脂的吸附柱，调节控制吸附温度和流速，其中吸附温度为5～45℃，吸附流速 为1～15BV/h，经耐酸螯合树脂吸附后的出水为低浓度无机酸和高浓度铁盐混合废水，然后 用再生剂对该吸附饱和的耐酸螯合树脂进行再生，回收重金属离子。
2.根据权利要求1所述的一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其特征在于： 所述的待处理的高酸高铁重金属废水中重金属离子为铜、镍、铅、镉或锌的二价离子中的一 种或任意组合;废水中的酸为硫酸、硝酸和盐酸中的一种或任意组合;废水中的铁盐为硫酸 铁、硝酸铁或氯化铁中的一种或任意组合。
3.根据权利要求2所述的一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其特征在于： 所述废水中的氢离子浓度为1～10mol/L，所述废水中的铁离子浓度为1～20g/L。
4.根据权利要求1所述的一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其特征在于： 所述步骤(1)中的离子交换树脂为强碱型阴离子交换树脂;所述步骤(2)中的耐酸螯合树 脂为丙烯酸系胺基吡啶螯合树脂或苯乙烯系胺基吡啶螯合树脂。
5.根据权利要求1所述的一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其特征在于： 将步骤(1)中收集的再生液用于生产净水剂。
6.根据权利要求1所述的一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其特征在于： 将步骤(2)中得到的低浓度无机酸和高浓度铁盐混合废水用于生产净水剂。
7.根据权利要求1所述的一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其特征在于： 步骤(2)中所述的再生剂为氨水溶液或盐酸溶液或硝酸溶液，再生后的耐酸螯合树脂用清水 洗至中性，其中氨水溶液或盐酸溶液或硝酸溶液的质量分数为2～15%。
8.根据权利要求7所述的一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其特征在于： 步骤(2)中的耐酸螯合树脂进行再生时的温度为5～50℃，再生流速为1-10BV/h。
9.根据权利要求1所述的一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其特征在于： 所述步骤(1)中无机酸回收率大于99%;步骤(2)中重金属去除率大于99.5%，重金属回 收率大于99%。
说明书
一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体地说，涉及一种高酸高铁废水的处理，更具体地说，涉 及一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法。
背景技术
高酸高铁重金属废水一般来源于钢铁酸洗、矿产开采和加工等过程，其中，典型重金属 离子铜、镍、铅、镉、锌等浓度常高达50-150mg/L，同时酸浓度可达1-10mol/L，铁盐浓度 亦高达10-20g/L。常规水处理技术如中和沉淀法、化学沉淀法、电化学法和生物修复等技术 存在去除效果差、药剂消耗大、二次污染重等不足，离子交换法、膜分离技术等新兴的深度 净化技术应运而生。然而，膜分离技术在去除重金属离子的同时截留了高浓度的铁盐，极大 地降低了膜组件的使用效率和效果，增加了运行成本;另外，高酸高铁重金属废水中高浓度 的氢离子和铁盐在强、弱酸性阳离子交换树脂与重金属离子作用过程中有着显著的位点竞争 效应，极大地降低了重金属离子的交换容量，严重限制了离子交换法的应用。综上所述，在 高酸浓度、高铁盐浓度的环境中，离子交换、膜分离均存在重金属离子去除率低、选择性差 等缺点。
近几年有许多专利和文献报道处理酸性重金属废水的方法，例如中国专利申请号为 201210302213.0，申请公开日为2012年12月26日的专利申请文件公开了一种酸性重金属废 水的处理工艺，提出采用中和沉淀、重金属捕集剂处理和人工湿地集成技术处理酸性重金属 废水的工艺，虽然有较好的处理效果，但药剂消耗大，且存在二次污染隐患。又如中国专利 申请号为201410061712.4，申请公开日为2014年5月7日的专利申请文件公开了一种矿山酸 性重金属废水处理工艺，采用一个一体化反应沉淀系统对矿山酸性重金属废水进行处理并回 用，虽然节约了水资源的使用量，但重金属得不到回收，且药剂消耗和污泥产生量巨大。中 国专利申请号为201410276313.X，申请公开日为2014年6月10日的专利申请文件公开了一 种黄金冶炼酸性废水中酸和重金属回收的方法，酸性废水首先经过吸酸树脂，吸附废水中的 硫酸，再加氧化剂将废水中的二价铁氧化为三价铁离子，再加铁黄晶种升温反应，调pH值 至1.5-4.5，将废酸中的铁以铁黄的形式分离出去，再加锌粉置换废水中的铜，析铜后的水再 调pH值至6.5-8.0，沉淀出氢氧化锌，除掉锌的废水再经过反渗透膜处理，反渗透的淡水可 以回用于生产中，反渗透浓水去高压膜处理，高压膜处理的浓水去蒸发装置蒸发出硫酸钠等 盐分，高压膜淡水回反渗透重新处理。吸酸树脂吸酸饱和后用去离子水再生得到15%-20%的 硫酸。该发明中虽然采用树脂吸附回收了酸，但是重金属的回收工艺复杂，药剂消耗量大。
现有文献中未见到合适的高酸高铁废水中重金属选择性去除并高效回收的方法，因此， 开发高效高选择性、低耗低残余量的适用于高酸高铁重金属废水的资源化处理方法具有重大 的现实意义和应用价值。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的废水处理方法存在重金属离子去除率低、选择性差、药剂消耗量大等问题， 本发明提供一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，先利用阴离子交换树脂回收无机 酸，再利用高选择性耐酸螯合树脂高效分离和回收高酸高铁废水中重金属离子和铁盐的方法。 采用此方法处理，克服了在现有耐酸螯合树脂选择性吸附重金属技术中，调节pH消耗大量 无机碱和浪费大量无机酸的难题，既可实现高酸高铁环境中无机酸、重金属和铁盐的高效分 质回收，又可将处理后的仅含低浓度无机酸和高浓度铁盐的出水作为生产净水剂的原料，实 现该种废水的分质资源回收和综合利用。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，其步骤为：
(1)酸吸附分离回收无机酸：将待处理的高酸高铁重金属废水泵入装填有离子交换树脂 的吸附柱，至出水pH<1时停止泵入废水并将离子交换树脂的空隙溶液压出，经离子交换树 脂吸附后的出水为高铁重金属离子废水，然后用清水逆流再生，收集再生液，当再生出水pH>2 时停止再生;
(2)螯合树脂选择性分离提取重金属：将步骤(1)中的高铁重金属离子废水泵入装填 有耐酸螯合树脂的吸附柱，调节控制吸附温度和流速，其中吸附温度为5～45℃，吸附流速 为1～15BV/h，经耐酸螯合树脂吸附后的出水为低浓度无机酸和高浓度铁盐混合废水，然后 用再生剂对该吸附饱和的耐酸螯合树脂进行再生，回收重金属离子。
优选地，所述的待处理的高酸高铁重金属废水中重金属离子为铜、镍、铅、镉或锌的二 价离子中的一种或任意组合;废水中的酸为硫酸、硝酸和盐酸中的一种或任意组合;废水中 的铁盐为硫酸铁、硝酸铁或氯化铁中的一种或任意组合。
优选地，所述废水中的氢离子浓度为1～10mol/L，所述废水中的铁离子浓度为1～20g/L。
优选地，所述步骤(1)中的离子交换树脂为强碱型阴离子交换树脂;所述步骤(2)中 的耐酸螯合树脂为丙烯酸系胺基吡啶螯合树脂或苯乙烯系胺基吡啶螯合树脂。
优选地，将步骤(1)中收集的再生液用于生产净水剂。
优选地，将步骤(2)中得到的低浓度无机酸和高浓度铁盐混合废水用于生产净水剂。
优选地，步骤(2)中所述的再生剂为氨水溶液或盐酸溶液或硝酸溶液，再生后的耐酸螯 合树脂用清水洗至中性，其中氨水溶液或盐酸溶液或硝酸溶液的质量分数为2～15%。
优选地，步骤(2)中的耐酸螯合树脂进行再生时的温度为5～50℃，再生流速为1-10BV/h。 优选地，所述步骤(1)中无机酸回收率大于99%;步骤(2)中重金属去除率大于99.5%， 重金属回收率大于99%。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明公开了一种高酸高铁重金属废水分质资源回收的方法，此方法广泛适用于多 种常见重金属的高酸高铁废水的处理，具有广谱性;
(2)本发明通过使用强碱型阴离子交换树脂吸附无机酸的技术，克服了在现有耐酸螯合 树脂选择性吸附重金属技术中，调节pH消耗大量无机碱和浪费大量无机酸的难题，极大地 减少了药剂消耗和污泥产量，并实现无机酸、重金属和铁盐的高效分质资源回收;
(3)本发明采用氨水和常规酸脱附剂可实现重金属的高效浓缩回收，所用材料成本低廉， 性能稳定，经济效益显著;
(4)本发明工艺操作简单，不产生二次污染，吸附出水及无机酸再生液可用于制备净水 剂，实现废水的综合利用，在高酸高铁重金属废水治理方面有广阔的应用前景。