申请日2013.05.03
公开(公告)日2013.08.14
IPC分类号C25C1/00; C25D21/22; C02F103/16; C02F1/42; C02F9/06
摘要
本发明公开一种回收电镀废水中重金属的方法和设备，属于电镀废水处理技术领域。该方法包括以下步骤：(1)将电镀废水进行离子交换树脂处理，使电镀废水中的重金属离子吸附于离子交换树脂上;(2)用再生剂洗脱吸附于离子交换树脂上的重金属离子，得到再生液;(3)采用旋流电解技术电解再生液，使重金属于负电极上析出。该设备包括树脂交换处理单元和电解回收处理单元，所述电解回收处理单元包括旋流电解器和控制液体流速的回流装置。通过将旋流电解技术的引入，可以避免浓差极化，使最终电解出来的单质金属更为平整，并且更具有选择性，能电解低浓度的再生液，保证了电解效果，使电解法处理交换树脂再生液能够应用于实际工程中。
权利要求书
1.一种回收电镀废水中重金属的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将电镀废水进行离子交换树脂处理，使电镀废水中的重金属离子吸附 于离子交换树脂上;
(2)用再生剂洗脱吸附于离子交换树脂上的重金属离子，得到再生液;
(3)采用旋流电解技术，控制循环流量为0.4～0.8m/s，电压2～4V，电流密 度50～200A/M2，10-30℃下电解再生液，使重金属于负电极上析出。
2.根据权利要求1所述的回收电镀废水中重金属的方法，其特征在于，采 用旋流电解时，控制循环流量为0.4～0.6m/s，电压2～3V，电流密度100～200A/M2， 温度为15～25℃。
3.根据权利要求1所述的回收电镀废水中重金属的方法，其特征在于，所 述离子交换树脂为铜专项吸附树脂。
4.根据权利要求1所述的回收电镀废水中重金属的方法，其特征在于，所 述再生剂为硫酸溶液。
5.根据权利要求1-4任一项所述的回收电镀废水中重金属的方法，其特征 在于，还包括对经离子交换树脂处理的电镀废水进行物化处理的步骤。
6.一种采用权利要求1的回收电镀废水中重金属的方法回收电镀废水中重 金属的设备，包括通过管道依次连接的树脂交换处理单元和电解回收处理单元， 所述管道上串联有促进废水流动的提升泵;其特征在于：所述电解回收处理单 元为旋流电解单元，该旋流电解单元包括旋流电解器和控制液体流速的回流装 置。
7.根据权利要求6所述的回收电镀废水中重金属的设备，其特征在于：所 述树脂交换处理单元包括依次连接的废水集水池、保护柱、离子交换树脂柱、 再生装置;所述再生装置包括依次连接的再生剂配药箱、再生泵，所述再生泵 与离子交换树脂出水端相连接。
8.根据权利要求7所述的回收电镀废水中重金属的设备，其特征在于：所 述离子交换树脂柱为两根，分别为离子交换树脂柱A和离子交换树脂柱B，该 离子交换树脂柱A出水端与离子交换树脂柱B入水端之间，以及离子交换树脂 柱B出水端与离子交换树脂柱A入水端之间均通过管路连接，该管路上均设有 切换阀;所述离子交换树脂柱A和离子交换树脂柱B的入水端均与保护柱连接， 离子交换树脂柱A和离子交换树脂柱B的入水端和出水端均设有阀门。
9.根据权利要求6所述的回收电镀废水中重金属的设备，其特征在于：所 述旋流电解单元还包括控制电流的稳流器、依次连接的再生液收集槽和电解液 循环槽，所述再生液收集槽连接树脂交换处理单元，所述电解液循环槽还与旋 流电解器通过两条电解液循环管路互相连接;所述电解液循环槽还与树脂交换 单元通过尾液循环管连接;所述旋流电解器外壳由绝缘材料制成，阳极由钛制 成，阴极由不锈钢制成。
10.根据权利要求6所述的回收电镀废水中重金属的设备，其特征在于： 该设备还包括通过管道连接于树脂交换处理单元之后的物化处理单元。
说明书
回收电镀废水中重金属的方法和设备
技术领域
本发明涉及电镀废水处理技术领域，特别是涉及一种回收电镀废水中重金 属的方法和设备。
背景技术
电镀行业废水具有水量大、成分复杂、对环境污染严重、贵金属和重金属 多等特点，目前国内对该类废水的治理，普遍采用一般物化处理法处理，同时 采用不达标回流至事故池继续处理以满足环保要求后排放。但该方法存在以下 缺陷：一是在物化处理过程中需要投加大量药剂，进而产生大量物化污泥，对 环境造成二次污染;二是电镀废水中的大量贵金属和重金属得不到回收利用， 既造成环境污染，又有浪费的缺点。针对上述问题，人们又进行了研究开发， 得到将离子交换树脂与电解技术相结合的技术手段，可以更好的处理电镀废水， 同时回收其中的重金属，但这些技术手段也不同程度地存在一些缺陷，因为电 解法最终会产生浓差极化，具有本身选择性不高，电解出来的铜纯度低，且不 易成片，多毛刺针孔，外观难看，电流效率低，无法电解低浓度溶液等缺点， 进而影响整套系统的运行，由于这些技术的限制，导致电解法处理交换树脂再 生液还停留在实验室阶段或小试、中试阶段，应用于实际工程处理的则很少。 而且，在常规技术中，采用离子交换树脂处理和物化处理相结合的处理方式时， 通常将离子交换树脂处理过程置于物化处理过程之后，既可以保证离子交换树 脂的稳定性，延长其使用寿命，又能使电镀废水得到充分的净化处理，保障出 水水质。
随着表面处理行业的蓬勃发展，电镀行业显得尤为重要并具有高速发展的 特性，由此导致电镀行业废水的处理显得更为迫切，督促人们寻求一种既环保 节约又能使电镀废水达标排放或者达到回用水进水水质要求的电镀废水处理方 法。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种回收电镀废水 中重金属的方法，该方法可以避免浓差极化的产生，使电解法处理交换树脂再 生液能够应用于实际工程中。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种回收电镀废水中重金属的方法，包括以下步骤：
(1)将电镀废水进行离子交换树脂处理，使电镀废水中的重金属离子吸附 于离子交换树脂上;
(2)用再生剂洗脱吸附于离子交换树脂上的重金属离子，得到再生液;
(3)采用旋流电解技术，控制循环流量为0.4～0.8m/s，电压2～4V，电流 密度50～200A/M2，10-30℃下电解再生液，使重金属于负电极上析出。
采用上述方法处理电镀废水时，首先通过离子交换原理，电镀废水中的重 金属阳离子与离子交换树脂上的氢离子相互交换，氢离子进入溶液，而重金属 阳离子吸附于固定相——即离子交换树脂上，随后再用酸性的再生剂洗脱，让 洗脱机中的氢离子将重金属阳离子由固定相上洗脱下来，随后采用旋流电解， 在溶液高速旋流的条件下，将重金属里电解出来，完成回收重金属的目的。所 述的循环流量以每秒循环旋流电解器中再生液的高度为单位，该参数值一定时， 循环流量的绝对值与所用旋流电解器的截面积有关，截面积小则循环流量绝对 值小，截面积大则循环流量绝对值大。由于电镀废水中重金属离子相对较简单， 一般主要是铜、镍、锌离子，而铜离子相对于电镀废水中其它金属离子有较大 的电位差，铜离子在阴极优先析出，因此采用旋流电解技术，避免了传统电解 过程中受浓差极化影响的限制，可以通过简单的旋流电解条件，即可电解出高 质量的金属产品。
在其中一个实施例中，采用旋流电解时，控制循环流量为0.4～0.6m/s，电 压2～3V，电流密度100～200A/M2，温度为15～25℃。
在其中一个实施例中，所述离子交换树脂为铜专项吸附树脂。如陶氏公司 生产的对铜具有专项吸附能力的氢型阳离子树脂。一般树脂难以将铜离子分离， 且最终再生液中铜离子浓度仅为10g/L左右，而采用该铜专项吸附树脂，能使再 生液中金属离子浓度较高，达到40g/L左右，使电流效率较高，能回收到纯度 超过95%的电解金属单质。并且该离子交换树脂不易于污染，寿命能达到3～5 年，具有使用寿命长的特点。
在其中一个实施例中，所述再生剂为硫酸溶液。其浓度的选择为常规选择， 控制在5%～10%即可。采用硫酸再生而不用盐酸再生，产生硫酸盐，阳极产生 的气体为氧气，腐蚀效果小，也不会造成二次污染，避免了电解时产生有毒的 氯气以及后续出现的腐蚀设备的问题产生，并且电解后产生的尾液酸度高。而 且当回收金属为铜时，经再生剂处理后产生的硫酸铜为蓝色，可以通过颜色判 断再生终点，合理使用再生剂进行再生，节约药剂用量。
在其中一个实施例中，还包括对经离子交换树脂处理的电镀废水进行物化 处理的步骤。电镀废水经离子交换树脂和物化处理相结合的过程处理后，出水 中的重金属含量≤0.3mg/L，能达到排放要求，也能回用于电镀系统，解决了电 镀废水，特别是酸铜废水难达标难题，并实现减量排放目标。完整的物化处理 过程能有效的保证出水达到回用水进水要求或者能达到国家排放标准。
本发明还提供一种采用上述回收电镀废水中重金属的方法回收电镀废水中 重金属的设备，包括通过管道依次连接的树脂交换处理单元和电解回收处理单 元，所述管道上串联有促进废水流动的提升泵;所述电解回收处理单元为旋流 电解单元，该旋流电解单元包括旋流电解器和控制液体流速的回流装置。
通过回流装置使再生液循环流动，形成切向力，减少浓差极化作用，为电 解提供良好的环境，电解出平整的金属单质，并且更具有选择性，能电解低浓 度的再生液，保证了电解效果，使电解法处理交换树脂再生液能够应用于实际 工程中。所述回流装置既可以安装于旋流电解器内部，形成内部回流，又可安 装于旋流电解器外部，与外部容器之间形成回流。所述回流装置主要由回流泵 和流量计组成，可以控制产生恒定的流速，保证旋流电解在一个稳定的环境下 进行。
在其中一个实施例中，所述树脂交换处理单元包括依次连接的废水集水池、 保护柱、离子交换树脂柱、再生装置;所述再生装置包括依次连接的再生剂配 药箱、再生泵，所述再生泵与离子交换树脂出水端相连接。所述离子交换树脂 柱的出水端还设有树脂捕抓器、电导仪和pH计，树脂捕抓器可以防止树脂流失， 保证树脂的总量不变，还可以根据电导仪和pH计判断树脂交换情况，合理使用 再生剂进行再生。废水集水池可以使不同时间段排出的电镀废水在其中混合， 达到水质均一的目的。该保护柱可以截留悬浮物质和大颗粒胶体，防止堵塞树 脂孔，保障树脂交换效果，从而达到保护树脂的目的。树脂再生采用逆流再生， 有利于保证出水水质。所述保护柱和离子交换树脂柱都设有反洗系统，防止悬 浮物堵塞设备，引起压差增大现象。
在其中一个实施例中，所述离子交换树脂柱为两根，分别为离子交换树脂 柱A和离子交换树脂柱B，该离子交换树脂柱A出水端与离子交换树脂柱B入 水端之间，以及离子交换树脂柱B出水端与离子交换树脂柱A入水端之间均通 过管路连接，该管路上均设有切换阀;所述离子交换树脂柱A和离子交换树脂 柱B的入水端均与保护柱连接，离子交换树脂柱A和离子交换树脂柱B的入水 端和出水端均设有阀门。采用上述的连接方式，配合阀门的开、闭，可以将再 生好的离子交换树脂柱串联到未再生的后面，达到更好的离子交换效果。且由 于两柱串联，且树脂作用相同，当一支树脂柱故障，另一支也能正常运行，避 免了废水对物化处理单元的冲击。
在其中一个实施例中，所述旋流电解单元还包括控制电流的稳流器、依次 连接的再生液收集槽和电解液循环槽，所述再生液收集槽连接树脂交换处理单 元，所述电解液循环槽还与旋流电解器通过两条电解液循环管路互相连接;所 述电解液循环槽还与树脂交换单元通过尾液循环管连接;所述旋流电解器外壳 由绝缘材料制成，阳极由钛制成，阴极由不锈钢制成。旋流电解完成后，电解 尾液直接通过尾液循环管进入树脂交换单元，用于再生树脂。外壳使用绝缘材 料，保证了运行的安全性，阳极使用钛棒，不易于腐蚀，一方面增加了使用寿 命，另一方面还能使尾液不受污染，无其它二次污染物，能直接用于再生树脂， 达到尾液循环利用的目的。阴极使用不锈钢极板，有利于铜片的脱落、并且具 有价格低廉的优点。
在其中一个实施例中，该设备还包括通过管道连接于树脂交换处理单元之 后的物化处理单元。将物化处理过程放于离子交换之后，处理难度小，容易稳 定达标，污泥含重金属量低，不会造成资源浪费，并且污泥比电镀废水直接物 化处理少很多。完整的物化处理过程能有效的保证出水达到回用水进水要求或 者能达到国家排放标准。
在其中一个实施例中，所述物化处理单元包括依次连接的树脂出水集水池、 pH调节池、预留氧化池、混凝池、絮凝池、沉淀池和清水池;所述沉淀池底部 为斜坡状，该斜坡状底部的最低处设有排泥管道。因树脂采用酸再生，再生之 后初期出水酸度高，通过树脂出水集水池使不同时期的树脂出水在此混合均衡， pH值趋于稳定，保证后期调pH稳定简单;所以该树脂出水集水池具有稳定水 质的作用。当出水水质较差，有部分络合物无法沉淀时，启动预留氧化池，投 入氧化剂，让络合物氧化沉淀，使出水水质得以保证。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的回收电镀废水中重金属的方法，通过采用了旋流电解技术，能在 高速的旋转流动下，产生切向力，从而混合溶液避免了浓差极化，也使最终电 解出来的单质金属更为平整，并且更具有选择性，能电解低浓度的再生液，即 将含重金属溶液中的重金属浓度处理到1g/L以下，保证了电解效果，使电解法 处理交换树脂再生液能够应用于实际工程中。
并且该方法由于采用的树脂再生剂为硫酸，阳极使用钛棒等原因，使得电 解后的尾液可以直接用于再生，减少了设备的投资和管理。该方法为一变废为 宝的技术，能创造盈利，且适用于实际工程中，有利于其在电镀废水处理中的 推行，为电镀废水的处理开创了新的局面，进一步促进电镀废水处理技术的发 展。
本发明的回收电镀废水中重金属的设备，通过旋流电解单元的应用，减少 浓差极化作用，为电解提供良好的环境，使电解法处理交换树脂再生液能够应 用于实际工程中。且电解回收处理单元中的电解尾液不受污染，可直接用于再 生树脂，达到尾液循环利用的目的。
同时树脂交换处理单元中的交换柱采用切换方式连接，可以将再生好的树 脂柱串联到未再生的后面，使出水水质得到保证。