專利名稱：：含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種廢水處理和金屬離子回收的方法，特別是涉及一種含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法。
背景技術(shù)：
：含六價(jià)鉻廢水廣泛存在于電鍍、冶金生產(chǎn)領(lǐng)域，不僅造成資源的損失，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此含六價(jià)鉻廢水的排放受到嚴(yán)格控制。電鍍廢水處理在處理工藝中常使用化學(xué)沉淀法、電解法、膜分離法、普通離子交換法等處理方法。但以上系統(tǒng)存在一定的局限性并且不能做到零排放和金屬離子的有效回收。離子交換法是處理含鉻廢水的有效方法，相比其他處理方法具有處理成本低，可回收六價(jià)鉻的優(yōu)點(diǎn)，專利CN101172676A發(fā)明了離子交換樹脂處理含六價(jià)鉻廢水的方法，由于離子交換樹脂形狀為顆粒狀，強(qiáng)度弱，使用過程中易破裂和孔道堵塞而中毒失效，再者其交換速度慢，交換容量小，并且再生和維護(hù)操作復(fù)雜，限制了樹脂在電鍍廢水處理中的應(yīng)用。離子交換纖維是在離子交換樹脂基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新的纖維狀的離子交換材料。離子交換纖維實(shí)際上是以纖維素為骨架的離子交換劑，離子交換基團(tuán)大多存在于纖絲表面。在離子交換過程中，纖維相對(duì)于樹脂，減少了離子在顆粒中的滲透過程，大大提高了離子交換的速度。離子交換纖維還有比較大的比表面積，對(duì)微小的固體顆粒也有吸附作用，并且離子交換纖維有很好的吸附選擇性。三、發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維處理電鍍廢水，能夠達(dá)到六價(jià)鉻廢水零排放且對(duì)六價(jià)鉻金屬離子實(shí)現(xiàn)高純度回收的含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法，設(shè)置至少兩個(gè)除鉻柱和至少一個(gè)過濾柱，所有除鉻柱均由外殼和季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維組成，在每一除鉻柱的上下兩端分別安裝一個(gè)控制閥組，將含六價(jià)鉻的電鍍廢水用泵送入過濾柱，過濾后通過控制閥組從上端進(jìn)入1#除鉻柱內(nèi)與季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維進(jìn)行交換吸附反應(yīng)，干凈水通過1#除鉻柱下端的控制閥組排出，當(dāng)1#除鉻柱中季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維吸附六價(jià)鉻離子將近飽和時(shí)，調(diào)整1#除鉻柱下端的控制閥組使沒有被1#除鉻柱吸附干凈的含六價(jià)鉻的電鍍廢水通過控制閥組從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行二次吸附，此時(shí)，1#除鉻柱的干凈水出口被關(guān)閉，1#除鉻柱吸附飽和時(shí)，調(diào)整2#除鉻柱上端的控制閥組使含六價(jià)鉻離子廢水直接從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行吸附過程，依次循環(huán)吸附，沒有被最后一個(gè)除鉻柱吸附干凈的含六價(jià)鉻的電鍍廢水通過控制閥組從上端進(jìn)入1#除鉻柱進(jìn)行循環(huán)吸附；當(dāng)2#除鉻柱進(jìn)行吸附過程時(shí)，調(diào)節(jié)控制閥組使再生液從上端進(jìn)入1#除鉻柱與吸附六價(jià)鉻飽和的離子交換纖維接觸進(jìn)行交換再生反應(yīng)，調(diào)整1#除鉻柱下端的控制閥組使沒有被1#除鉻柱交換干凈的再生液通過控制閥組從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行二次交換，1#除鉻柱中交換后形成的六價(jià)鉻濃縮液由1#除鉻柱下端的控制閥組排出，當(dāng)再生液濃度降低到一定程度時(shí)，調(diào)節(jié)控制閥組使再生液從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行再生過程，依次循環(huán)再生。所述再生液為純堿液，濃度不超過10%，或?yàn)榧僋aCl溶液，濃度不超過10%，或?yàn)閴A液和NaCl溶液的混合液，其中堿液不超過2.5%，NaCl溶液不超過7.5%。所述除鉻柱中季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維體積為0.040.4m3，除鉻柱外殼材質(zhì)為有機(jī)玻璃或不銹鋼，并且，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維分為四段裝填，每?jī)啥渭景沸蛷?qiáng)堿性離子交換纖維都有一定空間，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維總高度占全柱高度的4/5。所述過濾柱的外殼中裝有pp纖維棉或石英砂，以除去含六價(jià)鉻電鍍廢水中固體雜質(zhì)。每一除鉻柱的干凈水出口均設(shè)置一臺(tái)六價(jià)鉻在線檢測(cè)儀。所述控制閥組由一個(gè)四通閥構(gòu)成，或由兩個(gè)三通閥構(gòu)成，或由三個(gè)或四個(gè)兩通閥構(gòu)成，并且，控制閥組由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整控制；所述除鉻柱的個(gè)數(shù)為兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或六個(gè)；所述過濾柱為一個(gè)，或?yàn)閮蓚€(gè)串聯(lián)，或?yàn)槿齻€(gè)串聯(lián)。本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明采用季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維對(duì)含六價(jià)鉻(Cr(VI))的電鍍廢水進(jìn)行處理，所有淡水全部回用或者大部分回用，且達(dá)到六價(jià)鉻Cr(VI)廢水零排放，同時(shí)對(duì)六價(jià)鉻金屬離子實(shí)現(xiàn)高純度回收利用的目標(biāo)，顯著減少電鍍行業(yè)對(duì)環(huán)境的污染，可有效節(jié)約資源降低生產(chǎn)成本并實(shí)現(xiàn)設(shè)備投資回收，解決了長(zhǎng)期以來電鍍生產(chǎn)廢水對(duì)環(huán)境的污染問題和電鍍廢水處理成本高的問題，推動(dòng)和促進(jìn)電鍍行業(yè)的清潔化生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。2.本發(fā)明首次采用季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維用于電鍍廢水處理，纖維吸附-再生時(shí)無膨脹收縮，解決了樹脂因再生與吸附過程產(chǎn)生的周期性收縮與膨脹造成樹脂大量破裂流失的問題，且吸附性能好，使用壽命高，可長(zhǎng)期頻繁再生，再者纖維的通水阻力小，吸附速率快，且有很高的選擇性。而且吸附裝置可采用orp、電導(dǎo)和光學(xué)控制系統(tǒng)監(jiān)控吸附、清洗和再生過程并且可以自動(dòng)化操作，因此本發(fā)明的技術(shù)不僅可以回收99%以上的電鍍廢水中的六價(jià)鉻離子，而且可以在運(yùn)行過程中使水、酸和堿的用量降到最低。3.本發(fā)明采用離子交換纖維去除廢水中的六價(jià)鉻離子，與化學(xué)法相比不僅減少了各種化學(xué)劑的加入量，降低了處理成本，而且降低了處理后廢水的含鹽量使水資源實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，還可以回收較高純度的含六價(jià)鉻的溶液，因此產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。4.本發(fā)明采用了多柱串聯(lián)工作，并且每柱的纖維裝填分為四段，每?jī)啥沃g有一定孔隙間隔，這樣可克服通水阻力大的困難，更好地節(jié)約動(dòng)力和提高的纖維的利用率。本發(fā)明的的設(shè)備吸附和再生過程都是連續(xù)串聯(lián)同時(shí)進(jìn)行的，大大提高了設(shè)備的利用率。5、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，便捷，穩(wěn)定，無二次污染，其適應(yīng)范圍廣，可以用于其它工業(yè)產(chǎn)生的含六價(jià)鉻的的廢水，也可以應(yīng)用其它種類的離子交換纖維處理其他金屬離子廢水。易于推廣實(shí)施，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。四圖1為含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法的流程圖。五具體實(shí)施例方式實(shí)施例一參見圖l，1.季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維的分子結(jié)構(gòu)和工作原理本發(fā)明所選季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維的分子結(jié)構(gòu)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>2.工作原理(1)吸附過程季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維和電鍍廢水接觸，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維上的功能基團(tuán)-N+(CH》3Cl—就會(huì)和含六價(jià)鉻電鍍廢水中的六價(jià)鉻離子進(jìn)行交換吸附反應(yīng)，可以使電鍍廢水中的六價(jià)鉻和季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維形成化學(xué)鍵結(jié)合在一起，從而使電鍍廢水得到了凈化。R-N+(CH3)3C1—(纖維)+Cr2072—(低濃度含六價(jià)鉻電鍍廢水)=R-N+(CH3)3Cr2072—+C1—(2)再生過程將吸附六價(jià)鉻飽和的季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維和高濃度的再生液接觸，吸附在季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維上的六價(jià)鉻離子就從季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維上脫附下來形成高濃度的六價(jià)鉻溶液可以回收利用，而季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維又再生到原來的形式可以進(jìn)行再生吸附。本發(fā)明的再生工藝提供了三種再生辦法a.純堿液再生b.純NaCl溶液為再生c.堿液和NaCl溶液?？梢愿鶕?jù)回收濃縮液的用途進(jìn)行選擇再生液，再生液為純堿液，濃度不超過10X，或?yàn)榧僋aCl溶液，濃度不超過10%，或?yàn)閴A液和NaCl溶液的混合液，其中堿液不超過2.5%，NaCl溶液不超過7.5%。R_N+(CH3)3Cr2072—(吸附六價(jià)鉻飽和的季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維)+NaCl(高濃度再生液)=Cr2072—(高濃度濃度含六價(jià)鉻廢水)+R-N+(CH3)3Cl—(再生后的季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維)3.設(shè)備除鉻柱3:按四柱設(shè)計(jì)，單柱纖維體積0.040.4m3，纖維為季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維，交換柱材質(zhì)為有機(jī)玻璃或不銹鋼，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維分為四段裝填，每?jī)啥渭景沸蛷?qiáng)堿性離子交換纖維都有一定空間，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維總高度占全柱高度的4/5。每一除鉻柱干凈水出口設(shè)一臺(tái)六價(jià)鉻在線檢測(cè)儀?？刂崎y組是四通閥。吸附和再生按自動(dòng)化操作設(shè)計(jì)。過濾柱2:和除鉻柱外觀大小相同，柱中裝一定體積的pp纖維棉或石英砂，除去含六價(jià)鉻廢水中固體雜質(zhì)。再生液槽有效容積0.52.0m3。過濾柱和除鉻柱串聯(lián)形式連接，吸附和再生同時(shí)進(jìn)行，使除鉻柱的利用率達(dá)到最大。具體工藝流程圖見圖1。4.工作流程說明將含六價(jià)鉻的電鍍廢水用泵送入過濾柱2，過濾后通過控制閥組4從上端進(jìn)入1#除鉻柱內(nèi)與季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維進(jìn)行交換吸附反應(yīng)，干凈水1通過1#除鉻柱下端的控制閥組排出，當(dāng)1#除鉻柱中季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維吸附六價(jià)鉻離子將近飽和時(shí)，調(diào)整1#除鉻柱下端的控制閥組使沒有被1#除鉻柱吸附干凈的含六價(jià)鉻的電鍍廢水通過控制閥組從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行二次吸附，此時(shí)，1#除鉻柱的干凈水出口被關(guān)閉，1#除鉻柱吸附飽和時(shí)，調(diào)整2#除鉻柱上端的控制閥組使含六價(jià)鉻離子廢水直接從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行吸附過程，依次循環(huán)吸附，沒有被最后一個(gè)除鉻柱吸附干凈的含六價(jià)鉻的電鍍廢水通過控制閥組從上端進(jìn)入1#除鉻柱進(jìn)行循環(huán)吸附，當(dāng)2#除鉻柱進(jìn)行吸附過程時(shí)，調(diào)節(jié)控制閥組使再生液5從上端進(jìn)入1#除鉻柱與吸附六價(jià)鉻飽和的離子交換纖維接觸進(jìn)行交換再生反應(yīng)，調(diào)整1#除鉻柱下端的控制閥組使沒有被1#除鉻柱交換干凈的再生液通過控制閥組從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行二次交換，1#除鉻柱中交換后形成的六價(jià)鉻濃縮液6由1#除鉻柱下端的控制閥組排出，當(dāng)再生液濃度降低到一定程度時(shí)，調(diào)節(jié)控制閥組使再生液從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行再生過程，依次循環(huán)再生。在工作流程中，處理廢水來源于電鍍廠產(chǎn)生的含六價(jià)鉻電鍍廢水，六價(jià)鉻濃度為60225mg/L，pH值為23。用圖1工藝處理此種含六價(jià)鉻廢水結(jié)果如下1.含鉻廢水經(jīng)過吸附、再生，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維重復(fù)使用等過程驗(yàn)證，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維對(duì)鉻離子的吸附效率超過99%以上，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維重復(fù)再生次數(shù)達(dá)到300次以上。證明吸附效果達(dá)到工程應(yīng)用的基本要求。2.解吸液中鉻離子濃度最高可以達(dá)到23806mg/L以上，即鉻離子可以被濃縮100倍以上，此種高濃度的鉻離子溶液可以作為電鍍液原料回收利用。3.由表l檢測(cè)結(jié)果可得，處理后六價(jià)鉻濃度小于0.004mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)0.5mg/L。4.由表1檢測(cè)結(jié)果可得，本發(fā)明應(yīng)用的纖維對(duì)六價(jià)鉻離子有很好的選擇性，只對(duì)六價(jià)鉻離子有吸附作用，對(duì)其他離子幾乎不吸附。表1:含鉻電鍍廢水處理的檢測(cè)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，相同之處不重述，不同之處在于除鉻柱為三個(gè)，并且，控制閥組由兩個(gè)三通閥構(gòu)成。實(shí)施例三本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，相同之處不重述，不同之處在于除鉻柱為五個(gè)，并且，控制閥組由三個(gè)或四個(gè)兩通閥構(gòu)成。改變除鉻柱的數(shù)量、改變?cè)偕旱姆N類、改變控制閥組的具體形式、以及改變過濾柱的具體形式能夠組成多個(gè)實(shí)施例，均為本發(fā)明的常見變化，在此不一一詳述。權(quán)利要求一種含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法，其特征在于設(shè)置至少兩個(gè)除鉻柱和至少一個(gè)過濾柱，所有除鉻柱均由外殼和季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維組成，在每一除鉻柱的上下兩端分別安裝一個(gè)控制閥組，將含六價(jià)鉻的電鍍廢水用泵送入過濾柱，過濾后通過控制閥組從上端進(jìn)入1#除鉻柱內(nèi)與季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維進(jìn)行交換吸附反應(yīng)，干凈水通過1#除鉻柱下端的控制閥組排出，當(dāng)1#除鉻柱中季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維吸附六價(jià)鉻離子將近飽和時(shí)，調(diào)整1#除鉻柱下端的控制閥組使沒有被1#除鉻柱吸附干凈的含六價(jià)鉻的電鍍廢水通過控制閥組從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行二次吸附，此時(shí)，1#除鉻柱的干凈水出口被關(guān)閉，1#除鉻柱吸附飽和時(shí)，調(diào)整2#除鉻柱上端的控制閥組使含六價(jià)鉻離子廢水直接從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行吸附過程，依次循環(huán)吸附，沒有被最后一個(gè)除鉻柱吸附干凈的含六價(jià)鉻的電鍍廢水通過控制閥組從上端進(jìn)入1#除鉻柱進(jìn)行循環(huán)吸附；當(dāng)2#除鉻柱進(jìn)行吸附過程時(shí)，調(diào)節(jié)控制閥組使再生液從上端進(jìn)入1#除鉻柱與吸附六價(jià)鉻飽和的離子交換纖維接觸進(jìn)行交換再生反應(yīng)，調(diào)整1#除鉻柱下端的控制閥組使沒有被1#除鉻柱交換干凈的再生液通過控制閥組從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行二次交換，1#除鉻柱中交換后形成的六價(jià)鉻濃縮液由1#除鉻柱下端的控制閥組排出，當(dāng)再生液濃度降低到一定程度時(shí)，調(diào)節(jié)控制閥組使再生液從上端進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行再生過程，依次循環(huán)再生。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法，其特征是所述再生液為純堿液，濃度不超過10%，或?yàn)榧僋aCl溶液，濃度不超過10%，或?yàn)閴A液和NaCl溶液的混合液，其中堿液不超過2.5%，NaCl溶液不超過7.5%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法，其特征是所述除鉻柱中季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維體積為0.040.4m3，除鉻柱外殼材質(zhì)為有機(jī)玻璃或不銹鋼，并且，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維分為四段裝填，每?jī)啥渭景沸蛷?qiáng)堿性離子交換纖維都有一定空間，季胺型強(qiáng)堿性離子交換纖維總高度占全柱高度的4/5。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法，其特征是所述過濾柱的外殼中裝有PP纖維棉或石英砂，以除去含六價(jià)鉻電鍍廢水中固體雜質(zhì)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法，其特征是每一除鉻柱的干凈水出口均設(shè)置一臺(tái)六價(jià)鉻在線檢測(cè)儀。6.根據(jù)權(quán)利要求l-5任一所述的含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法，其特征是所述控制閥組由一個(gè)四通閥構(gòu)成，或由兩個(gè)三通閥構(gòu)成，或由三個(gè)或四個(gè)兩通閥構(gòu)成，并且，控制閥組由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整控制；所述除鉻柱的個(gè)數(shù)為兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或六個(gè)；所述過濾柱為一個(gè)，或?yàn)閮蓚€(gè)串聯(lián)，或?yàn)槿齻€(gè)串聯(lián)。全文摘要本發(fā)明公開了一種采用離子交換纖維對(duì)含鉻電鍍廢水處理和金屬離子回收的新方法，含六價(jià)鉻的廢水經(jīng)過過濾柱除去固體雜質(zhì)后進(jìn)入1#除鉻柱，當(dāng)1#柱纖維吸附六價(jià)鉻離子將近飽和時(shí)，調(diào)節(jié)四通閥使沒有被1#除鉻柱吸附干凈的含鉻廢水進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行二次吸附，1#除鉻柱吸附飽和時(shí)，調(diào)節(jié)四通閥使含六價(jià)鉻離子廢水直接從2#除鉻柱進(jìn)行吸附過程，當(dāng)2#除鉻柱將近吸附飽和時(shí)調(diào)節(jié)四通閥使3#除鉻住工作，依次循環(huán)吸附；當(dāng)2#除鉻柱進(jìn)行吸附過程時(shí)，調(diào)節(jié)四通閥使1#除鉻柱進(jìn)入再生過程，并且收集再生液，當(dāng)再生液濃度降低到一定程度時(shí)，調(diào)節(jié)四通閥使再生液進(jìn)入2#除鉻柱進(jìn)行再生過程，依次循環(huán)再生。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，便捷，殘?jiān)€(wěn)定，無二次污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。文檔編號(hào)C02F9/02GK101708908SQ20091022720公開日2010年5月19日申請(qǐng)日期2009年11月30日優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日發(fā)明者馮長(zhǎng)根,司徒百興,周從章,曾慶軒,李建博,李明愉申請(qǐng)人:江門市普潤(rùn)水處理技術(shù)中心有限公司