廢水處理系統(tǒng)樹脂污染研究和復蘇處理

王紅琴,周繼如

(1.旭環(huán)美水處理(蘇州)有限公司,江蘇 蘇州 215000;2.中機國際工程設計研究院有限責任公司,湖南 長沙 410000)

大連某電子有限公司建設96 m3/d的去除重金屬和氰化物的廢水處理設施,運行一段時間之后,經(jīng)過樹脂處理后,水質不能達標,且經(jīng)過常規(guī)再生,樹脂的能力未能恢復,初步判斷樹脂可能被污染。樹脂污染后,一般會出現(xiàn)顏色變深、體積增大、工作交換容量降低、出水水質惡化等現(xiàn)象。此時便需要對樹脂進行復蘇研究和處理,并重新制定廢水處理站今后的運行管理方案。

1 設計條件

本項目設計總處理水量為96 m3/d,其水質情況見表1。

表1 工程設計水質情況

2 廢水處理工藝

廢水處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理系統(tǒng)工藝流程圖

由于廢水中存在部分COD,所以首先通過活性炭進行吸附去除,一方面可以保護后續(xù)的樹脂,同時也可以使廢水的COD達標排放。廢水中的重金屬Ni2+、Cu2+、Ag+通過螯合樹脂離子交換去除,由于Ni2+、Ag+排放要求較高,為了提高樹脂的吸附容量,采用將兩座螯合塔串聯(lián)的方式。廢水中的氰化物通過陰離子樹脂離子交換去除[1-2]。

3 廢水處理運行情況

廢水處理設施建設完成后,經(jīng)過調試,廢水經(jīng)過處理后排放水一直能夠保持達標排放,但廢水處理設備穩(wěn)定運行半年后,處理水重金屬和氰化物出現(xiàn)了超標的情況,正常再生處理后處理水還是超標。取少量樹脂觀察,顏色相較使用前有所變深,初步判定螯合樹脂和CN塔樹脂被廢水中的某些物質污染。先對目前的樹脂進行污染研究,確認污染的樹脂能否復蘇,以及制定今后的運行管理,確保廢水處理設施的正常運行,或延長樹脂的使用壽命。

4 樹脂再生與污染研究

4.1 樹脂外觀

樹脂使用前后顏色對比見圖2。

圖2 樹脂使用前后對比圖

從圖2中可以初步看出樹脂經(jīng)過廢水離子交換后,已經(jīng)被污染,現(xiàn)在要確認經(jīng)過再生是否能恢復樹脂的離子交換能力[3-4]。

4.2 再生處理

再生試驗裝置見圖3。

圖3 再生試驗裝置

4.3 螯合塔A中樹脂再生

4.3.1 試驗流程

取100 mL樹脂裝入再生裝置的離子交換床中,原水槽配制8%的HCl,通過蠕動泵將8%HCl作為再生液進行再生,再生完,原水槽裝入去離子水,對再生后的樹脂進行水洗,最終通過模擬廢水檢驗再生后的樹脂處理效果。

4.3.2 試驗條件

試驗條件見表2。

表2 樹脂再生試驗條件

4.3.3 試驗現(xiàn)象

觀察再生試驗過程,發(fā)現(xiàn)再生前后,樹脂顏色沒有發(fā)生明顯變化且再生廢液沒有顏色,但樹脂體積有所減少。

4.3.4 模擬廢水試驗結果

試驗結果見表3。

表3 樹脂再生后模擬試驗結果

4.3.5 結論

在上述實驗條件下,模擬廢水中的Ni2+可以通過螯合樹脂去除,經(jīng)過樹脂離子交換后Ni2+質量濃度在0.003 mg/L左右;再生后的樹脂對模擬廢水處理效果較好,可能是因為模擬廢水中沒有可以污染樹脂的物質。

4.4 螯合塔B中樹脂再生

4.4.1 試驗流程

取100 mL樹脂裝入再生裝置的離子交換床中,原水槽配制8%的HCl,通過蠕動泵將8%HCl作為再生液進行再生,再生完,原水槽裝入去離子水,對再生后的樹脂進行水洗,再將樹脂放入燒杯中用4%NaOH溶液浸泡,浸泡2 h后用去離子水清洗,清洗完再裝入離子交換床中,重復HCl的再生,HCl再生完再用NaOH溶液進行轉型,轉型完用去離子水進行清洗,最終通過實際廢水檢驗再生后的樹脂處理效果。

4.4.2 再生試驗條件

再生試驗條件見表4。

表4 再生試驗條件

4.4.3 試驗現(xiàn)象

觀察再生試驗過程,發(fā)現(xiàn)再生前后,樹脂顏色有所變淺,同時樹脂體積有所變小。HCl再生廢液呈現(xiàn)無色,NaOH再生廢液呈現(xiàn)黃色。

4.4.4 廢水檢驗結果(現(xiàn)場實際廢水)

廢水檢驗結果見表5。

表5 廢水檢驗結果

4.4.5 試驗結論

在上述試驗條件下,廢水中的Ni2+可以通過再生后的螯合樹脂去除,再生效果較好。

4.5 CN塔中樹脂再生

4.5.1 試驗流程

取100 mL樹脂裝入再生裝置的離子交換床中,原水槽配制4%的NaOH,通過蠕動泵將4%NaOH作為再生液進行再生,再生分為2個階段,第一階段采用400 mL再生液,第二階段采用4 000 mL再生液,再生完,原水槽裝入去離子水,對再生后的樹脂進行水洗,最后檢測再生廢液的COD,確認樹脂是否被有機物污染。

4.5.2 試驗條件

試驗條件見表6。

表6 試驗條件

4.5.3 試驗現(xiàn)象

觀察再生試驗過程,發(fā)現(xiàn)再生前后,樹脂顏色沒有明顯的變化,但樹脂體積有所變少。再生廢液呈現(xiàn)黃色。

4.5.4 試驗結果

對再生廢液1和再生廢液2進行COD的檢測,檢測結果顯示再生廢液1的COD值為138 mg/L,再生廢液2的COD值為55 mg/L。

4.5.5 試驗結論

從再生廢液中COD量可以看出CN塔中的樹脂被有機物污染。

4.6 樹脂污染研究[5-6]

4.6.1 試驗流程

分別取10 mL螯合樹脂放入盛有NaOH溶液和堿性NaCl溶液的燒杯中浸泡6 h,分別取10 mL CN塔中的陰離子樹脂放入盛有NaOH溶液和堿性NaCl溶液的燒杯中浸泡6 h。然后觀察顏色變化,再檢測浸泡后浸沒液的COD,確認樹脂是否被有機物污染。

4.6.2 試驗條件

試驗條件見表7。

表7 試驗條件

4.6.3 試驗照片

樹脂靜態(tài)浸沒圖見圖4。

圖4 樹脂靜態(tài)浸沒圖

4.6.4 試驗現(xiàn)象

螯合樹脂在NaOH溶液浸泡6 h后,浸泡液呈現(xiàn)淺黃色,在堿性NaCl溶液浸泡6 h后,浸泡液顏色變化不大;CN塔樹脂在NaOH溶液浸泡6 h后,浸泡液呈現(xiàn)黃色,在堿性NaCl溶液浸泡6 h后,浸泡液顏色呈現(xiàn)紅褐色。

4.6.5 試驗結果

對螯合樹脂和CN塔內的樹脂的NaOH浸沒液進行COD的檢測,檢測結果顯示螯合樹脂NaOH浸沒液的COD值為60 mg/L,CN塔內的樹脂NaOH浸沒液的COD值為128 mg/L(由于NaCl氯化物的影響,無法測定堿性NaCl浸泡液COD)。

4.6.6 試驗結論

從浸泡液顏色和浸沒液COD可以看出樹脂被污染了,且CN塔內的樹脂更容易被有機物污染。通過浸泡液顏色變化和浸泡液COD的數(shù)值初步判斷,NaOH溶液對螯合樹脂的復蘇應該有一定的效果,堿性NaCl溶液對CN塔內樹脂的復蘇應該有一定的效果。

5 現(xiàn)場樹脂處理

5.1 現(xiàn)狀

系統(tǒng)運行半年多,活性炭塔中的活性炭已經(jīng)吸附飽和,所以導致后面的樹脂被有機物污染,因此需要更換活性炭及對樹脂進行復蘇處理。

由于運行過程中部分樹脂的遺失及取樣試驗分析,導致目前樹脂塔內的樹脂量已明顯減少。

運行初始螯合塔A和螯合塔B中的樹脂量為150 L,CN塔中的樹脂量為300 L,目前螯合塔A和螯合塔B中的樹脂量約為100 L,CN塔中的樹脂量約為280 L。因此需要對樹脂塔內的樹脂進行補充。

5.2 活性炭塔中活性炭更換

在使用活性炭的初期(或者更換或活性炭運行初期),少量細微的粉末活性炭有可能隨水流進入樹脂罐,造成樹脂的污堵,使樹脂離子交換能力下降。這種污染很難清洗恢復,所以必須進行反洗,活性炭沖洗干凈,去除細小粉末后才能將過濾水送至后續(xù)樹脂罐。

將吸附飽和的活性炭排出后,裝入活性炭濾料,裝入指定位置后,再進行清洗;先正沖2 h,然后直至出水pH值基本不變及出水澄清。反洗過程大約8 h。

5.3 螯合塔A和B的復蘇及再生[7-8]

螯合塔A和B首先采用4%NaOH對樹脂罐中的樹脂浸泡6 h,排出浸沒液后,用RO水進行水洗,水洗過程中檢測pH值,當pH值至中性后水洗結束,進入正常的再生程序,即先用8%HCl再生,然后水洗,再用4%NaOH進行轉型,轉型結束后進行水洗。最后進入運行模式。

5.4 CN塔的復蘇及再生[9]

CN塔首先采用堿性NaCl溶液對樹脂罐中的樹脂浸泡6 h,排出浸沒液后,用RO水進行水洗,水洗過程中檢測pH值,當pH值至中性后水洗結束,水洗后,進入正常的再生程序,即用4%NaOH進行再生,然后水洗,最后進入運行模式。

5.5 廢水處理系統(tǒng)實液運轉

實液運轉情況見表8。

表8 實液運轉情況

5.6 結果說明

螯合樹脂經(jīng)過復蘇再生后,Ni2+的去除率并沒有得到很大的提高,CN塔內的樹脂經(jīng)過復蘇再生后,CN-的去除率并沒有得到很大的提高,一方面樹脂污染比較嚴重,從而影響它的交換能力,另一方面樹脂量減少了很多,樹脂的填充高度降低了很多,從而使Ni2+和CN-容易穿透。

這種情況下,建議優(yōu)先增加樹脂量,螯合塔A和螯合塔B分別增加50 L,CN塔增加25 L。然后根據(jù)運行情況再次確認是否需要全部更換樹脂。

6 運行管理[10]

6.1 活性炭塔運行管理

樹脂進水前需要通過活性炭塔去除有機物,降低有機物對樹脂的污染,活性炭塔中的活性炭吸附飽和后需要及時更換活性炭,以免影響后續(xù)的樹脂,造成樹脂的污染,所以需要定期對活性炭塔出水進行取樣檢測COD。

取樣頻度:2次/星期;取樣點:活性炭塔取樣口;測定指標:COD。

如果COD值超過80 mg/L,應立即停止系統(tǒng),對活性炭塔中的活性炭進行更換。

6.2 螯合塔A運行管理

通過測定產(chǎn)水中的Ni2+濃度來確定是否需要對樹脂進行再生。

取樣頻度:1次/d;取樣點:螯合塔A取樣口;測定指標:Ni2+。

如果Ni2+超過0.1 mg/L,啟動螯合塔A再生模式,對螯合塔A進行再生。

再生最低限度:2次/月。

6.3 螯合塔B運行管理

通過測定產(chǎn)水中的Ni2+濃度來確定是否需要對樹脂進行再生。

取樣頻度:1次/d;取樣點:螯合塔B取樣口;測定指標:Ni2+。

如果Ni2+超過0.1 mg/L,啟動螯合塔B再生模式,對螯合塔B進行再生。

再生最低限度:2次/月。

6.4 CN塔運行管理

通過測定產(chǎn)水中的CN-濃度來確定是否需要對樹脂進行再生。

取樣頻度:1次/d;取樣點:CN塔取樣口;測定指標:CN-。

如果CN-超過0.1 mg/L,啟動CN塔再生模式,對CN塔進行再生。

再生最低限度:2次/月。

6.5 停機準備

當系統(tǒng)需要停機時,用自來水將塔內廢水全部置換,自來水體積是現(xiàn)有各個塔的兩倍。

6.6 再次開機準備

系統(tǒng)再次開機前需要對系統(tǒng)進行倍量再生。倍量再生即現(xiàn)有再生各階段時間的兩倍。

7 結語

根據(jù)廢水系統(tǒng)運行實際情況,結合樹脂污染情況,對螯合樹脂采用NaOH溶液浸沒復蘇和倍量再生,對CN塔內的樹脂采用堿性NaCl溶液浸泡和倍量再生,對樹脂污染復蘇起到了一定的效果。但有機物的污染對樹脂性能的影響較大,復蘇和再生操作也不能完全或絕大部分恢復樹脂的離子交換性能。因此,平時的科學管理和合理操作對廢水處理系統(tǒng)的正常運行起著至關重要的作用。