沉淀法處理離子交換樹脂再生廢水的研究

車春波

(哈爾濱商業大學 環境工程系,哈爾濱 150076)

離子交換法被廣泛應用于制備軟化水和除鹽水.在離子交換樹脂再生過程中要排出大量的含鹽廢水.含鹽廢水由于礦化度高、電導率高、能加速電化學反應,使設備腐蝕速度加快;如排入周圍農田,可能造成土地鹽漬化、土壤板結、農作物爛根、死苗等[1].有研究表明,含鹽廢水的化學組成、農田利用狀況等因素均對地下水水質有重要影響[2].因此,對這部分廢水進行有效的處理,使處理后廢水能夠回用,從而達到含鹽廢水重復利用,具有十分重要的意義.

1 實驗部分

實驗用水 取自離子交換樹脂再生過程中的再生廢水.采樣時間統計:陽床每間隔 4 min取 1次水樣;陰床每間隔 7min取 1次水樣,各取 20個水樣.

沉淀方法 陽床:取水樣 50 mL于 100 mL小燒杯中,充分攪拌條件下加入沉淀劑或混凝劑,反應 15 min后靜沉 30min取上清液測定各離子質量濃度.陰床:取水樣 50 mL于 100 m L小燒杯中,用HCl調節至中性,充分攪拌條件下加入沉淀劑或混凝劑,反應 15min后靜沉 3 h取上清液測定各離子質量濃度.

分析方法 鈣、鎂離子:EDTA滴定法測定;氯離子:硝酸銀滴定法測定;可溶性二氧化硅:分光光度法測定;鐵離子:分光光度法測定;硫酸根離子:EDTA滴定法測定;pH值:PHS-3C型精密 pH計測定[3].

2 結果與討論

2.1 水質分析

用于制備軟化水、除鹽水的水源水水質情況如表1所示.

表1 水源水水質分析

根據水源水水質情況可以預知,陽床再生廢水中存在的主要離子有:鈉離子、鈣離子、鎂離子、鐵離子、氯離子;陰床再生廢水中存在的主要離子有:重碳酸根、硫酸根、硅酸根、氯離子.對再生廢水的水質測定結果如圖1、2所示.

圖1 陽床再生廢水各離子隨時間的變化情況

圖2 陰床再生廢水各離子隨時間的變化情況

由圖1、2可知,在整個再生過程中,陽床在再生第 16～60m in之間出現高含鹽量廢水區;陰床在再生第 35～98min之間出現高含鹽量廢水區其他部分廢水水質接近水源水,故取這部分高含鹽廢水進行沉淀處理.通過對圖1、2中高含鹽量時間段的曲線進行回歸計算,可得出:陽床鈣、鎂、鐵、氯離子平均質量濃度分別為 3 757、1 146、46.7、7 452 mg/L,pH值 ＜1.0;陰床硫酸根、硅酸根、氯離子平均質量濃度分別為 2 032、337、1 224 mg/L,pH值＞12.0.

3.2 沉淀劑的篩選

3.2.1 陽床沉淀劑的篩選

根據陽床水質特點選擇沉淀劑石灰乳(A)100 g/L、碳酸鈉(B)200 g/L、氫氧化鈉(C)100 g/L、氯化鋁(D)20 g/L、聚合氯化鋁 (E)20 g/L、氯化鈣(F)200 g/L進行沉淀實驗.沉淀劑配方見表2.

表2 陽床沉淀劑篩選實驗 m L

由于沉淀物 Fe(OH)3的溶度積 KSP=3.5×10-38遠遠小于 Mg(OH)2的溶度積 KSP=1.8×10-11,在加入 OH-時 Fe3+首先沉淀下來.因此,在篩選沉淀劑時只考慮沉淀劑對鈣、鎂離子沉淀效果的影響.

由圖3可知,配方 3、4、5的實驗結果表明混凝劑對鈣離子的去除效果不明顯,且由于混凝劑的加入鈣離子質量濃度隨藥劑的用量下降較緩慢.由圖4可知,配方 1與配方 2都能有效去除鎂離子,但是配方 2對鎂離子的平均去除率為 81.1%,比配方 1的 71.6%要高.

圖3 陽床鈣離子質量濃度隨沉淀劑加入量變化曲線

圖4 陽床鎂離子質量濃度隨沉淀劑加入量變化曲線

沉淀劑篩選的結果表明:以碳酸鈉(B)和氫氧化鈉(C)為沉淀劑的配方 2可以有效去除鈣、鎂、鐵離子.由于廢水的特點是鹽質量濃度高、懸浮物和其他雜質含量很低,因此混凝劑的處理效果均較差[4-5].

3.2.2 陰床沉淀劑的篩選

根據陰床水質特點選擇沉淀劑石灰乳(A)100 g/L、氯化鋁 (D)20 g/L、聚合氯化鋁 (E)20 g/L、氯化鈣(F)200 g/L進行沉淀實驗.沉淀劑配方見表3.

由于沉淀劑的加入使廢水中產生的鈣離子用碳酸鈉(B)沉淀去除 .

表3 陰床沉淀劑篩選實驗 m L

由圖5、6可以看出,配方 1對硫酸根、硅酸根的去除效果最好.由于生成的 CaSO4是微溶物,在高質量濃度鹽溶液中,隨著沉淀劑的加入鹽效應增強,增大了 CaSO4的溶解度,所以沉淀后出水硫酸根質量濃度仍然超標(≤250 mg/L),采用以氧化鈣(A)為沉淀劑的二次沉淀對硫酸根進一步處理,其結果見圖7.

圖5 陰床硫酸根隨沉淀劑加入量變化曲線

圖6 陰床硅酸根隨沉淀劑加入量變化曲線

圖7 陰床二次沉淀離子隨沉淀劑加入量變化曲線

沉淀劑篩選的結果表明:以石灰乳(A)為沉淀劑的配方 1可以有效地去除硫酸根、硅酸根,而混凝劑的處理效果均不理想.

3.3 沉淀實驗

根據 CaCO3的溶度積 KSP=8.7×10-9,Mg(OH)2的溶度積 KSP=1.8×10-11可以看出,可采用分步沉淀法處理陽床再生廢水:在充分攪拌的條件下加入第 1種沉淀劑 C,過濾并測定濾液中鈣、鎂、鐵、氯離子質量濃度;在濾液中繼續加入第2種沉淀劑 B,過濾并測定濾液中上述離子的質量濃度.根據 CaSO4的溶度積 KSP=2.45×10-5,Ca SiO3的溶度積 KSP=1.14×10-8可以看出,陰床再生廢水在加入沉淀劑 A后的硫酸根和硅酸根將以共沉淀的形式析出,見表4、5。

表4 陽床水樣離子質量濃度及沉淀試驗結果 (單位:mg/L)

表5 陰床水樣離子濃度及沉淀試驗結果(單位:mg/L)

由表4、5可以看出,陽離子的去除效果隨水樣中離子質量濃度的增大而增強,鈣、鎂、鐵離子平均去除率為 99.6%、97.4%、100%;陰離子的去除效果隨水樣中離子質量濃度的增大而減弱,硫酸根和硅酸根平均去除率為 92.6%、95.8%.

4 結 語

用沉淀法處理離子交換樹脂高含鹽再生廢水,采用分步沉淀法可有效地去除陽床再生廢水中鈣、鎂、鐵、氯離子;采用二次沉淀法可有效地去除陰床再生廢水中硫酸根和硅酸根.處理后分離出沉淀后的上清液以氯化鈉為主,可回用為鈉離子交換樹脂的再生液,從而減少了廢水的排放量,具有一定的環境效益和經濟效益.

[1] 郭春梅,陳進富,張忠智.注氣鍋爐含鹽廢水的分析及回用技術研究[J].工業水處理,2003,23(12):19-21.

[2] KASSA A.The impact of freshwater and wastewater irrigation o the chemistry of shallow groundwater:a case study from the Israeli Coastal Aquifer[J].Journal of Hydrology,2005,300(1-4)314-331.

[3] 水和廢水監測分析方法.國家環保總局[M].北京:中國環境科學出版社,1989:98-289.

[4] 郭春梅,陳進富.分步沉淀法處理高含鹽廢水的實驗研究[J].工業水處理,2008,28(3):43-45.

[4] 王傳增,孫德智,王 砥 .Pt/GAC催化劑的制備及催化氧化冷凝廢水研究[J].哈爾濱商業大學學報:自然科學版,2009,2(1):24-29.