廢水處理系統樹脂污染研究和復蘇處理

王紅琴,周繼如

(1.旭環美水處理(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,經過樹脂處理后,水質不能達標,且經過常規再生,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,一般會出現顏色變深、體積增大、工作交換容量降低、出水水質惡化等現象。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

廢水處理系統工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理系統工藝流程圖

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,經過調試,廢水經過處理后排放水一直能夠保持達標排放,但廢水處理設備穩定運行半年后,處理水重金屬和氰化物出現了超標的情況,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過廢水離子交換后,已經被污染,現在要確認經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 試驗現象

觀察再生試驗過程,發現再生前后,樹脂顏色沒有發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 試驗現象

觀察再生試驗過程,發現再生前后,樹脂顏色有所變淺,同時樹脂體積有所變小。HCl再生廢液呈現無色,NaOH再生廢液呈現黃色。

4.4.4 廢水檢驗結果(現場實際廢水)

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 試驗現象

觀察再生試驗過程,發現再生前后,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

樹脂靜態浸沒圖見圖4。

圖4 樹脂靜態浸沒圖

4.6.4 試驗現象

螯合樹脂在NaOH溶液浸泡6 h后,浸泡液呈現淺黃色,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,浸泡液呈現黃色,在堿性NaCl溶液浸泡6 h后,浸泡液顏色呈現紅褐色。

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 現場樹脂處理

5.1 現狀

系統運行半年多,活性炭塔中的活性炭已經吸附飽和,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,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,自來水體積是現有各個塔的兩倍。

6.6 再次開機準備

系統再次開機前需要對系統進行倍量再生。倍量再生即現有再生各階段時間的兩倍。

7 結語

根據廢水系統運行實際情況,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的正常運行起著至關重要的作用。