化学镍吸附树脂
镀镍作为一种常用的表面处理技术,广泛应用于电子、汽车、机械等多种行业。含Ni2+废水对人体健康和生态环境危害严重,其常用处理方法有化学沉淀、真空蒸发回收、电渗析、反渗透和离子交换树脂吸附等。化学沉淀法虽然成本低廉,但产生的固体废物需要重新处理;真空蒸发法消耗大量能源;电渗析和反渗透需要大量的设备投资和能耗,并且存在膜易受污染的问题,这表明现有的含镍废水处理工艺有其自身的优缺点。
离子交换技术是对现有含镍废水处理工艺的完美升级,由于出水水质好,可回收有用物质,适用于处理低浓度、废水量大的镀镍废水,并得到了广泛的应用。
使用离子交换法进行镀镍废水处理的优点
高效除镍可达标:除去重金属镍离子,满足国家排放指标要求
资源增值:从废水中回收有价值的金属镍
循环利用:提高水循环利用率,节约水资源
节能环保:减少环境污染
随着人们对镀镍废水处理资源价值的认识不断提高,离子交换技术作为电镀废水先进处理的有效方法逐渐受到关注。
原则
离子交换树脂是具有三维空间结构的不溶性高分子化合物,其官能团可以与水中的离子进行交换反应。镀镍废水中的Ni2+离子被阳离子交换树脂吸附。所用树脂一般可由弱酸性阳极树脂制成,当弱酸性阳极树脂交换时,树脂通常转化为Na型。当含Ni2+的废水流经Na型弱酸性阳离子树脂层时,发生以下交换反应:
2R-COONa+Ni2+→(R-COO)2Ni+2Na+
水中的Ni2+吸附在树脂上,树脂中的Na+进入水中。当所有树脂层与Ni2+的交换达到平衡时,用一定浓度的HCl或H再生2SO4,并发生以下反应:
(R-COO)2Ni+H2SO4→2R-COOH+NiSO4
此时树脂为H型,需要将NaOH转化为Na型,反应如下:
R-COOH+NaOH→+H2O
这样,树脂就可以在下一个循环中重新投入使用。处理后,废水可返回清洗槽回用,洗脱后的硫酸镍可提纯后再用回电镀槽。
工艺方案演示
树脂的选择
目前,可以处理含镍废水的树脂很多,其性质和特性各不相同,因此选择合适的树脂是该过程中的一大问题。在可用于处理含镍废水的树脂中,有许多弱酸性阳离子交换树脂(即螯合树脂),强酸性阳离子树脂也可以吸附镍离子,但这种树脂容易受到含镍废水中盐、钙、镁的影响。因此,易交换量高、交换速度快、易再生、机械强度高、膨胀小的弱酸性阳离子树脂(螯合树脂)多用于工厂含镍废水。
树脂的预处理
CH-90除镍螯合树脂作为Temax在中国的总代理,出厂时活化为钠型,使用前只能用水冲洗至pH值9左右即可使用。
镀镍废水的离子交换处理,过去主要是固定床两柱串联工艺,近年来已发展到与移动床镀铬废水处理相同的水平。它的功能越来越完整,占地面积也越来越小。为了防止设备用饱和树脂排放再生后影响废水的交换,设备上有一个备用树脂罐。设备功能齐全,操作方便,包括水泵、流量计、过滤器、气泵、树脂再生系统和动力控制部分。
废水处理工艺
1. 废水的交换
工作时,水泵将废水池中的含镍废水泵入过滤器,废水从过滤器中流出,经过流量计后倒流进入交换塔,从交换塔顶部流出的水是去除了Ni2+离子的水(下游水或逆流水可根据具体设计工艺要求选择), 反应如下:
2R-COONa+Ni2+→(R-COO)2Ni+2Na+
从有机玻璃交换柱可以清楚地看到,树脂被加压水均匀地保持起来,随着吸附的进行,吸附的镍离子变成绿色树脂交换带,明显由下往上逐渐移动。当交换带移动到交换柱的三分之二时,交换柱的底部非常暗且饱和。螯合树脂需要回收利用。
2、废水处理工艺:
弱酸性阳离子树脂CH-90在相同浓度下对水中各种阳离子的交换顺序如下
:
Cu2+>Pb2+>Ni2+>Co2+>Cd2+>Fe3+>Mn2+>Mg2+>Ga2+>>Na+
3.树脂再生:
再生过程中,由于树脂的高收缩率和膨胀率,即树脂吸附饱和Ni2+后,体积减少30-40%,当树脂再生成Na+型时,会恢复到原来的体积。树脂再生时,先用H2SO4或HCL溶液(3%-5%)逆流再生,再生反应直接回收如下:
(R-COO)2Ni+2H+→+Ni2+
所有树脂再生后,用水洗涤正反洗,然后用再生树脂体积的4%-5%的NaOH溶液流过树脂,将树脂转化为钠型(转化为钠型后,Ni2+易吸附交换,交换量较大)。转化后,树脂体积增加30%以上,树脂用软水(或纯水)(约2倍树脂体积)充分冲洗,从而完成废水处理和树脂再生的全过程。
4、操作方式:
用于树脂的运行和再生,无论是下游还是逆流。一般是顺流运行,逆流再生和清水正反冲洗,运行方式可根据实际工艺确认。
随着新型大孔离子交换树脂和连续离子交换工艺的不断涌现,离子交换技术在镀镍废水的先进处理和高值金属镍盐的回收方面,日益显示出其他方法难以匹敌的优势。为了提高水的循环利用率,满足日益严格的排放标准,预计离子交换技术将与微电脑控制技术相结合,使设备设计最终化和自动化,在废水处理领域开创新格局。
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