废水处理系统树脂污染研究和复苏处理

王红琴,周继如

(1.旭环美水处理(苏州)有限公司,江苏 苏州 215000;2.中机国际工程设计研究院有限责任公司,湖南 长沙 410000)

大连某电子有限公司建设96 m3/d的去除重金属和氰化物的废水处理设施,运行一段时间之后,经过树脂处理后,水质不能达标,且经过常规再生,树脂的能力未能恢复,初步判断树脂可能被污染。树脂污染后,一般会出现颜色变深、体积增大、工作交换容量降低、出水水质恶化等现象。此时便需要对树脂进行复苏研究和处理,并重新制定废水处理站今后的运行管理方案。

1 设计条件

本项目设计总处理水量为96 m3/d,其水质情况见表1。

表1 工程设计水质情况

2 废水处理工艺

废水处理系统工艺流程见图1。

图1 废水处理系统工艺流程图

由于废水中存在部分COD,所以首先通过活性炭进行吸附去除,一方面可以保护后续的树脂,同时也可以使废水的COD达标排放。废水中的重金属Ni2+、Cu2+、Ag+通过螯合树脂离子交换去除,由于Ni2+、Ag+排放要求较高,为了提高树脂的吸附容量,采用将两座螯合塔串联的方式。废水中的氰化物通过阴离子树脂离子交换去除[1-2]。

3 废水处理运行情况

废水处理设施建设完成后,经过调试,废水经过处理后排放水一直能够保持达标排放,但废水处理设备稳定运行半年后,处理水重金属和氰化物出现了超标的情况,正常再生处理后处理水还是超标。取少量树脂观察,颜色相较使用前有所变深,初步判定螯合树脂和CN塔树脂被废水中的某些物质污染。先对目前的树脂进行污染研究,确认污染的树脂能否复苏,以及制定今后的运行管理,确保废水处理设施的正常运行,或延长树脂的使用寿命。

4 树脂再生与污染研究

4.1 树脂外观

树脂使用前后颜色对比见图2。

图2 树脂使用前后对比图

从图2中可以初步看出树脂经过废水离子交换后,已经被污染,现在要确认经过再生是否能恢复树脂的离子交换能力[3-4]。

4.2 再生处理

再生试验装置见图3。

图3 再生试验装置

4.3 螯合塔A中树脂再生

4.3.1 试验流程

取100 mL树脂装入再生装置的离子交换床中,原水槽配制8%的HCl,通过蠕动泵将8%HCl作为再生液进行再生,再生完,原水槽装入去离子水,对再生后的树脂进行水洗,最终通过模拟废水检验再生后的树脂处理效果。

4.3.2 试验条件

试验条件见表2。

表2 树脂再生试验条件

4.3.3 试验现象

观察再生试验过程,发现再生前后,树脂颜色没有发生明显变化且再生废液没有颜色,但树脂体积有所减少。

4.3.4 模拟废水试验结果

试验结果见表3。

表3 树脂再生后模拟试验结果

4.3.5 结论

在上述实验条件下,模拟废水中的Ni2+可以通过螯合树脂去除,经过树脂离子交换后Ni2+质量浓度在0.003 mg/L左右;再生后的树脂对模拟废水处理效果较好,可能是因为模拟废水中没有可以污染树脂的物质。

4.4 螯合塔B中树脂再生

4.4.1 试验流程

取100 mL树脂装入再生装置的离子交换床中,原水槽配制8%的HCl,通过蠕动泵将8%HCl作为再生液进行再生,再生完,原水槽装入去离子水,对再生后的树脂进行水洗,再将树脂放入烧杯中用4%NaOH溶液浸泡,浸泡2 h后用去离子水清洗,清洗完再装入离子交换床中,重复HCl的再生,HCl再生完再用NaOH溶液进行转型,转型完用去离子水进行清洗,最终通过实际废水检验再生后的树脂处理效果。

4.4.2 再生试验条件

再生试验条件见表4。

表4 再生试验条件

4.4.3 试验现象

观察再生试验过程,发现再生前后,树脂颜色有所变浅,同时树脂体积有所变小。HCl再生废液呈现无色,NaOH再生废液呈现黄色。

4.4.4 废水检验结果(现场实际废水)

废水检验结果见表5。

表5 废水检验结果

4.4.5 试验结论

在上述试验条件下,废水中的Ni2+可以通过再生后的螯合树脂去除,再生效果较好。

4.5 CN塔中树脂再生

4.5.1 试验流程

取100 mL树脂装入再生装置的离子交换床中,原水槽配制4%的NaOH,通过蠕动泵将4%NaOH作为再生液进行再生,再生分为2个阶段,第一阶段采用400 mL再生液,第二阶段采用4 000 mL再生液,再生完,原水槽装入去离子水,对再生后的树脂进行水洗,最后检测再生废液的COD,确认树脂是否被有机物污染。

4.5.2 试验条件

试验条件见表6。

表6 试验条件

4.5.3 试验现象

观察再生试验过程,发现再生前后,树脂颜色没有明显的变化,但树脂体积有所变少。再生废液呈现黄色。

4.5.4 试验结果

对再生废液1和再生废液2进行COD的检测,检测结果显示再生废液1的COD值为138 mg/L,再生废液2的COD值为55 mg/L。

4.5.5 试验结论

从再生废液中COD量可以看出CN塔中的树脂被有机物污染。

4.6 树脂污染研究[5-6]

4.6.1 试验流程

分别取10 mL螯合树脂放入盛有NaOH溶液和碱性NaCl溶液的烧杯中浸泡6 h,分别取10 mL CN塔中的阴离子树脂放入盛有NaOH溶液和碱性NaCl溶液的烧杯中浸泡6 h。然后观察颜色变化,再检测浸泡后浸没液的COD,确认树脂是否被有机物污染。

4.6.2 试验条件

试验条件见表7。

表7 试验条件

4.6.3 试验照片

树脂静态浸没图见图4。

图4 树脂静态浸没图

4.6.4 试验现象

螯合树脂在NaOH溶液浸泡6 h后,浸泡液呈现浅黄色,在碱性NaCl溶液浸泡6 h后,浸泡液颜色变化不大;CN塔树脂在NaOH溶液浸泡6 h后,浸泡液呈现黄色,在碱性NaCl溶液浸泡6 h后,浸泡液颜色呈现红褐色。

4.6.5 试验结果

对螯合树脂和CN塔内的树脂的NaOH浸没液进行COD的检测,检测结果显示螯合树脂NaOH浸没液的COD值为60 mg/L,CN塔内的树脂NaOH浸没液的COD值为128 mg/L(由于NaCl氯化物的影响,无法测定碱性NaCl浸泡液COD)。

4.6.6 试验结论

从浸泡液颜色和浸没液COD可以看出树脂被污染了,且CN塔内的树脂更容易被有机物污染。通过浸泡液颜色变化和浸泡液COD的数值初步判断,NaOH溶液对螯合树脂的复苏应该有一定的效果,碱性NaCl溶液对CN塔内树脂的复苏应该有一定的效果。

5 现场树脂处理

5.1 现状

系统运行半年多,活性炭塔中的活性炭已经吸附饱和,所以导致后面的树脂被有机物污染,因此需要更换活性炭及对树脂进行复苏处理。

由于运行过程中部分树脂的遗失及取样试验分析,导致目前树脂塔内的树脂量已明显减少。

运行初始螯合塔A和螯合塔B中的树脂量为150 L,CN塔中的树脂量为300 L,目前螯合塔A和螯合塔B中的树脂量约为100 L,CN塔中的树脂量约为280 L。因此需要对树脂塔内的树脂进行补充。

5.2 活性炭塔中活性炭更换

在使用活性炭的初期(或者更换或活性炭运行初期),少量细微的粉末活性炭有可能随水流进入树脂罐,造成树脂的污堵,使树脂离子交换能力下降。这种污染很难清洗恢复,所以必须进行反洗,活性炭冲洗干净,去除细小粉末后才能将过滤水送至后续树脂罐。

将吸附饱和的活性炭排出后,装入活性炭滤料,装入指定位置后,再进行清洗;先正冲2 h,然后直至出水pH值基本不变及出水澄清。反洗过程大约8 h。

5.3 螯合塔A和B的复苏及再生[7-8]

螯合塔A和B首先采用4%NaOH对树脂罐中的树脂浸泡6 h,排出浸没液后,用RO水进行水洗,水洗过程中检测pH值,当pH值至中性后水洗结束,进入正常的再生程序,即先用8%HCl再生,然后水洗,再用4%NaOH进行转型,转型结束后进行水洗。最后进入运行模式。

5.4 CN塔的复苏及再生[9]

CN塔首先采用碱性NaCl溶液对树脂罐中的树脂浸泡6 h,排出浸没液后,用RO水进行水洗,水洗过程中检测pH值,当pH值至中性后水洗结束,水洗后,进入正常的再生程序,即用4%NaOH进行再生,然后水洗,最后进入运行模式。

5.5 废水处理系统实液运转

实液运转情况见表8。

表8 实液运转情况

5.6 结果说明

螯合树脂经过复苏再生后,Ni2+的去除率并没有得到很大的提高,CN塔内的树脂经过复苏再生后,CN-的去除率并没有得到很大的提高,一方面树脂污染比较严重,从而影响它的交换能力,另一方面树脂量减少了很多,树脂的填充高度降低了很多,从而使Ni2+和CN-容易穿透。

这种情况下,建议优先增加树脂量,螯合塔A和螯合塔B分别增加50 L,CN塔增加25 L。然后根据运行情况再次确认是否需要全部更换树脂。

6 运行管理[10]

6.1 活性炭塔运行管理

树脂进水前需要通过活性炭塔去除有机物,降低有机物对树脂的污染,活性炭塔中的活性炭吸附饱和后需要及时更换活性炭,以免影响后续的树脂,造成树脂的污染,所以需要定期对活性炭塔出水进行取样检测COD。

取样频度:2次/星期;取样点:活性炭塔取样口;测定指标:COD。

如果COD值超过80 mg/L,应立即停止系统,对活性炭塔中的活性炭进行更换。

6.2 螯合塔A运行管理

通过测定产水中的Ni2+浓度来确定是否需要对树脂进行再生。

取样频度:1次/d;取样点:螯合塔A取样口;测定指标:Ni2+。

如果Ni2+超过0.1 mg/L,启动螯合塔A再生模式,对螯合塔A进行再生。

再生最低限度:2次/月。

6.3 螯合塔B运行管理

通过测定产水中的Ni2+浓度来确定是否需要对树脂进行再生。

取样频度:1次/d;取样点:螯合塔B取样口;测定指标:Ni2+。

如果Ni2+超过0.1 mg/L,启动螯合塔B再生模式,对螯合塔B进行再生。

再生最低限度:2次/月。

6.4 CN塔运行管理

通过测定产水中的CN-浓度来确定是否需要对树脂进行再生。

取样频度:1次/d;取样点:CN塔取样口;测定指标:CN-。

如果CN-超过0.1 mg/L,启动CN塔再生模式,对CN塔进行再生。

再生最低限度:2次/月。

6.5 停机准备

当系统需要停机时,用自来水将塔内废水全部置换,自来水体积是现有各个塔的两倍。

6.6 再次开机准备

系统再次开机前需要对系统进行倍量再生。倍量再生即现有再生各阶段时间的两倍。

7 结语

根据废水系统运行实际情况,结合树脂污染情况,对螯合树脂采用NaOH溶液浸没复苏和倍量再生,对CN塔内的树脂采用碱性NaCl溶液浸泡和倍量再生,对树脂污染复苏起到了一定的效果。但有机物的污染对树脂性能的影响较大,复苏和再生操作也不能完全或绝大部分恢复树脂的离子交换性能。因此,平时的科学管理和合理操作对废水处理系统的正常运行起着至关重要的作用。