离子交换树脂再生废水回收和利用的模拟试验_王晓晖

Total No． 204 2012 ， Number 12
离子交换树脂再生 废水回收和利用的模拟试验
王晓晖， 李玉银
（ 河北钢铁集团 邯钢公司 技术中心， 河北 邯郸 056015 ） 摘要： 离子交换树脂再生过程会产生大量的含盐废水， 在原离子交换系统的基础上增加一个废水回收处 理系统， 在高盐废水中分别投加镁沉淀剂和钙沉淀剂， 经分步沉淀处理后去除废水中的钙镁离子， 清液 作为再生剂回用的同时得到钙盐和镁盐两种副产品， 既节能减排又降本增效 。 关键词： 离子交换树脂； 再生废水； 回用； 利用； 模拟试验 中图分类号： X703 文献标识码： B 文章编号： 1006 － 5008 （ 2012 ） 12 － 0024 － 04
2． 2
工艺流程改进
在原有工艺流程的基础上， 设想在离子交换系 将废水回收利用， 减少外排 统中增加一个回收系统，
图2Fig． 2废水回用处 Nhomakorabea工艺流程
Process flow of waste water reuse treatment
3
3． 1
试验部分
反应机理
× 10 － 6 ， K sp 值越小越易生成沉淀， 因此， 投加氢氧 化钠沉淀剂 后 生 成 的 沉 淀 物 为 Mg （ OH ） 2 。 同 理， CaCO3 的 K sp 值为 8． 7 × 10 － 9 ， MgCO3 的 K sp 值为 3． 5 × 10 － 3 ， 因此投加碳酸钠沉淀剂后生成的沉淀物 为 CaCO3 ， 反应式为： Mg2 + + 2OH － →Mg（ OH） 2 ↓ Ca2 + + CO3 2 － →CaCO3 ↓
SIMULATION TEST OF WASTE WATER RECOVERY AND UTILIZATION IN REGENERATION OF ION EXCHANGE RESIN
Wang Xiaohui，Li Yuyin
（ Technique Center，Handan Iron and Steel Company，Hebei Iron and Steel Group，Handan，Hebei， 056015 ） Abstract： It is introduced the simulation test of recovery and utilization of salt － bearing waster water got in regeneration of ion exchange resin： increasing a more waster water recovery treating system besides the original ion exchange system，separately adding magnesium precipitating agent and calcium precipitating agent into the rich － salt waster water，eliminating the magnesium and calcium ions in waster water after precipitating treatment step by step，and then clean liquid can be reused as regenerating agent，and two by － products of magnesium salt and calcium salt got． The process can save energy and reduce discharge，also decrease cost and increase profit． Key Words： ion exchange resin； regenerating waster water； reuse； utilization； simulating test
3． 2 试验药品及主要设备
钠离子交换树脂与自来水中的钙镁离子发生如 下置换反应： 2R － Na + Ca →R2 － Ca + 2Na
2+ +
2R － Na + Mg2 + →R2 － Mg + 2Na + 钠离子树脂发生置换之后便失去了生产纯水的 能力， 需要加入一定浓度的氯化钠溶液对树脂进行 再生， 才能再次发生置换反应。 树脂上的钙镁离子 进入到浓盐水中， 其反应式为： R2 － Ca + 2Na + →2R － Na + Ca2 + R2 － Mg + 2Na + →2R － Na + Mg2 + 浓盐废水中的钙镁离子可以加入氢氧化钠和碳 酸钠沉淀剂去除， 生成钙盐和镁盐沉淀。 Mg （ OH ） 2
收稿日期： 2012 － 09 － 07 2008 年毕业于河北理工大 作者简介： 王晓晖（ 1981 － ） ， 女， 工程师， E－ 学化学工艺专业， 现在河北钢铁集团邯钢公司技 术 中心 工 作， mail： wangxiaohui@ mail． hgjt． cn
工艺现状及工艺改进设计
工艺现状
－ 11 Ca （ OH ） 的 K sp 值为 1． 2 × 10 ， 2
药品： 碳酸钠（ 分析纯 ） 、 氢氧化钠 （ 分析纯） 、 氯 732 型阳离子交换 化钠（ 分析纯 ） 、 盐酸 （ 分析纯 ） 、 树脂。主要设备： 树脂罐、 水泵、 流量计、 过滤器、 储 水箱、 离心分离机
3． 3 树脂的运行
2． 1
。 使用的再生剂为氯化钠
用再生剂处理后的树脂再通过正洗和反洗 水溶液， 之后树脂便可继续用于软水生产 。 方式进行洗涤， 处理一次树脂会产生含有大量再生剂的高盐废水及 目前的做法是 含有少量再生剂的正反洗低盐废水， 将这部分水作为生产废水排放， 这种高硬度含盐废 水的外排不仅会对河流、 土地造成污染， 还是一种资 因此开展离子交换树脂再生废水的回收和 源浪费，
将收集的高盐废水分别投加氢氧化钠和碳酸钠 用分步沉淀法去除废水中的钙镁离子 ， 经过 沉淀剂， 滤后清液补充适量再生剂和经过盐酸调 pH 值后可 返回盐水池用作再生剂使用， 沉淀物在收集和干燥 处理后作为化工原料使用 （ 图 2 中的高盐废水处理 区） 。
2． 2． 2 低盐废水处理流程
图1
Fig． 1
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河北冶金
2012 年第 12 期
化钠用于再生剂的配制， 同时配制再生剂和正反洗 用水 208 050 t， 这种高硬度含盐废水的外排不仅对 河流、 土地造成污染， 还是一种资源的浪费。 经初步 核算， 如果对这部分水进行回收利用， 每年可节约 170 万元。
污染和资源浪费。
2． 2． 1 高盐废水处理流程
1
前言
利用的研究是很有必要的
［2 ］
。
邯钢四软水采用离子交换法生产软水， 当离子 ， 交换器工作周期到终点时 即检测发现出水硬度离 子大于零时， 说明离子交换树脂失效， 需要对离子交 换树脂进行再生处理
［1 ］
2011 年邯钢技术中心开展了离子交换树脂再 在原有工艺的 生废水回收和利用的模拟试验研究， 基础上进行了改进， 实现了树脂再生废水的回收再 并且得到钙盐和镁盐两种副产品 ， 在降低生产 利用， ， 成本同时取得了较好的经济效益 达到了节能减排、 降本增效的目的。 2
Tab． 1 Average concentration and
eliminating effect of hardness ion in salt － bearing waster water 编号 1 2 3 4 水量 / mL 500 500 500 500 Ca2 + / （ mg / L） 2 360 2 246 2 412 2 354 Mg2 + / （ mg / L） 1 431 1 356 1 328 1 735 Ca2 + Mg2 +
邯钢四软水采用的离子交换法生产软水的具体 流程如图 1 所示， 树脂在失活后加入浓度 5% ～ 7% 的再生剂再生， 之后再生废水和正反洗涤废水直接 排入高盐废水池， 作为生产废水排放。 四软水每天 对树脂进行一次再生处理， 每次消耗氯化钠再生剂 在 10 t 左右， 配制再生剂需新水 133 ～ 190 t， 正反洗 低盐废水排放量在 380 t 左右。每年需要 2 190 t 氯
4． 1 沉淀剂投加顺序对硬度离子去除的影响
通入氯化钠溶液进行树脂再生过程中， 收集各阶 段废水， 重点对进盐和置换阶段废水进行分析。监测 取其中含硬度离子最高的部分， 进行分步沉淀处理。 在模拟试验中， 对于进盐和置换废水， 需用多个小容 每个容器中收集约 50 mL 废水， 分别对 器进行收集， 每个水样进行分析， 并绘制浓度曲线如图 3 所示， 找 将其中硬度离子浓度高 出废水硬度离子的分布区间， 的废水合并， 测定其钙、 镁离子的平均浓度。
投加顺序 1 为以 NaOH 为主剂的沉淀剂 A 进行 第一步沉淀， 沉淀分离后再投加以 Na2 CO3 为主剂 的沉淀 剂 B 进 行 第 二 步 沉 淀； 投 加 顺 序 2 为 以 Na2 CO3 为主剂的沉淀剂 B 进行第一步沉淀， 沉淀分 离后再投加以 NaOH 为主剂的沉淀剂 A 进行第二步 沉淀。两种沉淀剂投加顺序对硬度离子去除率影响 结果见表 2 。
离子交换树脂处理废水工艺流程
Process flow of waste water treatment in ion exchange resin
正反洗废水中的盐主要是树脂洗涤时少量的再 生剂被洗涤下来所致， 这部分废水的硬度低， 不适合 用沉淀法处理。低盐废水在静置沉淀后可以用于再 生剂的配制和回补至正反洗系统， 作为正反洗用水 （ 图 2 中的低盐废水处理区） 。
的 K sp 值为 4． 7
首先对新树脂进行预处理： 称取 500 g 732 型钠 3% 氢氧化钠及 离子交换树脂， 分别用饱和食盐水、 25
总第 204 期
HEBEI YEJIN
5% 盐酸浸泡并冲洗到中性， 装填到树脂罐中用于下 一步操作。 树脂软化运行的操作步骤为： 按照图 1 所示线 路， 打开自来水开关及软化运行管路的阀门 ， 以5 L/ h 流量使自来水通过离子交换树脂床层， 每隔一定 时间对出水进行硬度离子检测。如检测的总硬度大 于零， 则表明出水水质不合格， 说明树脂已经失活， 需对离子交换树脂进行再生。新树脂第一次运行可 以生产纯水 87 L。
3． 5 3． 5． 1 再生废水的回用处理 废水的收集
去除率 / % 去除率 / % 100 100 100 100 98． 4 98． 6 97． 9 97． 6
由表 1 可知， 经两步沉淀后， 澄清盐水中钙离子 浓度低于检出限， 镁离子浓度接近水源水， 因此补加 氯化钠和盐酸后完全可用于进盐水 。其中编号 4 为 经处理后钙离子的去除率达 100% ， 镁离 现场取样， 子去除率达 97． 6% ， 与实验室测量数据十分接近， 因此本实验模拟装置可用于今后的现场试验测试 。 根据测定澄清盐水中氯离子浓度来计算确定再 根据盐水的 pH 值计算确定盐酸的 生剂的补加量， 补加量。 4 结果分析
表2 沉淀剂投加顺序对硬度离子去除的影响
Tab． 2 Influence of adding order of %
处理一次树脂会产生含有大量再生剂的高盐废水及含有少量再生剂的正反洗低盐废水目前的做法是将这部分水作为生产废水排放这种高硬度含盐废水的外排不仅会对河流土地造成污染还是一种资源浪费因此开展离子交换树脂再生废水的回收和利用的研究是很有必要的2
总第 204 期 2012 年第 12 期 HEBEI METALLURGY
3． 4 树脂的再生
对浓盐水样进行分步沉淀， 根据硬度离子的浓 度可计算完全沉淀所需沉淀剂的用量 。首先用以氢 氧化钠为主剂的沉淀剂 A 进行第一步沉淀， 沉淀分 离后再投加以碳酸钠为主剂的沉淀剂 B 进行第二 步沉淀。在投加沉淀剂的同时需要充分搅拌， 分步 沉淀处理结果见表 1 。
表1 含盐废水中硬度离子平均浓度及去除效果
按照图 2 所示的流程进行树脂再生， 首先将配 制好的浓度为 5% 氯化钠溶液以 1 L / h 的流量通过 离子交换树脂床层， 每隔一定时间对排出的盐水进 行硬度离子检测。当检测的硬度小于零时关闭进盐 阀门， 则开始树脂的正洗和反洗洗涤阶段 ， 随时检测 完成一次 出水总硬度的变化。 当检测硬度为零时， 树脂的再生过程。