亚氨基二乙酸鳌合树脂处理氨基酸生产含铜废水

作者:曹焕义;王海峰 刊名:水处理技术 上传者:罗桂梅

【摘要】针对氨基酸生产过程中产生含铜废水的水质和水量,依据亚氨基二乙酸大孔型螯合树脂(IDA-IDA)对Cu^2+高选择性吸附的作用,通过小试确定IDA-D851螯合树脂的吸附交换容量、吸附及稀硫酸解吸关键条件,据此设计确定了预过滤和IDA-D851功能基螯合树脂2级吸附相结合的处理工艺,建立了5 m~3/h的处理工程。实际运行结果表明,可将废水中Cu^2+的质量浓度从1-3 g/L降低到0.5 mg/L以下,排水达到GB 25467-2010的要求,同时实现了Cu SO4回收和重新利用,每年为企业节约费用219万元。

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铜离子(Cu2+)做为催化剂被广泛应用于制药领域的氨基酸生产过程,但由此产生大量的含铜废水。含铜废水污染大,对其进行处理可减少环境污染,同时可以实现对金属铜资源的回收利用,这对制药行业的绿色可持续发展具有重要的意义。包括Cu2+在内的低含量重金属废水的资源回收与达标排放,用螯合树脂处理是一类重要的方法。螯合树脂吸附金属离子的机理主要是树脂上的功能原子和金属离子发生配位反应,形成稳定的螯合物。与离子交换树脂相比,螯合树脂与金属离子的结合力更强。近年来,随着对大孔型螯合树脂的研究的深入,亚氨基二乙酸(IDA)鳌合树脂的低成本化和工业化生产方面得到了突破性的进展,具备了大规模工程化应用的基础。IDA大孔型鳌合树脂,具有二乙酸亚胺基功能团,氨基上的N原子和2个羧基上的O原子是供电子体,能够与金属离子尤其是过渡金属离子空的d轨道形成配位共价键[1]:故对2价金属离子具有良好的吸附分离性能[2-6];而且具有吸附容量大、机械强度高、吸附速率快、可重复使用及化学稳定好和热稳定好等特点[7-9]。以往报道中,研究多数集中在树脂的合成、选择性吸附的作用机理、树脂的热力学和动力学参数等方面,鲜见IDA鳌合树脂在具体工业生产中的应用实例及其经济性的报道[10-13]。山东某药业公司在生产氨基酸过程采用硫酸铜为催化剂,分离出氨基酸产品后,每天产生的10 m3左右的含铜废水,其中Cu2+的质量浓度为1~3 g/L。之前,该公司采用蒸汽加热蒸干的方法处理该废水,每日消耗200 m3蒸汽,不仅能耗高,所得固体还需进一步处理,而且浪费了铜资源。为了降低能耗、实现Cu2+回收利用,及处理后水的达标排放(GB 25467-2010规定Cu2+的质量浓度应小于0.5 mg/L[14])或再次利用,本研究提出采用螯合树脂吸附处理工艺,选择亚氨基二乙酸大孔型螯合树脂(IDA-D851)开展了现场小试研究,确定了吸附、解吸关键工艺条件,以Cu2+循环利用和达标排放为目标,进而设计建设处理量5 m3/h的处理工程。1小试及螯合吸附关键工艺1.1树脂对Cu2+的吸附容量所采用的IDA-D851,厂家提供产品的Cu2+吸附容量472.5 mmol/L。为了更合理的确定吸附条件,以含铜废水测定了树脂的实际吸附容量。使用直径6 cm、高50 cm的有机玻璃树脂柱,树脂柱中装填树脂1 L,采用蠕动泵以16 m L/min (每小时1倍树脂体积流量)的体积流量将含铜废水从上端泵入柱子,采用原子吸收分光光度法监测柱子出水中Cu2+含量(GB/T 7475-1987)[15]。当出水中Cu2+含量与进水相同时,根据废水中铜的含量、过柱废液总量计算IDA-D851树脂对废液中Cu2+的实际吸附容量q(25℃),结果如表1所示。由表1可以看出,对Cu2+的质量浓度1.1~2.65g/L废液,IDA-D851树脂Cu2+的吸附容量在355~395 mmol/L,相当于理论吸附容量的75%~83.6%。随着废水中Cu2+含量的增加,实际废液处理量有逐渐减低的趋势。从吸附容量测定结果来看,确定IDA-D851树脂的吸附容量为375 mmol/L;同时注意到废液的1次过柱吸附后,出水中Cu2+的远高于标准要求(质量浓度0.5 mg/L),因此,需要设计2级吸附。1.2 Cu2+的2级吸附在2级吸附小试中,采用1.1节中所述2只树脂柱串联,每根树脂柱装填树脂1 L,两柱之间留有取样口。一级吸附出水后再进入二级吸附柱上端,含铜废水的体积流量仍为16 m L/min。5个批次的连续运行试验9.3~19.5 h后(25℃),测

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