基于离子交换技术的电解锰废水自动化处理技术

基于离子交换技术的电解锰废水自动化处理技术

陆令军，农富钧

南方锰业集团有限责任公司大新锰矿分公司，广西 崇左  532200

摘要：电解锰工业在冲洗产品板环节产生的锰废水造成了较严重的环境问题，其原因是我国电解锰工业锰废水处理技术相对落后。离子交换的方法是使用离子交换装置将废水中的离子与离子交换装置中的扩散离子交换，从而能够很好地处理废水。由于电解锰废水处理的缺陷和湿法冶金工业含锰废水的特点，使用先进的离子交换技术分离、浓缩和再循环可大大减少电解锰废水中锰离子，将离子交换设备与先进的自动控制技术相结合，可实现对电解锰废水的吸附、洗涤和再生综合处理。

关键词：电解锰废水；离子交换；自动化；组态监控

前言

随着我国工业化进程的高速发展，人们对生产生活物质条件的要求越来越高，绿水青山就是金山银山的理念逐步深入人心。环境污染问题成为目前讨论的热点之一，环境污染的最重要原因之一是工业废水处理不当。单靠管理不足以解决这一问题，新型废水处理技术，包括离子交换技术已经出现在市场上。由于离子交换材料能够反复循环再利用，废水处理过程的消耗量低，效率高，在废水处理过程中得到广泛应用和发展。

一、离子交换技术与电解锰废水概述

1.离子交换技术

离子交换是指当水通过离子交换柱时，水中的阳离子和阴离子(HCO等离子体)与交换柱中的阳离子树脂和阴离子树脂交换，从而达到去除离子的目的。柱与阴阳离子的不同组合，可以满足更高的水质要求。离子交换设备可实现水质自动连续检测，超标时自动报警，自动完成再生过程。离子交换技术是液相组分分离技术，分离选择性好，浓度倍数高，操作方便，效果明显。金属废水处理中的离子交换过程可分为以下步骤:(1)废水中的金属离子通过对流扩散到达树脂表面的固定液膜。(2)金属离子通过静态液膜扩散到树脂表面。(3)金属离子在树脂中进一步扩散。(4)发达的金属离子与树脂上可互换的离子交换。(5)交换离子在树脂内部扩散。(6)交换离子通过静态液膜扩散到溶液中。(7)溶液中对流扩散的交换离子。

2.电解锰废水的特点与危害

电解锰生产的废水复杂，污染程度较高，含有锰、氨和悬浮物质等多种污染物。它既是污染物又是资源，特别是大量的锰离子是在废水中生产的，废水的浓度远远超过国家排放标准，必须在达到排放标准之前加以处理。锰是动植物的重要营养元素，但过量的锰也可能对环境产生不利影响。锰含量高会影响水的颜色、气味和味道。目前废水处理方法主要是石灰乳絮凝沉淀，处理成本高，出水水质不稳定，处理产生大量锰残留物，容易形成二次污染，浪费资源。离子交换被广泛用于处理含金属的废水，例如含锰废水、电镀废水，不仅用于有效处理，而且用于回收废水中的有效成分。本研究采用离子交换法处理含锰废水。当水中的锰离子浓度为410mg/L时，经处理的水中的锰离子浓度远低于国家排放标准，可以再利用。饱和吸附树脂使用Na2SO4进行再生，回收废水可回收利用，再生树脂可再利用。

二、电解锰废水处理技术现状

1.絮凝沉降法

絮凝沉淀方法是向废水中加入混凝剂，使废水中难以沉淀的细颗粒和胶体颗粒形成不稳定状态，进而聚集成粗颗粒沉淀物，从而实现与废水分离，达到水质净化的目的。根据这一原理，早在1995年就有人用石灰-PAC处理电解锰废水，研究了不同PH值和PAC对废水处理效果的影响程度。结果表明，当PH值控制在8.5-10.0时，可以获得良好的处理效果。在此条件下，PAC的最佳排出量为50mg/L，处理后的废水中锰含量从397mg/l降至0.2mg/l。

2.化学沉淀-混凝沉淀工艺

在传统化学沉淀法和混凝沉淀法的基础上，采用化学沉淀法和混凝沉淀法相结合的技术处理重庆某电解锰厂的废水。根据出入口设计水质，结合调研和实验室研究结果，优化处理工艺，确定石灰中和+板框压制+反应沉淀+NaOH +混凝沉淀的顺序分批运行处理工艺。工业试验结果表明，电解金属锰废水中锰含量为550-700mg/L，悬浮物含量为200 - 600mg/L，PH为3.5-5.5，经该工艺处理后。Mn的输出水为0.8-1.5mg/L，SS为5-16mg/L，PH为6.5-7.5。出水水质达到标准污水综合排放标准。

3.离子交换膜-电解法

离子交换膜-电解法结合了膜技术和电解法的特点，实现了电解锰废水处理技术的突破。采用离子交换膜-电解分离技术处理电解锰废水。通过改变极板间距、电解液、阴极液PH值及阴极区锰离子浓度，得到最佳工艺条件:电解槽极板间距为3.0cm，阴极区溶液为0.1 mol/L (NH4)2SO4溶液，阴极区pH值为8.0，阴极区锰离子质量浓度为50 mg/L，系统选择槽电压为2.4V。

4.液膜法

液体分离技术具有高效、快速、节能的特点，因此在废水处理中具有环保和资源化的双重功能。采用液膜法处理高浓度含锰废水，处理后锰浓度浓度小于2mg/L，符合排放标准。液膜分离技术已经在一些废水处理工艺中实现了工业化。但是，大多数液膜分离技术仍处于实验室研究阶段。必须加强破乳剂和高效表面活性剂的制备研究，限制液膜分离技术的产业化。目前，液膜分离技术尚未用于电解锰废水的处理。

三、电解锰废水自动化控制系统

1.系统运行概述

电解锰废水自动处理装置主要由吸附再生系统、微机监控系统和电气执行系统组成。设备材料为不锈钢、内壁和塑料布，以保证设备的耐蚀性。该控制系统采用大福嵌入式工业控制计算机、三菱PLC、扩展组件和三维力控制软件。系统通过直流母线连接上级位置和副控制站，副控制站连接传感器和执行机构。上级机负责全系统数据的显示和控制，副指挥站负责现场设备的数据采集和实时控制，实现全系统设备的集中监控。通过系统的PLC和PLC扩展，可实时控制一个废水泵、四个再生水泵和60多个电动安全阀，从而控制废水、再生剂和再生液体的流量，实现自动化处理和资源利用系统采用触摸屏软件和技术，在工业控制器触摸屏上执行操作，实现系统启动和关闭，利用PLC内部资源，实现人机信息交流。可以远程确定有关系统参数，并实时监测电解锰矿污水处理厂的运行状况。整个系统都具备视觉管理功能。

通过工业控制面板上的运行状态选择开关选择手动运行和自动运行。在主界面上点击各个阀门开关，控制各个阀门的开启和关闭以及泵的启动和停止。手动模式主要用于设备检查和维护。系统在自动状态下正常运行。主流程界面模拟离子交换设备专用槽的运行、污水流向、阀门开闭、泵的运行。默认情况下，在系统通电并再次启动后，启动箱以1-2系列工作。在“罐切换”菜单下，按“切换”键切换水处理罐，按“切换”键切换2-3个串联罐。再次按下“开关”键。它将改为3-1罐串联工作。工作时，系统自动打开相应的阀门，水泵形成水流路径。当阀门开启和关闭一段时间(约45s)后，系统将在每次切换后约1min对下一次切换动作做出响应。

表1 电解锰废水测试对比

2.运行结果

电解锰废水处理试验应每60分钟进行一次，连续三天每天三次。工作温度范围为-10℃~+40℃，空气相对湿度不超过85%，无灰尘、易燃或腐蚀性气体、强电磁辐射和电磁干扰，电压变化不超过额定电压的10%。自动处理设备处理完电解锰废水后，锰和氨氮含量达到排放标准。

结束语

综上所述可知，利用离子交换技术在电解锰终端废水中有效分离和回收锰离子，锰的回收率超过预期，并已在生产地点使用，而且运作良好。该系统的运行过程清晰易懂，排放量符合国家标准。

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