離子交換法治理重金屬電鍍廢水及發(fā)展動(dòng)態(tài)探討

馬憲法　張蔚

摘要：指出了在離子交換樹脂技術(shù)的不斷改進(jìn)下，離子交換法被越來(lái)越多地應(yīng)用到廢水處理中。詳細(xì)介紹了近年來(lái)腐植酸物質(zhì)、沸石、離子交換樹脂、離子交換纖維等離子材料的發(fā)展，并探討了離子交換治理技術(shù)在重金屬電鍍水中的應(yīng)用以及未來(lái)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

關(guān)鍵詞：離子交換法；重金屬電鍍廢水；發(fā)展動(dòng)態(tài)

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2016）06-0027-02

1 引言

在電鍍行業(yè)中，由于電鍍會(huì)造成嚴(yán)重的污染，所以在積極探尋新工藝的同時(shí)，還需要合理的選用電鍍廢水治理技術(shù)。離子交換法的應(yīng)用在對(duì)排放量大、濃度比較低的重金屬?gòu)U水處理中取得了良好的處理效果，是當(dāng)前對(duì)電鍍廢水進(jìn)行處理的一種主要措施。

2 離子交換法介紹

離子交換劑的不斷發(fā)展，促進(jìn)了離子交換法的應(yīng)用和推廣。從使用沸石對(duì)水進(jìn)行軟化到限制，離子交換劑的成分和類型都產(chǎn)生了巨大的變化，各種類型的離子交換劑不斷出現(xiàn)，極大的促進(jìn)了電鍍行業(yè)中技術(shù)電鍍的發(fā)展。而離子交換法主要是通過(guò)離子交換劑實(shí)現(xiàn)廢水中有害物質(zhì)的分離，在處理重金屬電鍍廢水方面具有良好效果。當(dāng)前比較常用的離子交換劑主要有以下幾種。

2.1 腐植酸物質(zhì)

腐植酸物質(zhì)作為離子交換劑包括兩種類型，一類是富含天然腐植酸的褐煤、泥煤和風(fēng)化煤等；另一類是腐植酸系樹脂，它是由腐酸植物質(zhì)構(gòu)成的。重金屬?gòu)U水處理所使用的腐植酸是從褐煤中提出的。目前，用腐植酸樹脂已經(jīng)有了比較先進(jìn)的儀器和成功的經(jīng)驗(yàn)，鍍鎳廢水、鍍鉻廢水和鍍鎘鈍化廢水都可以使用腐植酸樹脂進(jìn)行處理。

2.2 沸石

多種重金屬的交換性能可以通過(guò)沸石體現(xiàn)出來(lái)，沸石可以當(dāng)做大水量、低濃度電鍍廢水的交換機(jī)。由于沸石需要進(jìn)行化學(xué)前處理，大面積制圖卻存在著很大的困難，因此在工業(yè)應(yīng)用的時(shí)候，會(huì)有很大的難度。

2.3 離子交換樹脂

20世紀(jì)70年代中期，最早使用離子交換樹脂法處理含鉻廢水技術(shù)的是上海光明電鍍廠，從此這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)得到普遍推廣。使用離子交換樹脂法對(duì)電鍍廢水進(jìn)行處理的時(shí)候，出水水質(zhì)非常的好，可以將有用物質(zhì)重新回收再使用，有利于自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。離子交換樹脂法的缺點(diǎn)就是樹脂易于污染和氧化，需要有較高的預(yù)處理技術(shù)。

2.4 離子交換纖維

最近幾年發(fā)展比較迅猛的離子交換新材料就是離子交換纖維，它在重金屬?gòu)U水處理的過(guò)程中得到普遍使用。比如，銨鹽鍍鋅廢水處理的時(shí)候就可以使用離子交換纖維。此外，日本研制成功的WRL200A季銨離子交換纖維對(duì)含鉻廢水處理以后，含鉻廢水溶液中鉻的去除量達(dá)到80%。如今，國(guó)外不斷研究新型的天然纖維來(lái)處理重金屬?gòu)U水，比如棕櫚纖維和椰子殼對(duì)重金屬有較強(qiáng)的吸附性；玉米棒子纖維可以較好的處理含鉻廢水。

3 離子交換組合處理技術(shù)與綜合治理

電鍍廢水的種類多種多樣，使用一種辦法無(wú)法達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和處理效果，因此多元組合技術(shù)得以出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代，電鍍廢水綜合治理在國(guó)內(nèi)得到普遍應(yīng)用，各種各樣的先進(jìn)技術(shù)頻繁出現(xiàn)。電鍍廢水綜合治理指的是以目前的處理技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出比較先進(jìn)的綜合治理體系，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境保護(hù)和資源重復(fù)利用的目標(biāo)。對(duì)于離子交換技術(shù)來(lái)說(shuō)，樹脂法是電鍍工業(yè)上最普遍使用的辦法，尤其是最近興起的綜合治理技術(shù)更加的關(guān)注改進(jìn)電鍍工序的整個(gè)過(guò)程，促使離子交換法的優(yōu)點(diǎn)得到普遍認(rèn)可。比較具有代表性的就是閉路循環(huán)治理技術(shù)，20世紀(jì)30年代開始研究這項(xiàng)技術(shù)，在1972年，美國(guó)最早提出“電鍍廢水零排放計(jì)劃”。20世紀(jì)70年代中后期，日本和美國(guó)等國(guó)家逐漸研發(fā)出“閉路循環(huán)工序化”技術(shù)，這是一項(xiàng)組合技術(shù)，也就是“逆流漂洗-離子交換-蒸發(fā)濃縮”相結(jié)合，這項(xiàng)技術(shù)中離子交換技術(shù)所發(fā)揮的作用不可小覷。

離子交換樹脂單元結(jié)構(gòu)主要有3個(gè)構(gòu)成部分，分別為連接骨架的功能基團(tuán)、不溶性三維空間網(wǎng)狀骨架以及功能基團(tuán)帶的相反的電荷可交換離子。在進(jìn)行離子交換時(shí)，其基本步驟如下：①處于廢水之中的金屬離子經(jīng)擴(kuò)散和對(duì)流附著到靜止液膜上，然后在擴(kuò)散至樹脂面上；②進(jìn)一步擴(kuò)散到樹脂內(nèi)部；③樹脂上的可交換離子和擴(kuò)散進(jìn)入到樹脂內(nèi)部的金屬離子產(chǎn)生交換；④離子交換后擴(kuò)散在樹脂內(nèi)部，并從靜止液膜經(jīng)過(guò)后擴(kuò)散到溶液中；⑤交換下的離子在溶液中出現(xiàn)擴(kuò)散、對(duì)流。通常情況下，離子交換的快慢和以上步驟中最慢的布置有比較大的聯(lián)系。

現(xiàn)以鍍銅廢水的處理方法為例，對(duì)離子交換法治理重金屬電鍍廢水技術(shù)進(jìn)行介紹。在電鍍行業(yè)中，鍍銅廢水主要由漂洗槽產(chǎn)生的漂洗廢水，金屬離子濃度比較高，需要對(duì)廢水進(jìn)行處理以后才可以排放。研究證明：鍍銅廢水中含有比較多強(qiáng)堿性的絡(luò)離子，需要使用算來(lái)將其堿性條件破壞，將絡(luò)離子轉(zhuǎn)變成銅離子，此時(shí)才可以進(jìn)行陽(yáng)柱交換，將破絡(luò)的pH值確定為4～5，反應(yīng)方程如下：

RCOOH+Cu²⁺+NH₃+NH₄OH→（RCOO）₂Cu+2H²⁺+NH₃+NH₄OH

廢水從H型樹脂通過(guò)，在使用H型樹脂進(jìn)行交換時(shí)，可以防止因NH₃和NH₄OH含量增大造成的交換液pH值變大，避免正在交換的NH₄⁺和Cu²⁺重新洛合，生成Cu（OH）₂沉淀，然后使用0.5 mol/L～1 mol/L的再生液順流再生，通過(guò)雙柱串聯(lián)的方式保證樹脂工作量，提高出水質(zhì)量。

EDTA體系鍍銅是一種對(duì)環(huán)境和施工人員危害很大的電鍍工藝，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多Cu—EDTA洛合廢水，銅絡(luò)陰離子主要存在形式為CuY^2-，游離的EDTA主要以CuY^2-和Y⁴⁺形式存在。此廢水在從陰離子交換樹脂經(jīng)過(guò)的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下反應(yīng)：

4RCL+Y^4-→R₄Y+4Cl¹（1）

3RCL+HY^3-→R₃HY+3Cl^-（2）

2RCL+CuY^2-→R₂CuY+2CuY^2-（3）

3R₂CuY+2HY^3-→2R₃HY+3CuY^2-（4）

再利用10%NaCl按照（1）、（2）、（3）式的逆反應(yīng)再生，再生液中游離EDTA濃度峰值和Cu²⁺濃度峰值不會(huì)同時(shí)產(chǎn)生。所以可以得出，Cu-EDTA絡(luò)合廢水經(jīng)過(guò)的樹脂床層越高，再生液中EDTA和Cu峰值出現(xiàn)位置會(huì)更遠(yuǎn)，所以，可以使用多柱串聯(lián)的方法，對(duì)游離的EDTA和Cu進(jìn)行部分富集分離。

4 離子交換法發(fā)展動(dòng)態(tài)

隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，電鍍廢水治理也逐漸形成了分散治理與集中治理相結(jié)合的形式。如今集中治理在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)得到普遍認(rèn)可，尤其是離子交換技術(shù)更是受到廣大企業(yè)的青睞。最早的集中處置電鍍污染的形式包括兩種，即污染物集中處理處置和污染源區(qū)域集中治理，現(xiàn)在這兩項(xiàng)技術(shù)融會(huì)貫通，相互補(bǔ)充，更好的為治理電鍍廢水污染作出貢獻(xiàn)。使用這項(xiàng)技術(shù)的典型代表的地區(qū)就是天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)電鍍廢水處理中心，該中心的核心設(shè)備就是離子交換車載設(shè)備，不但可以對(duì)分散廠點(diǎn)實(shí)施先現(xiàn)場(chǎng)處理再集中處理，還可以對(duì)集中的廠點(diǎn)直接實(shí)施集中處理，這就將離子交換法集中處理的優(yōu)勢(shì)充分的發(fā)揮出來(lái)。該中心主要包含廢水處理單元、電解單元、純水單元、再生單元和以離子交換為主要內(nèi)容的移動(dòng)處理單元，將化學(xué)法、電解法和離子交換法有機(jī)地融合在一起，可以處理包含多種電鍍廢水的廢液，比如包含鎳、鋅、鉻、銅、鉛和錫等重金屬的電鍍廢水。經(jīng)過(guò)處理以后的出水可以進(jìn)行電鍍漂洗，這樣就會(huì)使廢水處理設(shè)備的利用率得到明顯的提高，使水資源得到較好的回收利用?？v觀電鍍廢水治理技術(shù)的不斷更新升級(jí)，不難發(fā)現(xiàn)離子交換技術(shù)在電鍍廢水處理的過(guò)程中起到非常重要的促進(jìn)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)離子交換技術(shù)的發(fā)展和電鍍廢水治理中的使用情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)離子交換技術(shù)具有以下的性能：去除有害重金屬離子，從而符合日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求；化學(xué)處理結(jié)束以后，使用樹脂交換脫鹽技術(shù)提升廢水處理質(zhì)量；將廢水中的有價(jià)值金屬高效的回收利用；使水的利用率得到較大程度的提高，使水資源得到較好的節(jié)約；多道逆流漂洗結(jié)束以后，廢水在凈化時(shí)形成閉路循環(huán)體系。

伴隨著新型大孔離子交換樹脂法和離子交換連續(xù)化工藝的不斷出現(xiàn)，離子交換法在高價(jià)金屬鹽類和電鍍廢水深度處理中的優(yōu)勢(shì)得到了較好的體現(xiàn)。未來(lái)離子交換技術(shù)還要不斷改進(jìn)，以促進(jìn)設(shè)備自動(dòng)化和定型化的發(fā)展，從而使其滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。