離子交換法治理重金屬電鍍廢水及發(fā)展動態(tài)探討

馬憲法　張蔚

摘要：指出了在離子交換樹脂技術的不斷改進下，離子交換法被越來越多地應用到廢水處理中。詳細介紹了近年來腐植酸物質、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在重金屬電鍍水中的應用以及未來的發(fā)展動態(tài)。

關鍵詞：離子交換法；重金屬電鍍廢水；發(fā)展動態(tài)

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）06-0027-02

1 引言

在電鍍行業(yè)中，由于電鍍會造成嚴重的污染，所以在積極探尋新工藝的同時，還需要合理的選用電鍍廢水治理技術。離子交換法的應用在對排放量大、濃度比較低的重金屬廢水處理中取得了良好的處理效果，是當前對電鍍廢水進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，促進了離子交換法的應用和推廣。從使用沸石對水進行軟化到限制，離子交換劑的成分和類型都產生了巨大的變化，各種類型的離子交換劑不斷出現(xiàn)，極大的促進了電鍍行業(yè)中技術電鍍的發(fā)展。而離子交換法主要是通過離子交換劑實現(xiàn)廢水中有害物質的分離，在處理重金屬電鍍廢水方面具有良好效果。當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

腐植酸物質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、泥煤和風化煤等；另一類是腐植酸系樹脂，它是由腐酸植物質構成的。重金屬廢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)有了比較先進的儀器和成功的經(jīng)驗，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行處理。

2.2 沸石

多種重金屬的交換性能可以通過沸石體現(xiàn)出來，沸石可以當做大水量、低濃度電鍍廢水的交換機。由于沸石需要進行化學前處理，大面積制圖卻存在著很大的困難，因此在工業(yè)應用的時候，會有很大的難度。

2.3 離子交換樹脂

20世紀70年代中期，最早使用離子交換樹脂法處理含鉻廢水技術的是上海光明電鍍廠，從此這項技術在我國得到普遍推廣。使用離子交換樹脂法對電鍍廢水進行處理的時候，出水水質非常的好，可以將有用物質重新回收再使用，有利于自動化的實現(xiàn)。離子交換樹脂法的缺點就是樹脂易于污染和氧化，需要有較高的預處理技術。

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，它在重金屬廢水處理的過程中得到普遍使用。比如，銨鹽鍍鋅廢水處理的時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含鉻廢水處理以后，含鉻廢水溶液中鉻的去除量達到80%。如今，國外不斷研究新型的天然纖維來處理重金屬廢水，比如棕櫚纖維和椰子殼對重金屬有較強的吸附性；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與綜合治理

電鍍廢水的種類多種多樣，使用一種辦法無法達到預期的經(jīng)濟效益和處理效果，因此多元組合技術得以出現(xiàn)。20世紀80年代，電鍍廢水綜合治理在國內得到普遍應用，各種各樣的先進技術頻繁出現(xiàn)。電鍍廢水綜合治理指的是以目前的處理技術為基礎，設計出比較先進的綜合治理體系，最終達到經(jīng)濟合理、環(huán)境保護和資源重復利用的目標。對于離子交換技術來說，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更加的關注改進電鍍工序的整個過程，促使離子交換法的優(yōu)點得到普遍認可。比較具有代表性的就是閉路循環(huán)治理技術，20世紀30年代開始研究這項技術，在1972年，美國最早提出“電鍍廢水零排放計劃”。20世紀70年代中后期，日本和美國等國家逐漸研發(fā)出“閉路循環(huán)工序化”技術，這是一項組合技術，也就是“逆流漂洗-離子交換-蒸發(fā)濃縮”相結合，這項技術中離子交換技術所發(fā)揮的作用不可小覷。

離子交換樹脂單元結構主要有3個構成部分，分別為連接骨架的功能基團、不溶性三維空間網(wǎng)狀骨架以及功能基團帶的相反的電荷可交換離子。在進行離子交換時，其基本步驟如下：①處于廢水之中的金屬離子經(jīng)擴散和對流附著到靜止液膜上，然后在擴散至樹脂面上；②進一步擴散到樹脂內部；③樹脂上的可交換離子和擴散進入到樹脂內部的金屬離子產生交換；④離子交換后擴散在樹脂內部，并從靜止液膜經(jīng)過后擴散到溶液中；⑤交換下的離子在溶液中出現(xiàn)擴散、對流。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，對離子交換法治理重金屬電鍍廢水技術進行介紹。在電鍍行業(yè)中，鍍銅廢水主要由漂洗槽產生的漂洗廢水，金屬離子濃度比較高，需要對廢水進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堿性的絡離子，需要使用算來將其堿性條件破壞，將絡離子轉變成銅離子，此時才可以進行陽柱交換，將破絡的pH值確定為4～5，反應方程如下：

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

廢水從H型樹脂通過，在使用H型樹脂進行交換時，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，通過雙柱串聯(lián)的方式保證樹脂工作量，提高出水質量。

EDTA體系鍍銅是一種對環(huán)境和施工人員危害很大的電鍍工藝，同時會產生很多Cu—EDTA洛合廢水，銅絡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)過的同時，會產生以下反應：

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）式的逆反應再生，再生液中游離EDTA濃度峰值和Cu²⁺濃度峰值不會同時產生。所以可以得出，Cu-EDTA絡合廢水經(jīng)過的樹脂床層越高，再生液中EDTA和Cu峰值出現(xiàn)位置會更遠，所以，可以使用多柱串聯(lián)的方法，對游離的EDTA和Cu進行部分富集分離。

4 離子交換法發(fā)展動態(tài)

隨著各項技術的不斷成熟發(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合的形式。如今集中治理在經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)得到普遍認可，尤其是離子交換技術更是受到廣大企業(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)在這兩項技術融會貫通，相互補充，更好的為治理電鍍廢水污染作出貢獻。使用這項技術的典型代表的地區(qū)就是天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)電鍍廢水處理中心，該中心的核心設備就是離子交換車載設備，不但可以對分散廠點實施先現(xiàn)場處理再集中處理，還可以對集中的廠點直接實施集中處理，這就將離子交換法集中處理的優(yōu)勢充分的發(fā)揮出來。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容的移動處理單元，將化學法、電解法和離子交換法有機地融合在一起，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)過處理以后的出水可以進行電鍍漂洗，這樣就會使廢水處理設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。縱觀電鍍廢水治理技術的不斷更新升級，不難發(fā)現(xiàn)離子交換技術在電鍍廢水處理的過程中起到非常重要的促進作用。

5 結語

綜上所述，通過對離子交換技術的發(fā)展和電鍍廢水治理中的使用情況進行分析，可以發(fā)現(xiàn)離子交換技術具有以下的性能：去除有害重金屬離子，從而符合日益嚴格的排放標準要求；化學處理結束以后，使用樹脂交換脫鹽技術提升廢水處理質量；將廢水中的有價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；多道逆流漂洗結束以后，廢水在凈化時形成閉路循環(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)，離子交換法在高價金屬鹽類和電鍍廢水深度處理中的優(yōu)勢得到了較好的體現(xiàn)。未來離子交換技術還要不斷改進，以促進設備自動化和定型化的發(fā)展，從而使其滿足日益嚴格的排放標準。