廢水處理重金屬離子交換技術(shù)

1、重金屬?gòu)U水常見(jiàn)的處理方法

（1）化學(xué)處理法。

這里所講的化學(xué)處理法實(shí)則就是利用添加藥劑去實(shí)現(xiàn)水凈化的一種方法。比如化學(xué)沉淀法就是利用了廢水中部分重金屬離子不溶于水的碳酸鹽、氫氧化物和硫化物的特性，實(shí)現(xiàn)廢水的分離效果。CaO、NaOH、Na2SO4等也是普遍用來(lái)使用的一種沉淀劑。而化學(xué)處理法在大部分情況下都被運(yùn)用到重金屬?gòu)U水處理的問(wèn)題上，主要的原因在于其方便實(shí)施，更加合理、具有實(shí)用性，具有較好的駕馭性。

（2）生物處理法。

生物處理法是利用微生物或植物其凝聚性、依附性、富集性的特點(diǎn)來(lái)將廢水中的元素進(jìn)行去除的方法。生物法具有成本低、處理水量大的特點(diǎn)。生物處理法主要有：生物絮凝、生物化學(xué)法和植物生態(tài)修復(fù)等。但是生物富集重金屬的能力有限，使得在廢水處理上可行性較差，同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用生物法的方式處理廢水之后，會(huì)衍生出大批的含重金屬污泥。所以，針對(duì)含有高濃度重金屬?gòu)U水的問(wèn)題，并不建議使用生物法去處理。

（3）物理化學(xué)法。

所謂物理化學(xué)法就是指在不改變廢水中所含重金屬的化學(xué)狀態(tài)基礎(chǔ)上，利用附著、濃縮、分離的一種方式。物理化學(xué)法大致分為：吸附法、離子交換法以及膜分離法。在吸收重金屬方面主要是通過(guò)離子交換法和膜分離法，這樣可以在處理上具有安全性。物理化學(xué)法具有很高的應(yīng)用與工業(yè)價(jià)值，這主要是由于其金屬去除率較高、出水效果較好，同時(shí)還能夠回收重金屬。

在所有處理方法中，針對(duì)重金屬的廢水處理問(wèn)題上，化學(xué)處理法極具良好的適用性。也正因此，化學(xué)處理法被普遍使用在關(guān)于重金屬的廢水處理上。

2、離子交換法的原理及過(guò)程

（1）離子交換法的原理。

交換法其實(shí)就是利用重金屬離子和離子交換樹(shù)脂而產(chǎn)生離子效，稀釋水中重金屬的濃度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)去除分離的效果。離子交換樹(shù)脂屬于一種在交聯(lián)聚合物結(jié)構(gòu)中含有離子效基團(tuán)的功能高分子材料。它并不溶于酸和堿以及一些有機(jī)的溶劑，在結(jié)構(gòu)上也不能溶解，還不融于多孔性固體高分子的物質(zhì)。

（2）離子交換過(guò)程。

在采用離子交換樹(shù)脂處理重金屬?gòu)U水方法的流程中，離子交換流程大致分為5項(xiàng)。在處理重金屬?gòu)U水的時(shí)候，利用離子效的樹(shù)脂法時(shí)可以劃分為以下幾個(gè)方面：

①?gòu)U水所包含的重金屬離子在唐南模的作用下分散到樹(shù)脂表面；

②當(dāng)重金屬離子在穿過(guò)半透膜之后就會(huì)嵌入到樹(shù)脂相顆粒的內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，停止在交換基團(tuán)旁邊；

③重金屬離子和樹(shù)脂上的可交換基團(tuán)進(jìn)行交換反應(yīng)；

④被交換下來(lái)的離子會(huì)逐步分散到樹(shù)脂表面；

⑤同時(shí)，這些離子由于唐南模的作用而分散在溶液中。

3、離子交換技術(shù)在處理廢水中重金屬的應(yīng)用

（1）離子交換技術(shù)去除廢水中的鉻。

對(duì)含鉻廢水的處理采用201×7強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂，根據(jù)實(shí)驗(yàn)針對(duì)模仿含鉻廢水和實(shí)際含鉻廢水對(duì)比做出了相應(yīng)的處理，利用對(duì)廢水pH值和交換時(shí)間的一些條件去分離廢水中要處理的鉻離子，如果廢水中鉻離子的初始濃度有1540mg/L的時(shí)候，經(jīng)過(guò)處理后，其污水排放并不違反國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)行離子交換樹(shù)脂再生活動(dòng)的時(shí)候只需要8%的氫氧化鈉溶液、50℃溫度，其樹(shù)脂再生率＞0.95，還是表現(xiàn)好的效果，這也實(shí)現(xiàn)了對(duì)樹(shù)脂的重復(fù)利用。在處理含鉻廢水的方式上也可以利用離子交換法，它其實(shí)是運(yùn)用陰離子交換樹(shù)脂處理廢水中鉻（Ⅵ），陽(yáng)離子交換樹(shù)脂則是對(duì)鉻（III）實(shí)行分離操作。離子交換法在實(shí)施處理含鉻廢水時(shí)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：具備良好的適應(yīng)性、附著性好、飽和容量大、處理過(guò)的廢液含鉻濃度不違反國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，此外，廢水還可以資源再利用，其中鉻酸也可以進(jìn)行回收再使用，這種處理方法有廣闊的前景。

（2）離子交換技術(shù)去除廢水中的銅。

利用大孔磺酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂去加工工業(yè)廢水中的銅離子，并對(duì)它進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)樹(shù)脂利用多種條件進(jìn)行一次又一次的吸附，然后對(duì)吸附后的樹(shù)脂檢測(cè)其吸附力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到吸附能力最強(qiáng)的是強(qiáng)酸1#樹(shù)脂和PK208樹(shù)脂，而且其有較好的資源再利用性，其交換能力也比較穩(wěn)固。此外其交換容量也不小，針對(duì)Cu2+的吸附性也較強(qiáng)，而且經(jīng)過(guò)處理的水質(zhì)也不會(huì)違反國(guó)家銅廢水的處理標(biāo)準(zhǔn)。其中進(jìn)行交換的原理就是：大孔型樹(shù)脂與其它樹(shù)脂相比有一定的差異，其樹(shù)脂內(nèi)部不管是干燥還是潤(rùn)濕的狀態(tài)，也不管是濃縮還是吸水膨脹的狀態(tài)，其都會(huì)占有比其他樹(shù)脂較大的孔道分散在樹(shù)脂內(nèi)部。所以大孔型的樹(shù)脂表面積顯示的會(huì)較大，從而在實(shí)行樹(shù)脂與銅離子的交換過(guò)程中，銅離子會(huì)呈現(xiàn)出快速分散式的狀態(tài)，進(jìn)而會(huì)快速的結(jié)束交換過(guò)程，這也在一定程度上提升了其工作效率水平。

（3）離子交換技術(shù)去除廢水中的鎳。

通過(guò)D412鰲合樹(shù)脂處理含鎳廢水，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，當(dāng)pH值達(dá)到4~5時(shí)，這時(shí)的pH值是最好的機(jī)會(huì)去進(jìn)行D421樹(shù)脂和鎳離子的交換過(guò)程，而當(dāng)HAc~NaAc緩沖液的pH值達(dá)到3.7的時(shí)候，是對(duì)所交換的鎳離子進(jìn)行回收再使用最高效的時(shí)刻，節(jié)約了不少資源。利用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子去凈化含鎳廢水的時(shí)候，會(huì)依據(jù)實(shí)驗(yàn)所檢測(cè)出的pH值、水溫等不同因素去判斷鎳的交換水平，從實(shí)驗(yàn)中可以看出，當(dāng)pH值在6~7的時(shí)候，溫度達(dá)到30℃的時(shí)候，此時(shí)最適合交換。

（4）離子交換技術(shù)去除廢水中的鉛。

國(guó)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)離子交換技術(shù)早有研究，例如：傅建捷是通過(guò)弱堿性陰離子交換樹(shù)脂從氯化物體系中處理Pb2+，效果最理想時(shí)pH值是在4~6的時(shí)候。王晨光也曾提出了利用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子效的樹(shù)脂去加工Pb2+的時(shí)候，會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的附著性，具有良好的附著性能。此外，其也可以實(shí)現(xiàn)再生樹(shù)脂，以此去阻止鉛離子潛入水中而導(dǎo)致的環(huán)境污染。其主要的交換原理為：因?yàn)楣I(yè)廢水中的鉛離子大部分都是以Pb2+的狀態(tài)存在水中，所以需要利用高分子電解質(zhì)結(jié)構(gòu)為R-SO3H強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和Pb2+實(shí)行交換過(guò)程。

（5）離子交換技術(shù)去除廢水中的錳。

魏建等利用某離子交換樹(shù)脂去處理廢水中的錳離子，主要是依據(jù)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到的廢水酸度、交換時(shí)間、廢水中錳離子濃度對(duì)交換效率的作用，而且還得到當(dāng)廢水中的錳離子高達(dá)500mg/L的時(shí)候，這時(shí)候的離子交換容量達(dá)到最大的效果，經(jīng)過(guò)對(duì)飽和的樹(shù)脂利用10%的硫酸實(shí)施再生后樹(shù)脂的操作，就可以得到回收再利用的效果，洗脫出來(lái)的錳離子主要是通過(guò)MnSO4能夠回到電解錳的工藝中達(dá)到錳的回收使用目標(biāo)。

（6）離子交換技術(shù)去除廢水中的汞。

黃德智利用對(duì)混凝進(jìn)行沉淀-超濾-離子交換的操作去組合工藝，進(jìn)行對(duì)某化工廠中含汞廢水的處理操作，通過(guò)車(chē)間排放廢水的樣本鑒定，結(jié)果得到這個(gè)組合工藝處理后的含汞廢水是符合排放標(biāo)準(zhǔn)的。主要利用的是“超濾”和兩級(jí)樹(shù)脂的工藝，主要原理為：第一，通過(guò)一級(jí)UF去篩選掉工業(yè)廢水中的懸浮汞；第二，利用兩級(jí)樹(shù)脂去處理廢水中溶解態(tài)的Hg2+，當(dāng)樹(shù)脂達(dá)到飽和狀態(tài)后進(jìn)行洗脫，這時(shí)候洗脫的高濃度含汞溶液就會(huì)擴(kuò)散到沉淀池進(jìn)行沉淀操作。這種組合工藝來(lái)處理廢水中的汞是符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的，而且在操作工藝上也比較簡(jiǎn)單，成本也不高。

4、結(jié)論

目前在處理含重金屬的廢水方式主要有3種：第一種就是利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)處理重金屬離子；第二種是離子交換和膜分離，它是通過(guò)重金屬在不改其化學(xué)形態(tài)下而進(jìn)行吸附、濃縮、分離的；而最后一種就是利用微生物或者是植物的凝聚、吸附和富集的特征去處理廢水中的重金屬。而在這三種處理方法上，相比來(lái)說(shuō)離子交換法是更為高效的一種方式去進(jìn)行處理稀釋工業(yè)廢水中的重金屬離子濃度，這種方法要比其它幾種方法在處理后的廢水所含重金屬離子濃度要低的多。以目前情況來(lái)說(shuō)，廢水的排放量在不斷增多，其廢水中的元素也變得更加多樣化?；谝陨系那闆r，高效的材料應(yīng)當(dāng)擁有較強(qiáng)的指向性，以此更方便的去除或者分離所需元素。此外，需要考慮怎樣提升高效的材料的吸收容量和吸收速率，如何能找出排放量巨大問(wèn)題的解決之道。（來(lái)源：皖西南產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）