廢水處理重金屬離子交換技術

1、重金屬廢水常見的處理方法

（1）化學處理法。

這里所講的化學處理法實則就是利用添加藥劑去實現(xiàn)水凈化的一種方法。比如化學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，實現(xiàn)廢水的分離效果。CaO、NaOH、Na2SO4等也是普遍用來使用的一種沉淀劑。而化學處理法在大部分情況下都被運用到重金屬廢水處理的問題上，主要的原因在于其方便實施，更加合理、具有實用性，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、富集性的特點來將廢水中的元素進行去除的方法。生物法具有成本低、處理水量大的特點。生物處理法主要有：生物絮凝、生物化學法和植物生態(tài)修復等。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，通過應用生物法的方式處理廢水之后，會衍生出大批的含重金屬污泥。所以，針對含有高濃度重金屬廢水的問題，并不建議使用生物法去處理。

（3）物理化學法。

所謂物理化學法就是指在不改變廢水中所含重金屬的化學狀態(tài)基礎上，利用附著、濃縮、分離的一種方式。物理化學法大致分為：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。物理化學法具有很高的應用與工業(yè)價值，這主要是由于其金屬去除率較高、出水效果較好，同時還能夠回收重金屬。

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

2、離子交換法的原理及過程

（1）離子交換法的原理。

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

（2）離子交換過程。

在采用離子交換樹脂處理重金屬廢水方法的流程中，離子交換流程大致分為5項。在處理重金屬廢水的時候，利用離子效的樹脂法時可以劃分為以下幾個方面：

①廢水所包含的重金屬離子在唐南模的作用下分散到樹脂表面；

②當重金屬離子在穿過半透膜之后就會嵌入到樹脂相顆粒的內(nèi)部網(wǎng)狀結構中，停止在交換基團旁邊；

③重金屬離子和樹脂上的可交換基團進行交換反應；

④被交換下來的離子會逐步分散到樹脂表面；

⑤同時，這些離子由于唐南模的作用而分散在溶液中。

3、離子交換技術在處理廢水中重金屬的應用

（1）離子交換技術去除廢水中的鉻。

對含鉻廢水的處理采用201×7強堿性陰離子交換樹脂，根據(jù)實驗針對模仿含鉻廢水和實際含鉻廢水對比做出了相應的處理，利用對廢水pH值和交換時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的時候，經(jīng)過處理后，其污水排放并不違反國家的標準，在實行離子交換樹脂再生活動的時候只需要8%的氫氧化鈉溶液、50℃溫度，其樹脂再生率＞0.95，還是表現(xiàn)好的效果，這也實現(xiàn)了對樹脂的重復利用。在處理含鉻廢水的方式上也可以利用離子交換法，它其實是運用陰離子交換樹脂處理廢水中鉻（Ⅵ），陽離子交換樹脂則是對鉻（III）實行分離操作。離子交換法在實施處理含鉻廢水時主要有以下幾個優(yōu)點：具備良好的適應性、附著性好、飽和容量大、處理過的廢液含鉻濃度不違反國家標準，此外，廢水還可以資源再利用，其中鉻酸也可以進行回收再使用，這種處理方法有廣闊的前景。

（2）離子交換技術去除廢水中的銅。

利用大孔磺酸型陽離子交換樹脂去加工工業(yè)廢水中的銅離子，并對它進行檢測，針對樹脂利用多種條件進行一次又一次的吸附，然后對吸附后的樹脂檢測其吸附力，根據(jù)實驗結果可以得到吸附能力最強的是強酸1#樹脂和PK208樹脂，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Cu2+的吸附性也較強，而且經(jīng)過處理的水質(zhì)也不會違反國家銅廢水的處理標準。其中進行交換的原理就是：大孔型樹脂與其它樹脂相比有一定的差異，其樹脂內(nèi)部不管是干燥還是潤濕的狀態(tài)，也不管是濃縮還是吸水膨脹的狀態(tài)，其都會占有比其他樹脂較大的孔道分散在樹脂內(nèi)部。所以大孔型的樹脂表面積顯示的會較大，從而在實行樹脂與銅離子的交換過程中，銅離子會呈現(xiàn)出快速分散式的狀態(tài)，進而會快速的結束交換過程，這也在一定程度上提升了其工作效率水平。

（3）離子交換技術去除廢水中的鎳。

通過D412鰲合樹脂處理含鎳廢水，根據(jù)實驗的結果來看，當pH值達到4~5時，這時的pH值是最好的機會去進行D421樹脂和鎳離子的交換過程，而當HAc~NaAc緩沖液的pH值達到3.7的時候，是對所交換的鎳離子進行回收再使用最高效的時刻，節(jié)約了不少資源。利用強酸性陽離子去凈化含鎳廢水的時候，會依據(jù)實驗所檢測出的pH值、水溫等不同因素去判斷鎳的交換水平，從實驗中可以看出，當pH值在6~7的時候，溫度達到30℃的時候，此時最適合交換。

（4）離子交換技術去除廢水中的鉛。

國內(nèi)專家對離子交換技術早有研究，例如：傅建捷是通過弱堿性陰離子交換樹脂從氯化物體系中處理Pb2+，效果最理想時pH值是在4~6的時候。王晨光也曾提出了利用強酸性陽離子效的樹脂去加工Pb2+的時候，會表現(xiàn)出較強的附著性，具有良好的附著性能。此外，其也可以實現(xiàn)再生樹脂，以此去阻止鉛離子潛入水中而導致的環(huán)境污染。其主要的交換原理為：因為工業(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)結構為R-SO3H強酸性陽離子交換樹脂和Pb2+實行交換過程。

（5）離子交換技術去除廢水中的錳。

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

（6）離子交換技術去除廢水中的汞。

黃德智利用對混凝進行沉淀-超濾-離子交換的操作去組合工藝，進行對某化工廠中含汞廢水的處理操作，通過車間排放廢水的樣本鑒定，結果得到這個組合工藝處理后的含汞廢水是符合排放標準的。主要利用的是“超濾”和兩級樹脂的工藝，主要原理為：第一，通過一級UF去篩選掉工業(yè)廢水中的懸浮汞；第二，利用兩級樹脂去處理廢水中溶解態(tài)的Hg2+，當樹脂達到飽和狀態(tài)后進行洗脫，這時候洗脫的高濃度含汞溶液就會擴散到沉淀池進行沉淀操作。這種組合工藝來處理廢水中的汞是符合國家排放標準的，而且在操作工藝上也比較簡單，成本也不高。

4、結論

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反應來處理重金屬離子；第二種是離子交換和膜分離，它是通過重金屬在不改其化學形態(tài)下而進行吸附、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，相比來說離子交換法是更為高效的一種方式去進行處理稀釋工業(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。以目前情況來說，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，高效的材料應當擁有較強的指向性，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題的解決之道。（來源：皖西南產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）