论文部分内容阅读
【摘 要】 本文首先分析了离子交换技术的基本原理，进而探讨离子交换技术在重金属废水处理中的具体应用，以期可以将离子交换技术更好的运用于类似的领域，提高重金属废水处理效率和质量。
【关键词】 离子交换技术；重金属；废水处理；应用
一、前言
目前，离子交换技术在众多领域都有广泛的运用，其中，在重金属废水处理中，离子交换技术也开始运用在其中，这一技术给重金属废水处理工作带来了新的生机，提高了重金属废水处理效率和质量。
二、离子交换过程
离子交换技术是一种液相组份分离技术，具有优异的分离选择性与很高的浓缩倍数，操作方便，效果突出。因此采用离子交换可以实现从废水中去除重金属离子，或分离物质。
在应用离子交换处理重金属废水过程中，其离子交换过程可分为以下几个步骤：
（1）废水中的重金属离子通过对流和扩散到达树脂表面的静止液膜。
（2）重金属离子通过静止液膜扩散到树脂表面。
（3）重金属离子在树脂内部进一步扩散。
（4）扩散进入的重金属离子与树脂上的可交换离子发生交换。
（5）交换下的离子在树脂内部扩散。
（6）交换下的离子通过静止液膜扩散进入溶液。
（7）交换下的离子在溶液中对流、扩散。离子交换过程的总速度取决于上述步骤中最慢的步骤，在一般情况下，步骤（1）（7）速度相对较快，可忽略不计。步骤（2）（6）一般称为外扩散，步骤（3）（5）为内扩散，步骤（4）为离子交换化学反应。
三、离子交换树脂在重金属废水处理中的应用
在电镀、电子、矿山以及有色金属冶炼、机械加工等行业的生产过程中，均会产生各种铜废水。较高浓度的Cu对生物体有毒，其影响随有机体种类很不相同。海草及软体动物对Cu2+特别敏感，它们的安全浓度小于10μg/L。排入水体的Cu2+可通过食物链被生物大量富集，人体摄入过量Cu2+会导致腹痛，呕吐，肝硬化等。
采用胺基磷酸整合树脂对弱酸性电镀废水中的铜、镍离子与其他螯合树脂相比具有较强的吸附性能。胺基磷酸螯合树脂由H+型转为Na+型后，对Cu2+的吸附提高31.9%。实用装置结构简单、操作方便。处理后水质Cu2+≤0.15mg/L。
以苯氧基乙酸和甲醛为原料合成含醚键的离子交换树脂来处理含Cu2+的废水，经过对该离子交换树脂的吸附动力学进行了分析，并从吸附时间、溶液pH值及溶液浓度对吸附的影响进行了探讨，研究得出该种离子交换树脂在温度25℃、pH值为4.5的条件下，对Cu2+具有较好的吸附性能，其饱和吸附量可达2.3mol·kg-1左右，去除率可达97.5%以上。
选用多种大孔强酸型离子交换树脂，通过测定各种树脂对铜离子的去除率、不同铜离子浓度和溶液pH值对去除率的影响，以及各树脂再生性能的比较，表明“争光”、“强酸1号”和PK208树脂性能最为突出，效果明显优于其它几种树脂，其离子交换性能稳定，交换容量大，树脂溶胀率小，有良好的再生性，对Cu2+的吸附去除能力完全可达到要求，净化后水的[Cu2+]低于0.1μg/mL，可用于含铜废水的净化处理。
研究结果表明3350H树脂对铜络阴离子的交换吸附-脱附效果稳定，处理后废水中铜的质量浓度降至20mg/L左右，铜的去除率在96.97%～97.75%，脱附率为98.47%～99.14%左右。树脂在使用过程中，无破碎现象，机械强度良好。
四、离子交换法处理重金属工业废水的影响因子
1、树脂选型
在用离子交换法处理重金属工业废水时，一般应选择对废水中需去除的离子具有较高选择性的离子交换树脂，同时要考虑它在废水处理过程中抗氧化性和抗有机物玷污等情况。如需去除废水中的Cr3+时，应采用对Cr3+具有较高选择性的IRN77、SKN1、IR120、1200H、1500H和IRN97H等树脂；去除废水中的硼时，应采用对它有特殊选择性的IRA743和XE243树脂；也有人在处理含铬废水时，用抗有机污染能力强和机械破损少的大孔弱酸离子交换树脂PuroliteC106来处理。为了发挥离子交换技术的优势，在选择树脂时应采用具有选择性好、工作交换容量大、抗氧化性和有机污染能力高等特点的树脂。
2、pH值
强酸强碱树脂活性基团的电离能力很强，交换pH值无关，弱酸（弱碱）树脂在低pH值（高pH值）不电离或部分电离，因此弱酸（弱碱）树脂在碱性（酸性）条件下才能得到较大的交换能力。因此，选用弱型树脂时要注意控制溶液的pH值。
重金属工业废水一般在酸性条件下的去除效果比在碱性条件下好。FethiyeGode等人用LewatitMP62和LewatitM610树脂去除废水中的Cr6+时，发现它们对Cr6+去除效率最高的pH值为3.0～5.5。当pH值从5.5降到2时，MP62和M610对Cr6+的去除效率分别从95%降到70%和从95%降到80%。当pH≥6时，溶液中的OH-使Cr6+几乎不存在，故用离子交换法去除Cr6+在酸性条件下比在碱性条件下效果好。SKocaoba等人用IR120树脂去除廢水中的Cd2+和Cr3+的最佳pH为5.5，此时钠型IR120树脂对Cd2+和Cr3+的去除率分别达93.4%和90.27%（原溶液浓度均为20mg/L），氢型IR120树脂对Cd2+和Cr3+的去除率分别达81.1%和72.41%。SRengaraj等人在处理含铬10mg/L和100mg/L的工业废水时，发现用1200H、1500H、IRN97H和IRN77、SKN1树脂时，pH在2～6范围内去除效率均较好，但pH≥6后，铬的去除率明显降低，主要也是形成Cr3+的沉淀物Cr（OH）3。SRengaraj等人用IRN77和SKN1树脂去除废水中的Co2+时，发现pH在2～8范围内去除率较好，去除率达100%，但当pH≥8时，大部分Co2+形成Co（OH）2沉淀而影响去除效率。而RecepBoncukcuoglu等人用IRA743去除废水中的硼时，发现pH值在9.5时对硼的去除效率最高。
故在用离子交换法处理重金属工业废水时，应通过试验从树脂本身和需要去除金属离子的特点来选择最佳pH值，一般在酸性条件下的处理效果较好。
五、离子交换技术的经济效益
与单一企业分散处理相比，采用离子交换技术对工业废水集中治理不但可以减少治理投资，提高废水处理设备利用率，而且还可以更有效地控制和治理环境污染，改善区域环境质量和投资环境，不论是经济效益、环境效益还是社会效益都具有许多优势。如据不完全统计，集中处理在总投资和年实际运行支出总费用两项上仅为分散处理的74%和37%。表明这种技术的技术先进，投资运行节约，值得推广。
六、结束语
综上所述，离子交换技术运用于重金属废水处理中，可以有效的提高重金属废水的处理效果，所以，在今后的废水处理中，可以考虑更加广泛的使用离子交换技术。
参考文献：
[1]雷兆武，孙颖.离子交换技术在重金属废水处理中的应用[J].环境科学与管理.2011（10）
[2]王灿发，汤志勇，范鸿华，王跃明，陈国泉.离子交换树脂在废水处理中的应用[J].科技资讯.2012（25）
【关键词】 离子交换技术；重金属；废水处理；应用
一、前言
目前，离子交换技术在众多领域都有广泛的运用，其中，在重金属废水处理中，离子交换技术也开始运用在其中，这一技术给重金属废水处理工作带来了新的生机，提高了重金属废水处理效率和质量。
二、离子交换过程
离子交换技术是一种液相组份分离技术，具有优异的分离选择性与很高的浓缩倍数，操作方便，效果突出。因此采用离子交换可以实现从废水中去除重金属离子，或分离物质。
在应用离子交换处理重金属废水过程中，其离子交换过程可分为以下几个步骤：
（1）废水中的重金属离子通过对流和扩散到达树脂表面的静止液膜。
（2）重金属离子通过静止液膜扩散到树脂表面。
（3）重金属离子在树脂内部进一步扩散。
（4）扩散进入的重金属离子与树脂上的可交换离子发生交换。
（5）交换下的离子在树脂内部扩散。
（6）交换下的离子通过静止液膜扩散进入溶液。
（7）交换下的离子在溶液中对流、扩散。离子交换过程的总速度取决于上述步骤中最慢的步骤，在一般情况下，步骤（1）（7）速度相对较快，可忽略不计。步骤（2）（6）一般称为外扩散，步骤（3）（5）为内扩散，步骤（4）为离子交换化学反应。
三、离子交换树脂在重金属废水处理中的应用
在电镀、电子、矿山以及有色金属冶炼、机械加工等行业的生产过程中，均会产生各种铜废水。较高浓度的Cu对生物体有毒，其影响随有机体种类很不相同。海草及软体动物对Cu2+特别敏感，它们的安全浓度小于10μg/L。排入水体的Cu2+可通过食物链被生物大量富集，人体摄入过量Cu2+会导致腹痛，呕吐，肝硬化等。
采用胺基磷酸整合树脂对弱酸性电镀废水中的铜、镍离子与其他螯合树脂相比具有较强的吸附性能。胺基磷酸螯合树脂由H+型转为Na+型后，对Cu2+的吸附提高31.9%。实用装置结构简单、操作方便。处理后水质Cu2+≤0.15mg/L。
以苯氧基乙酸和甲醛为原料合成含醚键的离子交换树脂来处理含Cu2+的废水，经过对该离子交换树脂的吸附动力学进行了分析，并从吸附时间、溶液pH值及溶液浓度对吸附的影响进行了探讨，研究得出该种离子交换树脂在温度25℃、pH值为4.5的条件下，对Cu2+具有较好的吸附性能，其饱和吸附量可达2.3mol·kg-1左右，去除率可达97.5%以上。
选用多种大孔强酸型离子交换树脂，通过测定各种树脂对铜离子的去除率、不同铜离子浓度和溶液pH值对去除率的影响，以及各树脂再生性能的比较，表明“争光”、“强酸1号”和PK208树脂性能最为突出，效果明显优于其它几种树脂，其离子交换性能稳定，交换容量大，树脂溶胀率小，有良好的再生性，对Cu2+的吸附去除能力完全可达到要求，净化后水的[Cu2+]低于0.1μg/mL，可用于含铜废水的净化处理。
研究结果表明3350H树脂对铜络阴离子的交换吸附-脱附效果稳定，处理后废水中铜的质量浓度降至20mg/L左右，铜的去除率在96.97%～97.75%，脱附率为98.47%～99.14%左右。树脂在使用过程中，无破碎现象，机械强度良好。
四、离子交换法处理重金属工业废水的影响因子
1、树脂选型
在用离子交换法处理重金属工业废水时，一般应选择对废水中需去除的离子具有较高选择性的离子交换树脂，同时要考虑它在废水处理过程中抗氧化性和抗有机物玷污等情况。如需去除废水中的Cr3+时，应采用对Cr3+具有较高选择性的IRN77、SKN1、IR120、1200H、1500H和IRN97H等树脂；去除废水中的硼时，应采用对它有特殊选择性的IRA743和XE243树脂；也有人在处理含铬废水时，用抗有机污染能力强和机械破损少的大孔弱酸离子交换树脂PuroliteC106来处理。为了发挥离子交换技术的优势，在选择树脂时应采用具有选择性好、工作交换容量大、抗氧化性和有机污染能力高等特点的树脂。
2、pH值
强酸强碱树脂活性基团的电离能力很强，交换pH值无关，弱酸（弱碱）树脂在低pH值（高pH值）不电离或部分电离，因此弱酸（弱碱）树脂在碱性（酸性）条件下才能得到较大的交换能力。因此，选用弱型树脂时要注意控制溶液的pH值。
重金属工业废水一般在酸性条件下的去除效果比在碱性条件下好。FethiyeGode等人用LewatitMP62和LewatitM610树脂去除废水中的Cr6+时，发现它们对Cr6+去除效率最高的pH值为3.0～5.5。当pH值从5.5降到2时，MP62和M610对Cr6+的去除效率分别从95%降到70%和从95%降到80%。当pH≥6时，溶液中的OH-使Cr6+几乎不存在，故用离子交换法去除Cr6+在酸性条件下比在碱性条件下效果好。SKocaoba等人用IR120树脂去除廢水中的Cd2+和Cr3+的最佳pH为5.5，此时钠型IR120树脂对Cd2+和Cr3+的去除率分别达93.4%和90.27%（原溶液浓度均为20mg/L），氢型IR120树脂对Cd2+和Cr3+的去除率分别达81.1%和72.41%。SRengaraj等人在处理含铬10mg/L和100mg/L的工业废水时，发现用1200H、1500H、IRN97H和IRN77、SKN1树脂时，pH在2～6范围内去除效率均较好，但pH≥6后，铬的去除率明显降低，主要也是形成Cr3+的沉淀物Cr（OH）3。SRengaraj等人用IRN77和SKN1树脂去除废水中的Co2+时，发现pH在2～8范围内去除率较好，去除率达100%，但当pH≥8时，大部分Co2+形成Co（OH）2沉淀而影响去除效率。而RecepBoncukcuoglu等人用IRA743去除废水中的硼时，发现pH值在9.5时对硼的去除效率最高。
故在用离子交换法处理重金属工业废水时，应通过试验从树脂本身和需要去除金属离子的特点来选择最佳pH值，一般在酸性条件下的处理效果较好。
五、离子交换技术的经济效益
与单一企业分散处理相比，采用离子交换技术对工业废水集中治理不但可以减少治理投资，提高废水处理设备利用率，而且还可以更有效地控制和治理环境污染，改善区域环境质量和投资环境，不论是经济效益、环境效益还是社会效益都具有许多优势。如据不完全统计，集中处理在总投资和年实际运行支出总费用两项上仅为分散处理的74%和37%。表明这种技术的技术先进，投资运行节约，值得推广。
六、结束语
综上所述，离子交换技术运用于重金属废水处理中，可以有效的提高重金属废水的处理效果，所以，在今后的废水处理中，可以考虑更加广泛的使用离子交换技术。
参考文献：
[1]雷兆武，孙颖.离子交换技术在重金属废水处理中的应用[J].环境科学与管理.2011（10）
[2]王灿发，汤志勇，范鸿华，王跃明，陈国泉.离子交换树脂在废水处理中的应用[J].科技资讯.2012（25）