离子交换技术在重金属废水处理中的应用

离子交换技术在重金属废水处理中的应用

第33卷第10期环境科学与管理Vol133No1102008年10月ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTOct.2008文章编号:1673-1212(2008)10-0082-03离子交换技术在重金属废水处理中的应用雷兆武,孙颖(中国环境管理干部学院环境工程系,河北秦皇岛066004)摘要:重金属废水由于所含重金属对人类和环境的危害,需要对其进行处理。化学沉淀法被广泛应用于重金属废水的处理过程,但采用化学沉淀法处理重金属废水时,会产生大量的重金属污泥,需要妥善处理或处置。离子交换技术处理重金属废水,既可实现废水中重金属的去除,有可回收废水中的重金属,避免化学沉淀法处理重金属废水时产生大量的污泥。离子交换树脂对废水中重金属离子的选择性分离,可以更好的实现废水中重金属离子的处理和重金属离子的回收。关键词:重金属废水;离子交换;选择性分离中图分类号:X703.1文献标识码:BApplicationofLonExchangeTechnologyinHeavyMetalsWastewaterTreatmentLeiZhaowu,SunYing(DepartmentofEnvironmentalEngineering,EnvironmentalManagementCollegeofChina,Qinhuangdao066004,China)Abstract:Heavymetalwastewatermustbetreatedbecausethewastewatercontainingheavymetalionsharmedtohumanbe-ingandenvironmen.tThemethodofchemicalprecipitationwaswidelyappliedtotreatingthewastewater,butthemasssludgeheavymetalproducedwiththemethodneededtobedisposedproperly.Thewastewaterwastreatedbyionexchangetechnology,heavymetalionscouldberemovedandcouldberecovered,andavoidedmuchsedmientfromwastewatertreatedbychemic-Sed-imentation.Heavymetalscouldbebetterremovedandrecoveredtouseselectiveremovalofheavymetalionsfromwastewaterbyionexchange.Keywords:heavymetalswastewater;ionexchange;selectiveremoval膜分离等。第三类是借助微生物或植物的絮凝、吸1重金属废水来源及处理方法收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法,其重金属废水主要来源于电镀、机械加工、矿山开中包括生物絮凝、生物化学法和植物生态修复等。采业、钢铁及有色金属的冶炼和部分化工企业。由在所有处理方法中,化学沉淀法对重金属废水于重金属在环境中的不可降解性及其对人类和环境的处理具有较好的适应性,因此被广泛应用于重金的危害,因此对于重金属废水的排放必须符合有关属废水的处理过程中。化学沉淀法就是向废水中投排放标准。加沉淀剂,使重金属离子形成碳酸盐、氢氧化物和硫目前,世界各国重金属废水处理方法主要有三化物等沉淀,重金属离子以含水金属氧化物、氢氧化类:第一类是废水中重金属离子通过发生化学反应物,硫化物等形式从废水中分离出来,从而使得废水除去的方法,包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧得以净化的方法。常用的沉淀剂有石灰、氢氧化钠、体共沉淀法、化学还原法、电化学还原法和高分子重硫化钠等。金属捕集剂法等。第二类是使废水中的重金属在不在采用化学沉淀法处理重金属废水时,处理过改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方程受pH值、温度、搅拌及重金属离子浓度等条件的法,包括吸附、溶剂萃取、蒸发和凝固法、离子交换和影响,沉淀物从废水中脱除后,出水中重金属离子浓度在几mg/L,一般能满足污水排放标准的要求。收稿日期:2008-05-13采用化学沉淀法处理重金属废水时,会产生大量基金项目:河北省教育厅科研项目(课题编号Z2007421)作者简介:雷兆武(1971-),男,江西九江人,硕士,讲师,主要研究方的重金属污泥,需要妥善处理或处置。如工业废水含2+2+2+向为废水处理及资源化研究。011g/L的Cu、Cd、或Hg能分别产生10倍、9#82#n第33卷第10期Vol133No110雷兆武等#离子交换技术在重金属废水处理中的应用2008年10月Oct.2008倍、和5倍重金属盐含量的污泥;如处理1kg铬酸盐,(7)交换下的离子在溶液中对流、扩散。则会产生6kg污泥。在采用石灰做沉淀剂时,不适合离子交换过程的总速度取决于上述步骤中最慢处理废水量大、重金属离子浓度低的废水。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2离子交换技术及过程(3)(5)为内扩散,步骤(4)为离子交换化学反应。2.1离子交换技术3离子交换对废水中重金属离子的选择性离子交换法是利用重金属离子与离子交换树脂去除发生离子交换,使废水中重金属浓度降低,从而使废水得以净化的方法。离子交换树脂交换吸附饱和后常用的离子交换树脂有阳离子交换树脂、阴离进行再生。再生是利用再生剂中的离子在浓度占绝子交换树脂、螯合树脂和腐植酸树脂等。由于新型对优势的情况下,将离子交换树脂上的离子洗脱下的离子交换树脂对一定离子或离子团的亲合力的不来,使离子交换树脂恢复其交换能力。同,可以实现重金属离子的选择性分离。离子交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有3.1离子交换选择性去除废水中的铅离子交换基团的功能高分子材料。离子交换树脂不-+2+含有SO2H基团阳离子交换树脂,对Pb离子溶于酸、碱溶液及各种有机溶剂,结构上属于既不溶具有选择性高、交换容量大和吸附-解吸过程可逆性解、也不熔融的多孔性固体高分子物质。好的特点。在pH为4~6时,弱碱性阴离子交换树脂每个树脂颗粒都由交联的具有三维空间立体结2+能从氯化物体系的溶液中选择性去除Pb。构的网络骨架构成,在骨架上连接着许多较为活泼的含1,1二羧酸酯-2-乙酸膦酸酯官能团树脂,功能基。这种功能基能离解出离子,可以与周围外边2+2+2+2+对Pb、Cu、Cd和Zn离子的亲和力大小,顺离子相互交换。离子交换树脂的单元结构由三部分序如下:组成:不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的2+2+2+2+Pb>Cu>Cd>Zn功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。采用含1,1二羧酸酯-2-乙酸膦酸酯官能团离子交换法的主要功能有:(1)去除各种有害树脂,去除硝酸溶液中重金属离子,浓度范围从重金属离子,以应付今后将日趋严格的排放标准。01001~0102M,获得了很好的效果。1MHNO3溶(2)脱盐用,如化学法处理后,再经树脂交换脱盐作液作为再生液,对饱和后树脂进行再生。末道把关。(3)回收废水中的有价值金属,如金、Amberlite型阳离子交换树脂对在EDTA溶液银、铜、镍、铬等。(4)提高水的循环利用率,节约日2+2+体系中的Pb和Cd,弱碱性树脂比强碱性树脂有益匮乏的水资源。(5)在多道逆流漂洗后,用于废更强的亲合力。聚乙烯阳离子树脂比聚苯乙烯阳离水净化形成闭路循环。2.2离子交换过程子树脂有更好的亲合力。离子交换技术是一种液相组份分离技术,具有3.2离子交换选择性去除废水中的汞2+优异的分离选择性与很高的浓缩倍数,操作方便,效用于去除废水中Hg的离子交换树脂有Imac果突出。因此采用离子交换可以实现从废水中去除TMR树脂、SrafionNMRR树脂、NissoALM-525树重金属离子,或分离物质。脂等。在应用离子交换处理重金属废水过程中,其离ImacTMR树脂是大孔型结构苯乙烯共聚物树子交换过程可分为以下几个步骤:脂,具有硫醇官能团和酸性硫酸官能团,由于有-SH2+2+(1)废水中的重金属离子通过对流和扩散到达官能团的存在,树脂对Hg有很强的亲合力,对Hg树脂表面的静止液膜。的交换能力为240g/L树脂。在已形成HgS沉淀,处2+2+(2)重金属离子通过静止液膜扩散到树脂表面。理含Hg废水时,能将废水中Hg的浓度降低到12+(3)重金属离子在树脂内部进一步扩散。~3ppm;在采用macTMR树脂处理同类含Hg废水2+(4)扩散进入的重金属离子与树脂上的可交换时,能降到废水中Hg的浓度0.5~5.0ppb。2+离子发生交换。SrafionNMRR树脂对Hg的吸附量为2+(5)交换下的离子在树脂内部扩散。545gHg/kg树脂。2+(6)交换下的离子通过静止液膜扩散进入溶NissoALM-525树脂,在水溶液中,对Hg的液。吸附量为680g/kg树脂;在10%H2SO4溶液中,对#83#n第33卷第10期Vol133No110雷兆武等#离子交换技术在重金属废水处理中的应用2008年10月Oct.20082+Hg的吸附量为340g/kg树脂。4结论3.3离子交换选择性去除废水中的镉2+用于去除废水中Cd的离子交换树脂有Dowex离子交换技术能去除废水中的重金属,净化后50W-X4和PuroliteS-950等阳离子交换树脂。出水中重金属离子浓度远低于化学沉淀法处理后出3.4离子交换选择性去除废水中的镍水中重金属离子的浓度,通过再生,回收再生后溶2+用于去除废水中Ni的离子交换树脂有液,可以实现重金属的回收,降低重金属离子进入环WofatitCA-20大孔羧基Na型阳离子交换树脂、境的风险,同时也避免采用化学沉淀法处理重金属Chelex-100螯合亚氨基离子交换树脂、DowexXFS废水时产生的大量污泥。-4195树脂等。离子交换树脂对废水中重金属离子的选择性分2+Chelex-100树脂对Ni的工作交换容量为离,可以更好地实现废水中重金属离子的处理和重2115mmol/g(413meq/g)金属离子的回收。因此研制和选择对重金属离子具3.5离子交换选择性去除废水中的铬有选择性高、交换容量大、吸附-解吸过程可逆性好6+用于去除废水中Cr的离子交换树脂有Am-的离子交换树脂,对于离子交换树脂在重金属废水berliteIR-120Na型强酸性阳离子交换树脂、Am-处理的应用有着重要的意义。berliteIRA-420强碱性阴离子交换树脂、AmberliteIR-67RF弱碱性阴离子交换树脂、LewatitMP-参考文献:500A大孔强碱性阴离子树脂及国内的D370弱碱性[1]卢会霞,闫博.电去离子技术处理低浓度重金属废阴离子交换树、201@7强碱性阴离子交换树脂等。水研究进展[J].化工进展,2006,25(11).LewatitMP-500A大孔强碱性阴离子树脂对[2]马前,张小龙.国内外重金属废水处理新技术的研6+2-2---Cr具有较高的选择性,CrO4、SO4、Cl、OH的究进展[J].环境工程学报,2007,1(7).选择性顺序如下:[3]刘有才,钟宏.重金属废水处理技术研究现状与发2-2---CrO4>SO4>Cl>OH展趋势[J].广东化工,2005(4).3.6离子交换选择性去除废水中的铜[4]电镀行业污染物排放标准编制组.电镀行业污染物2+用于去除废水中Cu的离子交换树脂有:Am-控制水平分析[J].涂料涂装与电镀,2006,4(5).berliteIRC-718螯合树脂、Dowex50x8强酸性阳离[5]梁志冉,涂勇.离子交换树脂及其在废水处理中的子树脂、螯合树脂DowexXFS-4195、螯合树脂应用[J].污染防治技术,2006,19(3).DowexXFS-4196及国内的/争光0、/强酸1号0和[6]童长仁,周小雪.离子交换过程数学模型及仿真研PK208树脂等。究[J].江西有色金属,2006,20(4).采用螯合树脂DowexXFS-4196处理含铜废水[7]S.Kocaoba,G.Akcin,Removalofchromium(III)2+andcadmium(II)fromaqueoussolutions[M].Desalination180时,可以从pH>1.5的溶液中去除Cu,采用1002+(2005)151-15.g/LH2SO4溶液作为再生液,再生后溶液中含Cu[8]李健,石凤林.离子交换法治理重金属电镀废水及33g/L,H2SO440g/L,再生后溶液可以直接电解发展动态[J].电镀与精饰,2003,25(6).回收铜。2+[9]C.B.lÊcher,J.Dorda,etc.Hybridflotation-mem-用于从含氨废水中去除Cu的树脂有Zerolitebranefiltrationprocessfortheremovalofheavymetalionsfrom215、AmberliteIRC-84、AmberliteIRC-50、Zerolitewastewater[M].WaterResearch,2003,37:4018-4026.216、DuoliteS-30、DuoliteES-465、LewatitTP-[10]A.D?browsk,iZ.Hubick,ietc,Selectiveremoval207、WofatitMC-50、DuoliteES-346等。oftheheavymetalionsfromwatersandindustrialwastewatersby聚合羧基离子交换树脂被证明是最有效的从含ion-exchangemethod[M],Chemosphere56(2004):91-106.2+2+氨工业废水中去除Cu和[Cu(NH3)4<树脂。[11]唐树和,徐芳.离子交换法处理含Cr(Ö)废水的研3.7离子交换选择性去除废水中的锌究[J].应用化工,2007,36(1).2+用于去除废水中Zn的离子交换树脂有Le-[12]张剑波,王维敬.离子交换树脂对有机废水中铜离watitOC-1026树脂等。子的吸附[J].水处理技术,2001,27(1).#84#