交换法在工业废水处理中的应用
1.使用状况，普及率
2.原理特点
3.与其他处理方法比较的优缺点
处理及回收各重金属离子的实际举例和处理效率，简单介绍电镀工业废水中的铜离子、锰离子等等，然后以六价铬离子为典型详细说明。
离子交换树脂的分类、各自性质特点、实验数据支持
影响离子交换效率的主要影响因子和未来发展趋势
离子交换法在含六价铬等重金属离子工业废水处理中的运用研究
李梓菡
中国矿业大学环境与测绘学院
摘要：重金属工业废水的排放量日益增加，对生态环境和人类健康造成了极大的威胁。铬作为重要的战略金属元素，在工业领域应用极广，因此涉铬行业众多，造成了严重的环境污染。本文介绍了离子交换法在含铬工业废水中的运用状况和研究进展，为六价铬离子及其他重金属工业废水处理技术的选择提供了依据。
关键词：离子交换法；工业废水；重金属；六价铬；展望
The use and development of research in the chromium ion exchange wastewater treatment and recycling of heavy metal ions in
Li Zihan
Environment China University of Mining and Mapping
Abstract: Emissions of heavy metals in industrial wastewater increasing the ecological environment and human health caused a great threat. Chromium as an important strategic metal elements, very wide applications in the industrial field, so many involving chromium industry, causing serious environmental pollution. This article describes the status and progress of research in the use of ion-exchange method of industrial wastewater containing chromium, hexavalent chromium and other heavy metals and select industrial wastewater treatment technology is provided.
Keywords: ion exchange; industrial wastewater; heavy metals; hexavalent chromium; outlook
引言：随着现代工业的高速发展，工业废水的排放量日益增加，水质越来越复杂，其中
有些属于致癌、致畸或致突变的剧毒物质对人类危害极大。纵然污染日益复杂，科技发展速度也很快，废水处理技术日新月异。2011 年4 月初，我国首个“十二五”专项规划—《重金属污染综合防治“十二五”规划》获得国务院正式批复，防治规划力求控制 5 种重金属[1]。其中铬离子以其污染源和污染防治技术复杂，是国家重点控制的五大重金属污染物之一。在环境中铬主要以三价铬和六价铬形态存在，其中六价铬毒性大，致癌致畸变作用强，若水中六价铬的含量大于0.1 mg·L-1，就会对人体产生毒害作用[2]。废水的传统处理方法有氧化法、中和沉淀法、吸附离子交换法、膜处理技术、不溶性络合物法、电解法、气浮法和生物处理技术等，其中离子交换树脂处理废水的应用和研究备受关注[3]，本文主要以六
价铬离子为例综述离子交换树脂在废水处理中的应用及研究进展。离子交换树脂对废水中重金属离子的选择性分离, ,既可实现废水中重金属的去除,可以更好的实现废水中重金属离子的处理和回收。
[1]张琼, 程文娜, 武雅, 等. 重金属工业废水处理技术研究[J]. 广东化工, 2014, 41(2): 91-92.
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[3]陈锦绣, 李辉辉. 离子交换树脂处理重金属废水的研究进展[J]. 广州化工, 2013, 41(9): 44-45.
1.离子交换法在我国含铬工业废水处理和回收中的运用
1.1离子交换树脂的运用和发展动态
工业废水中含有重金属离子或氰化物等第一类污染物,其中有些属于致癌、致畸或致突变的剧毒物质,对人类危害极大。离子交换树脂法曾是我国工业废水治理中应用最广泛的技术之一。20世纪70年代中期上海光明电镀厂等首先应用离子交换树脂处理含铬废水,实现既除害、又可回收铬酸以及大量水得到循环回用的三重目的。此后,离子交换树脂法曾一度在我国大中城市的废水处理行业广泛应用。离子交换树脂主要用于回收重金属、贵金属和稀有金属，净化有毒物质，除去有机废水中的酸性或碱性的有机物质如酚、酸、胺等【EEE】。近年来,离子交换法因为其处理容量大,能够除去各种金属离子和酸根离子在工业废水处理中，处理水质好,可以回用,更越来越受到重视,已经成为处理工业重金属废水的主要方法之一。另外,随着电镀、电子等行业各种工艺的不断改革和废水治理技术的不断发展与成熟,重金属废水的全面治理对于技术、经济、管理等的要求也越来越高,致使单一的企业难以负担。
离子交换树脂法曾是我国电镀废水治理中应用最广泛的技术。1974 年, 大孔苯乙烯叔胺型弱碱性阴离子交换树脂研制成功, 被当时认为是电镀含铬废水处理技术的一大突破。到1980 年左右, 仅沈阳市就有100多家电镀厂采用树脂法除铬。上海市造船厂等企业采用强酸型阳离子交换树脂净化镀铬浓废液已有20 余年历史。某些厂家还采用阳离子交换树脂,处理镀锌、镀铜钝化液。其次树脂法处理含镍废水应用很广【FFF】。用丙烯酸型弱酸性阳离子交换树脂处理镀镍漂洗水,曾一度引起电镀界兴趣。据不完全统计, 1990 年以前, 只上海就有100 多家企业在使用该法。
工业废水治理模式也从单一的厂内治理(即分散治理)逐步形成了集中治理与分散治理并举共存的格局。目前,以离子交换为主体的集中治理在经济发达的沿海地区方兴未艾,引起了人们的普遍关注。较早的集中防治,可分为污染源区域集中治理和污染物集中处理处置两种形式,现今这两种形式又有合而互补的趋势。天津经济技术开发区电镀废水处理中心就是这种互补模式的一个较好的典范【AAA】。该中心以离子交换车载移动处理装置为核心,即可对分散的厂点进行先现场处理回用,后集中处置,又可对集中的厂点直接进行集中处理处置,充分显示了离子交换法集中处理的特长。该模式在国内尚属首创,具有国际先进水平。整个电镀废水处理中心的工艺流程示意图见图1。
[AAA]尔丽珠, 秦晓丹, 张惠源. 离子交换法移动处理重金属废水[J]. 电镀与精饰, 2012, 29(2): 48-51.
【EEE】陈秀芳. 离子交换法在废水处理中的应用[J]. 科技情报开发与经济, 2009, 14(7): 148-149.
【FFF】李健, 石凤林, 尔丽珠, 等. 离子交换法治理重金属电镀废水及发展动态[J]. 电镀与精饰, 2013, 25(6).
1.2离子交换技术和离子交换树脂的研究
1.21离子交换法的优势
目前处理重金属废水的方法主要有：化学沉淀法、离子交换法、电渗析法、反渗透法和吸附法。化学沉淀法目前应用较多，但该法产生的废渣量大，回收有价金属成本高，有毒物质处置费用高。电渗析法和反渗透法运行费用高，而且回收的溶液需要进行二级处理，不利于大容量和高浓度废水的处理。而离子交换技术处理量大，产出的污泥量少且能满足严格的排放标准，对重金属的选择性高，回收成本较低，因此在重金属废水的治理方法中，离子交换法越来越受到人们的重视。
1.22离子交换过程
离子交换法是利用重金属离子与离子交换树脂发生离子交换,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进行再生。再生是利用再生剂中的离子在浓度占绝对优势的情况下,将离子交换树脂上的离子洗脱下来,使离子交换树脂恢复其交换能力。【GGG】离子交换树脂的单元结构由三部分组成:不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。
离子交换过程可分为以下几个步骤【JJJ】: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，一般情况下，步骤①⑦速度相对较快，可忽略不计。步骤②⑥一般称为外扩散，步骤③⑤为内扩散，步骤④为离子交换化学反应。
【JJJ】陈锦绣, 李辉辉. 离子交换树脂处理重金属废水的研究进展[J]. 广州化工, 2013, 41(9): 44-45.
1.23用于处理含铬废水的离子交换树脂
含铬废水是电镀工业中数量最多的一种工业废水，据有关资料介绍，镀铬中所使用的铬酸，在镀件上沉积的只占10%【LLL】，其余都通过不同途径排放于废水中，因此，对含铬废水如不加处理，不仅是资源的极大浪费，而且也将对环境造成污染，严重危害人体健康。
废水中六价铬采用洛阳一家环保科技有限公司【KKK】生产的SI 系列高效无机骨架复合型离子交换树脂去除: