離子交換樹脂在廢水處理中的應用
【摘要】：離子交換樹脂在水處理領域已經得到了廣泛應用,文章介紹了離子交換樹脂以及其在廢水處理中的一些應用實例。比如其在含汞廢水，含銅廢水，有機廢水等的處理中的應用。離子交換樹脂法處理廢水具有可深度凈化、處理效率高和能實現多種金屬綜合回收的優點,在水處理領域必將得到更為深入的應用。
【關鍵詞】：廢水處理；離子交換樹脂；環境工程
離子交換樹脂是一種在交聯聚合物結構中含有離子交換基團的功能高分子材料。離子交換樹脂不溶于酸、堿溶液及各種有機溶劑,結構上屬于既不溶解、也不熔融的多孔性固體高分子物質。
1．離子交換樹脂在廢水處理中的應用研究
1．1．處理含汞廢水(shui)
含(han)(han)汞廢(fei)(fei)(fei)水(shui)是(shi)危害最大的 工業 廢(fei)(fei)(fei)水(shui)之一(yi),離子(zi)交換樹脂法適用于處(chu)理(li)濃(nong)度低而排(pai)放量大、含(han)(han)有毒(du)金屬的廢(fei)(fei)(fei)水(shui)。配(pei)合硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鈉明(ming)礬化(hua)(hua)(hua)學凝聚沉(chen)淀法作為二級處(chu)理(li),對低濃(nong)度含(han)(han)汞廢(fei)(fei)(fei)水(shui)可達到排(pai)放標準。浙江(jiang)省洞(dong)山縣(xian)銅山制藥廠原先采用硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鈉
明(ming)礬化(hua)學凝聚沉(chen)淀法(fa)處(chu)(chu)理(li)(li)紅汞(gong)(gong)(gong)生產(chan)中產(chan)生的含(han)汞(gong)(gong)(gong)廢(fei)(fei)(fei)水。由于(yu)含(han)汞(gong)(gong)(gong)廢(fei)(fei)(fei)水成(cheng)分復雜,存(cun)在(zai)多(duo)種形(xing)(xing)態的汞(gong)(gong)(gong)化(hua)合物(wu)(有機(ji)汞(gong)(gong)(gong)、無機(ji)汞(gong)(gong)(gong))、金屬汞(gong)(gong)(gong)以(yi)及其他有機(ji)物(wu)和離子(zi),對(dui)酸(suan)化(hua)pH值(zhi)和硫(liu)化(hua)鈉量不易控制,會使硫(liu)化(hua)汞(gong)(gong)(gong)形(xing)(xing)成(cheng)整(zheng)合物(wu)溶解(jie),處(chu)(chu)理(li)(li)后廢(fei)(fei)(fei)水中汞(gong)(gong)(gong)濃度(du)(du)仍達(da)0.05～0.5mg/L,很難達(da)到排(pai)放標準。為(wei)了(le)(le)探索技術上先進、 經濟 上合理(li)(li)的治(zhi)理(li)(li)途徑(jing),葉一(yi)芳等通過多(duo)次實驗(yan),并選用(yong)(yong)(yong)(yong)了(le)(le)離子(zi)交(jiao)換(huan)(huan)樹脂法(fa)。經過近兩年來的運行(xing)表明(ming):(1)用(yong)(yong)(yong)(yong)樹脂交(jiao)換(huan)(huan)法(fa)除汞(gong)(gong)(gong)作(zuo)為(wei)化(hua)學法(fa)的二(er)級處(chu)(chu)理(li)(li)系統,能保(bao)證(zheng)達(da)到排(pai)放標準,且(qie)能實現封閉循環、連續穩定(ding)的運行(xing),排(pai)放的廢(fei)(fei)(fei)水可作(zuo)為(wei)冷(leng)卻水加以(yi)回(hui)用(yong)(yong)(yong)(yong);(2)提高(gao)了(le)(le)生產(chan)能力,單位產(chan)品(pin)的成(cheng)本(ben)降低,節約了(le)(le)治(zhi)理(li)(li)費用(yong)(yong)(yong)(yong);(3)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)樹脂交(jiao)換(huan)(huan)法(fa)還(huan)能對(dui)廢(fei)(fei)(fei)水起到脫色作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong),處(chu)(chu)理(li)(li)的水清晰透明(ming)。失效(xiao)后的樹脂不再回(hui)收,作(zuo)為(wei)汞(gong)(gong)(gong)廢(fei)(fei)(fei)渣回(hui)收汞(gong)(gong)(gong),防止了(le)(le)二(er)次污染。因(yin)此,應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)離子(zi)交(jiao)換(huan)(huan)法(fa)處(chu)(chu)理(li)(li)低濃度(du)(du)含(han)汞(gong)(gong)(gong)廢(fei)(fei)(fei)水,有明(ming)顯的社會效(xiao)益和經濟效(xiao)益。
1．2．處理(li)含銅廢(fei)水
工業排放(fang)廢(fei)(fei)水如有(you)(you)色冶煉、電鍍、化(hua)工、印染(ran)等行(xing)業的(de)(de)(de)(de)(de)廢(fei)(fei)水中(zhong)(zhong)(zhong)常含(han)有(you)(you)銅。利(li)用(yong)(yong)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)樹(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)脂(zhi)可(ke)(ke)以有(you)(you)效地除(chu)去(qu)廢(fei)(fei)水中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)Cu2+,以達到高度凈化(hua),并有(you)(you)利(li)于(yu)(yu)資源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)再生(sheng)。張劍波等選用(yong)(yong)多種(zhong)大孔強(qiang)酸型離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)樹(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)脂(zhi)用(yong)(yong)于(yu)(yu)吸(xi)附濃(nong)集含(han)有(you)(you)機物廢(fei)(fei)水中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)銅離(li)子(zi)。通(tong)過(guo)測定各(ge)種(zhong)樹(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)脂(zhi)對(dui)銅離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率(lv)、不同(tong)銅離(li)子(zi)濃(nong)度和溶液pH值(zhi)對(dui)去(qu)除(chu)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響,以及各(ge)樹(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)脂(zhi)再生(sheng)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)比較(jiao),表明"爭光(guang)"樹(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)脂(zhi)、"強(qiang)酸1號"樹(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)脂(zhi)與PK208樹(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)脂(zhi)有(you)(you)最為突出的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能,效果明顯優于(yu)(yu)其它幾種(zhong)樹(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)脂(zhi);其離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)性(xing)能穩(wen)定,有(you)(you)良好的(de)(de)(de)(de)(de)再生(sheng)性(xing)。同(tong)時,對(dui)Cu2+的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)附去(qu)除(chu)能力完全可(ke)(ke)達到要(yao)求(qiu),凈化(hua)后的(de)(de)(de)(de)(de)水中(zhong)(zhong)(zhong)Cu2+濃(nong)度低于(yu)(yu)0.1mg/L,可(ke)(ke)用(yong)(yong)于(yu)(yu)含(han)銅廢(fei)(fei)水的(de)(de)(de)(de)(de)凈化(hua)處理。
1．3．處理含鉬(mu)廢水
上(shang)世紀60年(nian)代末(mo)期(qi)就有關(guan)于(yu)采用(yong)離子交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)法從工業廢(fei)水中回(hui)收鉬(mu)(mu)(mu)(mu)的(de)報導(dao)。迄今(jin)為止,離子交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)法仍然是(shi)治理含鉬(mu)(mu)(mu)(mu)廢(fei)水的(de)最主要(yao)方法。張(zhang)建國在研究低(di)價(jia)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)的(de)201×7強(qiang)堿(jian)陰離子交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)上(shang)的(de)吸(xi)(xi)附機(ji)理后指(zhi)出:低(di)價(jia)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)與(yu)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)的(de)交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)速(su)度較(jiao)(jiao)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)鹽(yan)慢(man)得多。究其(qi)原(yuan)因(yin),認為低(di)價(jia)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)主要(yao)以六(liu)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)與(yu)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)交(jiao)(jiao)換(huan)(huan),而鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)鹽(yan)以四聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)被吸(xi)(xi)附。且凝膠(jiao)型樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)的(de)孔徑很小,故低(di)價(jia)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)在樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)中的(de)擴散阻(zu)力較(jiao)(jiao)大(da),導(dao)致交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)速(su)度較(jiao)(jiao)低(di)。盡管低(di)價(jia)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)在樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)上(shang)的(de)吸(xi)(xi)附速(su)度較(jiao)(jiao)慢(man),但鉬(mu)(mu)(mu)(mu)鹽(yan)占據著樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)上(shang)的(de)交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)位置,與(yu)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)鍵合(he)(he)(he)得更牢固(gu),比吸(xi)(xi)附有鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)鹽(yan)的(de)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)更難解吸(xi)(xi)。只(zhi)有用(yong)氧(yang)化劑(如(ru)1mol/LHNO3)氧(yang)化后才能較(jiao)(jiao)快地解吸(xi)(xi)。由于(yu)在酸(suan)性條(tiao)件下(xia),Mo(VI)易被還(huan)原(yuan)劑還(huan)原(yuan)為低(di)價(jia)鉬(mu)(mu)(mu)(mu),而低(di)價(jia)鉬(mu)(mu)(mu)(mu)酸(suan)聚(ju)合(he)(he)(he)物(wu)不僅不易與(yu)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)進行交(jiao)(jiao)換(huan)(huan),而且洗脫也比較(jiao)(jiao)麻煩。因(yin)此,應先除去待處理的(de)含鉬(mu)(mu)(mu)(mu)廢(fei)水中的(de)還(huan)原(yuan)劑,其(qi)pH值最好調整到大(da)于(yu)7。
趙桂榮等研究了201×7強堿陰離子交換樹脂在純鉬酸溶液中吸附鉬的機理。研究結果表明,201×7強堿陰離子樹脂吸附鉬的過程是一個離子交換過程,吸附在樹脂上的鉬占有樹脂的交換基團。當含鉬溶液的pH>6.1時,鉬在溶液中主要以MoO4廣泛存在,并與氯型樹脂進行交換,當pH<3.5時,鉬主要以Mo8O26和更高聚合度的聚鉬酸鹽離子存在,并與樹脂進行交換。即使是高價鉬酸聚合物,在pH<3的條件下,樹脂吸附鉬的量和速度都大大降低。
1．4．其它(ta)
除上述之外,離子交換樹脂還在含鋅、含鈾、含鎘廢水等含有重金屬離子廢水分離和提純金屬方面有著廣泛的用途。劉寶敏等應用強酸性陽離子交換樹脂去除焦化廢水中的氨氮,系統考察了強酸性陽離子交換樹脂對高濃度焦化廢水中氨氮的吸附行為。實驗表明,強酸性陽離子交換樹脂對高濃度焦化廢水中氨氮具有吸附平衡快、吸附能力強的特點;應用樹脂脫除焦化廢水中氨氮,廢水流速在0.139～1.667mL/s范圍時,對廢水中氨氮吸附量和吸附率沒有明顯影響。樹脂失效后,經再生可反復使用。同時也對其吸附去除氨氮的機理進行了分析與闡述。
2．結語
離子交換樹脂法處理廢水是一種較為有效的處理方法,已有不少經驗可以借鑒。正如一項有用的治理技術總存在其適用范圍,離子交換法也有不足,如一次性投資高,操作要求及管理嚴格,有的還存在再生問題、樹脂的中毒和老化問題等。但有的問題已有相應的解決辦法,提高也是可以做到的。充分發揮離子交換法的回收功能,不僅能保護環境,而且在 經濟 效益方面極有優勢。因此,離子交換樹脂在水處理領域具有廣闊的 發展 空間,應加以重視。
參考文獻
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[2]張劍波,王維敬,祝樂.離子交換樹脂對有機廢水中銅離子的吸附[J].水處理技術,2001,27(1):29-32.
[3]趙桂(gui)榮,張國(guo)維,白剛,等.季銨型樹脂吸附鉬機理(li)研究(jiu)[J]鈾礦冶,1987,6(4):23.
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