離子交換樹脂技術及其在廢水處理中的應用研究
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
含汞廢水是危害最大的工業廢水之一,離子交換樹脂法適用于處理濃度低而排放量大、含有毒金屬的廢水。配合硫化鈉明礬化學凝聚沉淀法作為二級處理,對低濃度含汞廢水可達到排放標準。浙江省洞山縣銅山制藥廠原先采用硫化鈉
明礬化學凝聚沉淀法處理紅汞生產中產生的含汞廢水。由于含汞廢水成分復雜,存在多種形態的汞化合物(有機汞、無機汞)、金屬汞以及其他有機物和離子,對酸化pH值和硫化鈉量不易控制,會使硫化汞形成整合物溶解,處理后廢水中汞濃度仍達0.05～0.5mg/L,很難達到排放標準。為了探索技術上先進、經濟上合理的治理途徑,葉一芳等通過多次實驗,并選用了離子交換樹脂法。經過近兩年來的運行表明:(1)用樹脂交換法除汞作為化學法的二級處理系統,能保證達到排放標準,且能實現封閉循環、連續穩定的運行,排放的廢水可作為冷卻水加以回用;(2)提高了生產能力,單位產品的成本降低,節約了治理費用;(3)應用樹脂交換法還能對廢水起到脫色作用,處理的水清晰透明。失效后的樹脂不再回收,作為汞廢渣回收汞,防止了二次污染。因此,應用離子交換法處理低濃度含汞廢水,有明顯的社會效益和經濟效益。
1．2．處理含銅廢水
工業排放廢水如有色冶煉、電鍍、化工、印染等行業的廢水中常含有銅。利用離子交換樹脂可以有效地除去廢水中的Cu2+,以達到高度凈化,并有利于資源的再生。張劍波等選用多種大孔強酸型離子交換樹脂用于吸附濃集含有機物廢水中的銅離子。通過測定各種樹脂對銅離子的去除率、不同銅離子濃度和溶液pH值對去除率的影響,以及各樹脂再生性能的比較,表明"爭光"樹脂、"強酸1號"樹脂與PK208樹脂有最為突出的性能,效果明顯優于其它幾種樹脂;其離子交換性能穩定,有良好的再生性。同時,對Cu2+的吸附去除能力完全可達到要求,凈化后的水中Cu2+濃度低于0.1mg/L,可用于含銅廢水的凈化處理。
1．3．處理含鉬廢水
上世紀60年代末期就有關于采用離子交換法從工業廢水中回收鉬的報導。迄今為止,離子交換法仍然是治理含鉬廢水的最主要方法。張建國在研究低價鉬酸聚合物的201×7強堿陰離子交換樹脂上的吸附機理后指出:低價鉬酸聚合物與樹脂的交換速度較鉬酸鹽慢得多。
究其原因,認為低價鉬酸聚合物主要以六聚合物與樹脂交換,而鉬酸鹽以四聚合物被吸附。且凝膠型樹脂的孔徑很小,故低價鉬酸聚合物在樹脂中的擴散阻力較大,導致交換速度較低。盡管低價鉬酸聚合物在樹脂上的吸附速度較慢,但鉬鹽占據著樹脂上的交換位置,與樹脂鍵合得更牢固,比吸附有鉬酸鹽的樹脂更難解吸。只有用氧化劑(如1mol/LHNO3)氧化后才能較快地解吸。由于在酸性條件下,Mo(VI)易被還原劑還原為低價鉬,而低價鉬酸聚合物不僅不易與樹脂進行交換,而且洗脫也比較麻煩。因此,應先除去待處理的含鉬廢水中的還原劑,其pH值最好調整到大于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
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
[1]葉一芳.應用離子交換樹脂法處理低濃度含汞廢水[J].環境污染與防治,1989,11(3):34-35.
[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]趙桂榮,張國維,白剛,等.季銨型樹脂吸附鉬機理研究[J]鈾礦冶,1987,6(4):23.
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