离子交换法治理重金属电镀废水及发展动态探讨

马宪法　张蔚

摘要：指出了在离子交换树脂技术的不断改进下，离子交换法被越来越多地应用到废水处理中。详细介绍了近年来腐植酸物质、沸石、离子交换树脂、离子交换纤维等离子材料的发展，并探讨了离子交换治理技术在重金属电镀水中的应用以及未来的发展动态。

关键词：离子交换法；重金属电镀废水；发展动态

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）06-0027-02

1 引言

在电镀行业中，由于电镀会造成严重的污染，所以在积极探寻新工艺的同时，还需要合理的选用电镀废水治理技术。离子交换法的应用在对排放量大、浓度比较低的重金属废水处理中取得了良好的处理效果，是当前对电镀废水进行处理的一种主要措施。

2 离子交换法介绍

离子交换剂的不断发展，促进了离子交换法的应用和推广。从使用沸石对水进行软化到限制，离子交换剂的成分和类型都产生了巨大的变化，各种类型的离子交换剂不断出现，极大的促进了电镀行业中技术电镀的发展。而离子交换法主要是通过离子交换剂实现废水中有害物质的分离，在处理重金属电镀废水方面具有良好效果。当前比较常用的离子交换剂主要有以下几种。

2.1 腐植酸物质

腐植酸物质作为离子交换剂包括两种类型，一类是富含天然腐植酸的褐煤、泥煤和风化煤等；另一类是腐植酸系树脂，它是由腐酸植物质构成的。重金属废水处理所使用的腐植酸是从褐煤中提出的。目前，用腐植酸树脂已经有了比较先进的仪器和成功的经验，镀镍废水、镀铬废水和镀镉钝化废水都可以使用腐植酸树脂进行处理。

2.2 沸石

多种重金属的交换性能可以通过沸石体现出来，沸石可以当做大水量、低浓度电镀废水的交换机。由于沸石需要进行化学前处理，大面积制图却存在着很大的困难，因此在工业应用的时候，会有很大的难度。

2.3 离子交换树脂

20世纪70年代中期，最早使用离子交换树脂法处理含铬废水技术的是上海光明电镀厂，从此这项技术在我国得到普遍推广。使用离子交换树脂法对电镀废水进行处理的时候，出水水质非常的好，可以将有用物质重新回收再使用，有利于自动化的实现。离子交换树脂法的缺点就是树脂易于污染和氧化，需要有较高的预处理技术。

2.4 离子交换纤维

最近几年发展比较迅猛的离子交换新材料就是离子交换纤维，它在重金属废水处理的过程中得到普遍使用。比如，铵盐镀锌废水处理的时候就可以使用离子交换纤维。此外，日本研制成功的WRL200A季铵离子交换纤维对含铬废水处理以后，含铬废水溶液中铬的去除量达到80%。如今，国外不断研究新型的天然纤维来处理重金属废水，比如棕榈纤维和椰子壳对重金属有较强的吸附性；玉米棒子纤维可以较好的处理含铬废水。

3 离子交换组合处理技术与综合治理

电镀废水的种类多种多样，使用一种办法无法达到预期的经济效益和处理效果，因此多元组合技术得以出现。20世纪80年代，电镀废水综合治理在国内得到普遍应用，各种各样的先进技术频繁出现。电镀废水综合治理指的是以目前的处理技术为基础，设计出比较先进的综合治理体系，最终达到经济合理、环境保护和资源重复利用的目标。对于离子交换技术来说，树脂法是电镀工业上最普遍使用的办法，尤其是最近兴起的综合治理技术更加的关注改进电镀工序的整个过程，促使离子交换法的优点得到普遍认可。比较具有代表性的就是闭路循环治理技术，20世纪30年代开始研究这项技术，在1972年，美国最早提出“电镀废水零排放计划”。20世纪70年代中后期，日本和美国等国家逐渐研发出“闭路循环工序化”技术，这是一项组合技术，也就是“逆流漂洗-离子交换-蒸发浓缩”相结合，这项技术中离子交换技术所发挥的作用不可小觑。

离子交换树脂单元结构主要有3个构成部分，分别为连接骨架的功能基团、不溶性三维空间网状骨架以及功能基团带的相反的电荷可交换离子。在进行离子交换时，其基本步骤如下：①处于废水之中的金属离子经扩散和对流附着到静止液膜上，然后在扩散至树脂面上；②进一步扩散到树脂内部；③树脂上的可交换离子和扩散进入到树脂内部的金属离子产生交换；④离子交换后扩散在树脂内部，并从静止液膜经过后扩散到溶液中；⑤交换下的离子在溶液中出现扩散、对流。通常情况下，离子交换的快慢和以上步骤中最慢的布置有比较大的联系。

现以镀铜废水的处理方法为例，对离子交换法治理重金属电镀废水技术进行介绍。在电镀行业中，镀铜废水主要由漂洗槽产生的漂洗废水，金属离子浓度比较高，需要对废水进行处理以后才可以排放。研究证明：镀铜废水中含有比较多强碱性的络离子，需要使用算来将其碱性条件破坏，将络离子转变成铜离子，此时才可以进行阳柱交换，将破络的pH值确定为4～5，反应方程如下：

RCOOH+Cu²⁺+NH₃+NH₄OH→（RCOO）₂Cu+2H²⁺+NH₃+NH₄OH

废水从H型树脂通过，在使用H型树脂进行交换时，可以防止因NH₃和NH₄OH含量增大造成的交换液pH值变大，避免正在交换的NH₄⁺和Cu²⁺重新洛合，生成Cu（OH）₂沉淀，然后使用0.5 mol/L～1 mol/L的再生液顺流再生，通过双柱串联的方式保证树脂工作量，提高出水质量。

EDTA体系镀铜是一种对环境和施工人员危害很大的电镀工艺，同时会产生很多Cu—EDTA洛合废水，铜络阴离子主要存在形式为CuY^2-，游离的EDTA主要以CuY^2-和Y⁴⁺形式存在。此废水在从阴离子交换树脂经过的同时，会产生以下反应：

4RCL+Y^4-→R₄Y+4Cl¹（1）

3RCL+HY^3-→R₃HY+3Cl^-（2）

2RCL+CuY^2-→R₂CuY+2CuY^2-（3）

3R₂CuY+2HY^3-→2R₃HY+3CuY^2-（4）

再利用10%NaCl按照（1）、（2）、（3）式的逆反应再生，再生液中游离EDTA浓度峰值和Cu²⁺浓度峰值不会同时产生。所以可以得出，Cu-EDTA络合废水经过的树脂床层越高，再生液中EDTA和Cu峰值出现位置会更远，所以，可以使用多柱串联的方法，对游离的EDTA和Cu进行部分富集分离。

4 离子交换法发展动态

随着各项技术的不断成熟发展，电镀废水治理也逐渐形成了分散治理与集中治理相结合的形式。如今集中治理在经济发达的地区得到普遍认可，尤其是离子交换技术更是受到广大企业的青睐。最早的集中处置电镀污染的形式包括两种，即污染物集中处理处置和污染源区域集中治理，现在这两项技术融会贯通，相互补充，更好的为治理电镀废水污染作出贡献。使用这项技术的典型代表的地区就是天津经济技术开发区电镀废水处理中心，该中心的核心设备就是离子交换车载设备，不但可以对分散厂点实施先现场处理再集中处理，还可以对集中的厂点直接实施集中处理，这就将离子交换法集中处理的优势充分的发挥出来。该中心主要包含废水处理单元、电解单元、纯水单元、再生单元和以离子交换为主要内容的移动处理单元，将化学法、电解法和离子交换法有机地融合在一起，可以处理包含多种电镀废水的废液，比如包含镍、锌、铬、铜、铅和锡等重金属的电镀废水。经过处理以后的出水可以进行电镀漂洗，这样就会使废水处理设备的利用率得到明显的提高，使水资源得到较好的回收利用。纵观电镀废水治理技术的不断更新升级，不难发现离子交换技术在电镀废水处理的过程中起到非常重要的促进作用。

5 结语

综上所述，通过对离子交换技术的发展和电镀废水治理中的使用情况进行分析，可以发现离子交换技术具有以下的性能：去除有害重金属离子，从而符合日益严格的排放标准要求；化学处理结束以后，使用树脂交换脱盐技术提升废水处理质量；将废水中的有价值金属高效的回收利用；使水的利用率得到较大程度的提高，使水资源得到较好的节约；多道逆流漂洗结束以后，废水在净化时形成闭路循环体系。

伴随着新型大孔离子交换树脂法和离子交换连续化工艺的不断出现，离子交换法在高价金属盐类和电镀废水深度处理中的优势得到了较好的体现。未来离子交换技术还要不断改进，以促进设备自动化和定型化的发展，从而使其满足日益严格的排放标准。