李健，石鳳林，爾麗珠，張惠源

（天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠，天津 300457）

　　摘  要：較詳盡地評(píng)述了近年來(lái)沸石、腐植酸物質(zhì)、離子交換樹脂、黃原酸酯、離子交換纖維等各種離子交換材料的發(fā)展。離子交換技術(shù)在治理重金屬電鍍廢水中的應(yīng)用和在各種組合處理技術(shù)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。

　　關(guān)鍵詞：離子交換；電鍍廢水；重金屬

　　1 前言

　　電鍍因污染嚴(yán)重，1994年被我國(guó)政府列為25種限制發(fā)展的行業(yè)之一。因此，電鍍界在不斷開拓新工藝的同時(shí)，都在致力于電鍍廢水治理技術(shù)的應(yīng)用研究。其中離子交換法適用于處理濃度低而排放量大的重金屬?gòu)U水，在電鍍廢水處理中已得到了極其廣泛的應(yīng)用。尤其是近年來(lái)，人們的興趣越來(lái)越集中在對(duì)電鍍廢水進(jìn)行再生和回收處理上，離子交換法因其處理水質(zhì)好，出水可以回用，已成為深度處理電鍍廢水的主要方法之一。

　　2 離子交換劑及其在電鍍工業(yè)中的應(yīng)用

　　離子交換劑的種類很多，20世紀(jì)初沸石即開始應(yīng)用于水的軟化；20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了磺化煤；1945年英國(guó)人Adams和Holmas合成離子交換樹脂并被廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，纖維素物質(zhì)開始受到青睞；而各種水處理劑更是不斷推陳出新。

　　2.1 沸石

　　沸石對(duì)多種重金屬都具有良好的交換性能，是處理低濃度、大水量電鍍廢水較好的交換劑^[1,2]。國(guó)內(nèi)利用斜發(fā)沸石處理重金屬?gòu)U水已有成功經(jīng)驗(yàn)和定型設(shè)備。但是，因?yàn)榉惺杌瘜W(xué)前處理，且大面積制備困難，使其工業(yè)應(yīng)用有一定的難度。

　　2.2 腐植酸物質(zhì)

　　用作離子交換劑的腐殖酸類物質(zhì)有兩類，一類是天然富含腐殖酸的風(fēng)化煤、泥煤、褐煤等^[2~9]；另一類是用富含腐殖酸的物質(zhì)做成的腐殖酸系樹脂。

　　從褐煤提取腐殖酸用于重金屬?gòu)U水處理有一定實(shí)用價(jià)值。尤其是褐煤腐殖酸用于電鍍廢水治理的應(yīng)用已有報(bào)導(dǎo)。如用腐殖酸處理含鉛廢水，飽和交換容量達(dá)到340 mg/g。

　　腐植酸樹脂在處理電鍍工業(yè)廢水方面已有成功的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備。可用腐殖酸樹脂處理鍍鎘鈍化廢水、鍍鉻廢水、鍍鎳廢水等。

　　2.3 離子交換樹脂

　　離子交換樹脂法曾是我國(guó)電鍍廢水治理中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。20世紀(jì)70年代中期，上海光明電鍍廠首先用離子交換樹脂處理含鉻廢水。此后樹脂法曾一度在我國(guó)電鍍行業(yè)廣泛應(yīng)用。

　　我國(guó)樹脂法處理含鉻廢水始于20世紀(jì)70年代。1974年，大孔苯乙烯叔胺型弱堿性陰離子交換樹脂研制成功，被當(dāng)時(shí)認(rèn)為是電鍍含鉻廢水處理技術(shù)的一大突破。到1980年左右，僅沈陽(yáng)市就有100多家電鍍廠家采用樹脂法除鉻。上海市造船廠等企業(yè)采用強(qiáng)酸型陰離子交換樹脂凈化鍍鉻濃廢液已有20余年歷史。某些廠家還采用陽(yáng)離子交換樹脂，處理鍍鋅、鍍銅鈍化液。

　　其次，樹脂法處理含鎳廢水應(yīng)用很廣。用丙烯酸型弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂處理鍍鎳漂洗水，曾一度引起電鍍界的興趣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1990年以前，只上海就有100多家企業(yè)在使用該法。

　　工業(yè)上采用離子交換樹脂處理含鋅廢水也比較成熟。H型、Na型離子交換柱交替處理堿性、酸性含鋅廢水，基本可實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)；在日本，電鍍含鋅廢水用強(qiáng)酸陽(yáng)樹脂處理后可返槽再用，日本還有專利，對(duì)鍍鋅工業(yè)中含氰廢水用樹脂處理后，出水中氰、鋅均降至1 mg/L。

　　離子交換樹脂除銅效果也頗佳。用樹脂法處理含高濃度氨的銅漂洗液已見(jiàn)報(bào)道。也有工廠采用弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂處理酸性硫酸鹽鍍銅漂洗廢水。有些企業(yè)用強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂處理焦磷酸鹽鍍銅廢水，使部分水循環(huán)利用。

　　離子交換樹脂處理貴金屬?gòu)U水的經(jīng)濟(jì)效益最為顯著。國(guó)內(nèi)已有廠家成功地用“丙酮－鹽酸－水”混合液進(jìn)行樹脂洗脫并回收金。張?bào)业炔捎肗K－SA型樹脂，循環(huán)復(fù)用處理鍍金廢液。其次，樹脂法廣泛用于銀的回收。用該法處理含銀電鍍漂洗水時(shí)，銀可被完全回收。

　　離子交換樹脂法處理電鍍廢水，出水水質(zhì)好，可回收有用物質(zhì)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。此法的缺點(diǎn)是樹脂易被氧化和污染，對(duì)預(yù)處理要求較高。

　　2.4 黃原酸酯（改性淀粉）

　　1976年美國(guó)率先研制了重金屬離子脫除劑－不溶性淀粉黃原酸酯ISX以后，相繼出現(xiàn)了各種ISX。ISX可一次處理多種重金屬，在國(guó)外廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也正在開發(fā)其在治理電鍍廢水中的應(yīng)用。如，用ISX對(duì)電鍍廢水中的銅進(jìn)行治理，脫除率大于99%；ISX處理電鍍含鎳廢水，鎳殘存質(zhì)量濃度小于0.2 mg/L；用ISX還可直接處理含鉻電鍍廢水，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

　　2.5 離子交換纖維

　　離子交換纖維是近年來(lái)發(fā)展較快的一種離子交換新材料，可用于重金屬?gòu)U水處理領(lǐng)域。如用離子交換纖維處理銨鹽鍍鋅廢水，能回收部分鋅；另日本研制的WRL 200A季銨離子交換纖維，對(duì)鉻的質(zhì)量濃度42 ~ 25 mg/L的溶液去除率達(dá)90%。

　　近年來(lái)國(guó)外開始研究一些天然纖維素，如玉米棒子能有效去除廢水中的鉻；椰子殼和棕櫚纖維經(jīng)處理后，對(duì)重金屬有較強(qiáng)的吸附能力。

　　3 綜合治理與離子交換組合處理技術(shù)

　　電鍍廢水種類繁多，單獨(dú)采用一種治理方法往往達(dá)不到理想的處理效果或經(jīng)濟(jì)效益。所以多元組合處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)電鍍廢水組合治理技術(shù)后，各種組合技術(shù)層出不窮。延續(xù)至近幾年，不但由單元處理技術(shù)逐步向多元組合處理技術(shù)發(fā)展；而且開始由工藝改革、回收利用和閉路循環(huán)進(jìn)一步向綜合治理方向發(fā)展。電鍍廢水綜合治理的含義，就是以現(xiàn)有廢水處理方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一套完整的綜合處理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)資源利用、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理的目的。

　　就離子交換技術(shù)而言，在電鍍工業(yè)上使用最普遍的是樹脂法。特別是在電鍍廢水治理進(jìn)入多元綜合治理階段，該法更加受到專家的青睞。尤其是近年綜合治理技術(shù)更注重電鍍工序的全過(guò)程改進(jìn)，使離子交換法的優(yōu)勢(shì)得到了更好的體現(xiàn)。比較典型的就是（部分）閉路循環(huán)治理技術(shù)。該技術(shù)的研究始于20世紀(jì)30年代，用于20世紀(jì)70年代，最早是美國(guó)于1972年提出“電鍍廢水零排放計(jì)劃”。70年代中后期，美國(guó)、日本等的電鍍逐步向零排放的“閉路循環(huán)工序化”發(fā)展，即逆流漂洗－離子交換－蒸發(fā)濃縮的組合工藝。到了20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了類似工藝，大多數(shù)自動(dòng)鍍鉻生產(chǎn)線都采用了“逆流漂洗－蒸發(fā)濃縮－離子交換”組合技術(shù)，其間離子交換技術(shù)的加入起到了不容忽視的作用。

　　隨著各種組合技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，電鍍廢水治理模式也從單一的廠內(nèi)治理（即分散治理）逐步形成了集中治理與分散治理并舉共存的格局。今天，以離子交換為主體的集中治理在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)方興未艾，引起了人們的普遍關(guān)注。較早的電鍍污染集中防治，可分為污染源區(qū)域集中治理和污染物集中處理處置兩種形式，現(xiàn)今這兩種形式又有合而互補(bǔ)的趨勢(shì)。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)電鍍廢水處理中心就是這種互補(bǔ)模式的一個(gè)較好的典范。該中心以離子交換車載裝置為核心，既可對(duì)分散的廠點(diǎn)進(jìn)行先現(xiàn)場(chǎng)處理回用后集中處置，又可對(duì)集中的廠點(diǎn)直接進(jìn)行集中處理處置，充分顯示了離子交換法集中處理的特長(zhǎng)。該中心主要包括以離子交換為主的移動(dòng)處理單元、再生單元、純水單元以及電解單元、廢水處理單元等。實(shí)現(xiàn)了離子交換法與電解法、化學(xué)法的完美結(jié)合，可處理含錫、鉛、銅、鉻、鋅、鎳等重金屬的多種電鍍廢水廢液。處理后的出水可回用于電鍍漂洗，大大提高了廢水處理設(shè)備的利用率，便于水資源有效回用。

　　總之，從早期電鍍廢水單一治理、達(dá)標(biāo)排放，直至近年以優(yōu)化組合技術(shù)為特征的電鍍廢水綜合治理，離子交換技術(shù)始終扮演著舉足輕重的腳色。

　　4 總結(jié)

　　縱觀離子交換技術(shù)的發(fā)展歷史及其在電鍍廢水治理中的應(yīng)用現(xiàn)狀，離子交換法的主要功能有：① 去除各種有害重金屬離子，以應(yīng)付今后將日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)；② 脫鹽用，如化學(xué)法處理后，再經(jīng)樹脂交換脫鹽作末道把關(guān)；③ 回收廢水中的有價(jià)金屬，如金、銀、銅、鎳、鉻等；④ 提高水的循環(huán)利用率，節(jié)約日益匱乏的水資源；⑤ 在多道逆流漂洗后，用于廢水凈化形成閉路循環(huán)。

　　隨著離子交換連續(xù)化工藝和新型大孔離子交換樹脂的不斷涌現(xiàn)，在電鍍廢水深度處理、高價(jià)金屬鹽類的回收等方面，離子交換法越來(lái)越展現(xiàn)出其它方法難以匹敵的優(yōu)勢(shì)。為了提高水的循環(huán)利用率和符合日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)期離子交換的應(yīng)用還會(huì)有某種程度的擴(kuò)大，設(shè)備設(shè)計(jì)也將走向定型化、自動(dòng)化和微機(jī)控制。

　　參考文獻(xiàn)（略）