重金屬污染控制中的離子交換特點分析

朱光團(tuán)

（江門市新會區(qū)新綠環(huán)保實業(yè)發(fā)展總公司，廣東 江門 529100）

近年來我國工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)格，這是為了避免廢水中含有的致癌、致畸或致突變的劇毒物質(zhì)威脅人類安全，各行業(yè)對高效、經(jīng)濟(jì)的重金屬工業(yè)廢水處理技術(shù)的需求也因此不斷提升，離子交換技術(shù)的誕生與廣泛應(yīng)用便建立在這一背景下，而為了更深入了解該技術(shù)并實現(xiàn)技術(shù)的更高水平應(yīng)用，正是本文圍繞重金屬污染控制中離子交換特點開展具體研究的原因所在。

1 離子交換樹脂處理技術(shù)

離子交換樹脂處理技術(shù)是一種基于離子交換樹脂的處理技術(shù)，該技術(shù)能夠較好服務(wù)于水處理、食品工業(yè)、制藥工業(yè)、合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、濕法冶金等領(lǐng)域，重金屬污染控制屬于其常用領(lǐng)域。離子交換樹脂的表面積相對較大，孔隙密且多，這使得擁有相較于普通吸附劑10倍以上的使用效率，因此其能夠較好服務(wù)于廢水中的離子溶質(zhì)凈化，富含重金屬廢水的處理和回收屬于離子交換樹脂常用領(lǐng)域。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，離子交換樹脂具備吸附時間短、反應(yīng)速度快、吸附效率高、物理化學(xué)穩(wěn)定性高、具有一定機(jī)械強(qiáng)度等特點，基于離子交換樹脂的水軟化處理、除鹽處理同樣屬于離子交換樹脂處理技術(shù)的典型應(yīng)用[1]。

2 離子交換對重金屬離子的選擇性去除

（1）離子交換樹脂預(yù)處理。離子交換樹脂預(yù)處理需結(jié)合使用目標(biāo)實際針對性開展，預(yù)處理過程會受到直接影響。以回收工業(yè)廢水中的鉻為例，采用的離子交換樹脂型號為Amberlite IR 120，具體處理需首先使用1mol/L的NaOH和NaCl溶液浸泡離子交換樹脂3次，以此去除其內(nèi)部積存的化學(xué)沉積物，隨后使用1mol/L的HCL和NaCl浸泡，由此即可得到氫型樹脂和鈉型樹脂樣品，最后稱取1g鈉型樹脂或氫型樹脂，并在110℃高溫下干燥1h并承重，即可確定離子交換樹脂的濕度，保證其更好服務(wù)于收工業(yè)廢水中的鉻回收，重金屬工業(yè)廢水的金屬離子去除效率也能夠由此大幅提升。

（2）影響離子交換的因素。對于重金屬工業(yè)廢水的離子交換樹脂處理技術(shù)應(yīng)用來說，樹脂選型、pH值、內(nèi)部溶液濃度、樹脂用量、接觸時間、運行條件等因素均會對離子交換的開展與重金屬離子的去除造成直接影響。以數(shù)值選型為例，為保證離子交換樹脂較好服務(wù)于重金屬工業(yè)廢水處理，離子交換樹脂必須具備對需去除離子的較高選擇性，廢水處理過程中離子交換樹脂的抗有機(jī)物玷污、抗氧化性同樣需要得到重視。如需要去除重金屬工業(yè)廢水中的Cr3+，使用的離子交換樹脂必須對Cr3+具有較高選擇性，IRN97H、IRN77、SKN1、IR120等離子交換樹脂均可較好滿足重金屬工業(yè)廢水的Cr3+去除需要。為更好發(fā)揮離子交換樹脂處理技術(shù)的重金屬工業(yè)廢水處理優(yōu)勢，離子交換樹脂的選擇還需要重點考慮抗有機(jī)污染能力高、抗氧化性強(qiáng)、工作交換容量大、選擇性好的離子交換樹脂。

（3）重金屬離子的選擇性去除。以重金屬工業(yè)廢水中鉛的選擇性去除為例，可選用含有SO2-H+基團(tuán)陽離子交換樹脂，該離子交換樹脂對Pb2+離子存在交換容量大、選擇性高、吸附～解吸過程可逆性好等特點，在pH值為4區(qū)間～6區(qū)間時，氯化物體系溶液中的Pb2+離子可由含有SO2-H+基團(tuán)陽離子的弱堿性陰離子交換樹脂選擇性去除，交換樹脂處理技術(shù)的重金屬離子選擇性去除能力可見一斑。

3 重金屬污染控制中的離子交換特點

（1）基本特點。根據(jù)活性基團(tuán)的差異，離子交換樹脂可細(xì)分為氧化還原樹脂、兩性交換樹脂、陽交換樹脂、陰交換樹脂、螯合樹脂，而為了滿足重金屬工業(yè)廢水的處理需要，應(yīng)用的離子交換樹脂必須與需處理離子存在一定交聯(lián)度和一定交換容量，并同時具備不溶性、化學(xué)穩(wěn)定性特點。

結(jié)合上述分析，本文也將離子交換樹脂處理技術(shù)視作一種液相組份分離技術(shù)，且技術(shù)具備操作方便、效果突出、濃縮倍數(shù)較高、分離選擇性優(yōu)異特點，因此該技術(shù)能夠較好服務(wù)于重金屬工業(yè)廢水的重金屬離子去除，并能夠同時較好服務(wù)于物質(zhì)的分離。在基于離子交換樹脂處理技術(shù)的重金屬工業(yè)廢水處理中，基本處理流程可概括為：“①通過對流和擴(kuò)散使重金屬工業(yè)廢水中的重金屬離子到達(dá)離子交換樹脂表面的靜止液膜→②靜止液膜作用下重金屬離子擴(kuò)散到樹脂表面→③在樹脂內(nèi)部重金屬離子進(jìn)一步擴(kuò)散→④重金屬離子在擴(kuò)散后與離子交換樹脂可交換發(fā)生交換→⑤樹脂內(nèi)部交換下的離子開始擴(kuò)散→⑥通過靜止液膜交換下的離子擴(kuò)散進(jìn)入溶液→⑦交換下離子在溶液中對流、擴(kuò)散”，其中步驟4為離子交換化學(xué)反應(yīng)，步驟②與⑥為外擴(kuò)散，步驟③與⑤為內(nèi)擴(kuò)散，步驟①與⑦速度相對較快因此可忽略不計。

（2）再生與活化。除上述基本特點外，離子交換樹脂的再生與活化同樣屬于重金屬污染控制中離子交換樹脂處理技術(shù)特點。在離子交換樹脂處理技術(shù)的具體應(yīng)用中，應(yīng)用該方法進(jìn)行的重金屬工業(yè)廢水處理可實現(xiàn)處理水循環(huán)使用，并同時實現(xiàn)有用金屬離子的回收，洗脫液也能夠盡可能回槽使用，離子交換樹脂處理技術(shù)具備的優(yōu)勢和特點可見一斑。為保證離子交換樹脂處理技術(shù)再生與活化特點的最大化發(fā)揮，再生劑必須結(jié)合槽液成分針對性選擇，并保證槽液的要求能夠通過再生劑的用量和濃度控制得到滿足。以除鉻陰柱的再為例，應(yīng)選擇無Cl-汞槽堿，由此即可避免回收鉻酸中的Cl-過高，而除鎳弱酸陽樹脂的再生則較為適合選擇H2SO4，由此洗脫液純度的即可得到較好保障。而對于除鎳弱酸陽樹脂應(yīng)用Na2SO4再生處理來說，Na2SO4結(jié)晶可能在冬季低溫情況下出現(xiàn)的析出情況必須得到重視，因此離子交換樹脂的再生必須保證溶液溫度最低為50℃。值得注意的是，離子交換樹脂在離子交換樹脂處理技術(shù)的不斷應(yīng)用中均會出現(xiàn)交換容量有所下降情況，這種情況下重金屬工業(yè)廢水的處理中較為明顯，這是由于離子交換樹脂中會漸漸累積某些在再生中不易洗脫的高價離子，工作容量便會由此降低，因此必須對離子交換樹脂進(jìn)行活化處理，該處理可將受到污染的離子交換樹脂恢復(fù)至原來容量，上文中也涉及了活化相關(guān)內(nèi)容，一般情況下經(jīng)過活化的離子交換樹脂顏色、工作容量均會恢復(fù)至原有狀態(tài)。

4 結(jié)論

綜上所述，離子交換樹脂處理技術(shù)能夠較好服務(wù)于重金屬污染控制，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的離子交換樹脂預(yù)處理、影響離子交換的因素、重金屬離子的選擇性去除、再生與活化等內(nèi)容，則全方位展示了該技術(shù)在重金屬工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，而為了更好發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，樹脂用量、內(nèi)部溶液濃度、pH值的合理控制同樣需要得到重視。