离子交换法治理重金属电镀废水及发展动态

李健，石凤林，尔丽珠，张惠源

（天津经济技术开发区污水处理厂，天津 300457）

　　摘  要：较详尽地评述了近年来沸石、腐植酸物质、离子交换树脂、黄原酸酯、离子交换纤维等各种离子交换材料的发展。离子交换技术在治理重金属电镀废水中的应用和在各种组合处理技术中的应用研究现状与发展趋势。

　　关键词：离子交换；电镀废水；重金属

　　1 前言

　　电镀因污染严重，1994年被我国政府列为25种限制发展的行业之一。因此，电镀界在不断开拓新工艺的同时，都在致力于电镀废水治理技术的应用研究。其中离子交换法适用于处理浓度低而排放量大的重金属废水，在电镀废水处理中已得到了极其广泛的应用。尤其是近年来，人们的兴趣越来越集中在对电镀废水进行再生和回收处理上，离子交换法因其处理水质好，出水可以回用，已成为深度处理电镀废水的主要方法之一。

　　2 离子交换剂及其在电镀工业中的应用

　　离子交换剂的种类很多，20世纪初沸石即开始应用于水的软化；20世纪30年代出现了磺化煤；1945年英国人Adams和Holmas合成离子交换树脂并被广泛应用。近年来，纤维素物质开始受到青睐；而各种水处理剂更是不断推陈出新。

　　2.1 沸石

　　沸石对多种重金属都具有良好的交换性能，是处理低浓度、大水量电镀废水较好的交换剂^[1,2]。国内利用斜发沸石处理重金属废水已有成功经验和定型设备。但是，因为沸石需化学前处理，且大面积制备困难，使其工业应用有一定的难度。

　　2.2 腐植酸物质

　　用作离子交换剂的腐殖酸类物质有两类，一类是天然富含腐殖酸的风化煤、泥煤、褐煤等^[2~9]；另一类是用富含腐殖酸的物质做成的腐殖酸系树脂。

　　从褐煤提取腐殖酸用于重金属废水处理有一定实用价值。尤其是褐煤腐殖酸用于电镀废水治理的应用已有报导。如用腐殖酸处理含铅废水，饱和交换容量达到340 mg/g。

　　腐植酸树脂在处理电镀工业废水方面已有成功的经验和设备。可用腐殖酸树脂处理镀镉钝化废水、镀铬废水、镀镍废水等。

　　2.3 离子交换树脂

　　离子交换树脂法曾是我国电镀废水治理中应用最广泛的技术。20世纪70年代中期，上海光明电镀厂首先用离子交换树脂处理含铬废水。此后树脂法曾一度在我国电镀行业广泛应用。

　　我国树脂法处理含铬废水始于20世纪70年代。1974年，大孔苯乙烯叔胺型弱碱性阴离子交换树脂研制成功，被当时认为是电镀含铬废水处理技术的一大突破。到1980年左右，仅沈阳市就有100多家电镀厂家采用树脂法除铬。上海市造船厂等企业采用强酸型阴离子交换树脂净化镀铬浓废液已有20余年历史。某些厂家还采用阳离子交换树脂，处理镀锌、镀铜钝化液。

　　其次，树脂法处理含镍废水应用很广。用丙烯酸型弱酸性阳离子交换树脂处理镀镍漂洗水，曾一度引起电镀界的兴趣。据不完全统计，1990年以前，只上海就有100多家企业在使用该法。

　　工业上采用离子交换树脂处理含锌废水也比较成熟。H型、Na型离子交换柱交替处理碱性、酸性含锌废水，基本可实现闭路循环；在日本，电镀含锌废水用强酸阳树脂处理后可返槽再用，日本还有专利，对镀锌工业中含氰废水用树脂处理后，出水中氰、锌均降至1 mg/L。

　　离子交换树脂除铜效果也颇佳。用树脂法处理含高浓度氨的铜漂洗液已见报道。也有工厂采用弱酸性阳离子交换树脂处理酸性硫酸盐镀铜漂洗废水。有些企业用强碱性阴离子交换树脂处理焦磷酸盐镀铜废水，使部分水循环利用。

　　离子交换树脂处理贵金属废水的经济效益最为显著。国内已有厂家成功地用“丙酮－盐酸－水”混合液进行树脂洗脱并回收金。张笠等采用NK－SA型树脂，循环复用处理镀金废液。其次，树脂法广泛用于银的回收。用该法处理含银电镀漂洗水时，银可被完全回收。

　　离子交换树脂法处理电镀废水，出水水质好，可回收有用物质，便于实现自动化。此法的缺点是树脂易被氧化和污染，对预处理要求较高。

　　2.4 黄原酸酯（改性淀粉）

　　1976年美国率先研制了重金属离子脱除剂－不溶性淀粉黄原酸酯ISX以后，相继出现了各种ISX。ISX可一次处理多种重金属，在国外广泛应用，国内也正在开发其在治理电镀废水中的应用。如，用ISX对电镀废水中的铜进行治理，脱除率大于99%；ISX处理电镀含镍废水，镍残存质量浓度小于0.2 mg/L；用ISX还可直接处理含铬电镀废水，实现达标排放。

　　2.5 离子交换纤维

　　离子交换纤维是近年来发展较快的一种离子交换新材料，可用于重金属废水处理领域。如用离子交换纤维处理铵盐镀锌废水，能回收部分锌；另日本研制的WRL 200A季铵离子交换纤维，对铬的质量浓度42 ~ 25 mg/L的溶液去除率达90%。

　　近年来国外开始研究一些天然纤维素，如玉米棒子能有效去除废水中的铬；椰子壳和棕榈纤维经处理后，对重金属有较强的吸附能力。

　　3 综合治理与离子交换组合处理技术

　　电镀废水种类繁多，单独采用一种治理方法往往达不到理想的处理效果或经济效益。所以多元组合处理技术应运而生。国内从20世纪80年代开始出现电镀废水组合治理技术后，各种组合技术层出不穷。延续至近几年，不但由单元处理技术逐步向多元组合处理技术发展；而且开始由工艺改革、回收利用和闭路循环进一步向综合治理方向发展。电镀废水综合治理的含义，就是以现有废水处理方法为基础，设计一套完整的综合处理系统，最终实现资源利用、环境保护、经济合理的目的。

　　就离子交换技术而言，在电镀工业上使用最普遍的是树脂法。特别是在电镀废水治理进入多元综合治理阶段，该法更加受到专家的青睐。尤其是近年综合治理技术更注重电镀工序的全过程改进，使离子交换法的优势得到了更好的体现。比较典型的就是（部分）闭路循环治理技术。该技术的研究始于20世纪30年代，用于20世纪70年代，最早是美国于1972年提出“电镀废水零排放计划”。70年代中后期，美国、日本等的电镀逐步向零排放的“闭路循环工序化”发展，即逆流漂洗－离子交换－蒸发浓缩的组合工艺。到了20世纪80年代，国内也出现了类似工艺，大多数自动镀铬生产线都采用了“逆流漂洗－蒸发浓缩－离子交换”组合技术，其间离子交换技术的加入起到了不容忽视的作用。

　　随着各种组合技术的不断发展与成熟，电镀废水治理模式也从单一的厂内治理（即分散治理）逐步形成了集中治理与分散治理并举共存的格局。今天，以离子交换为主体的集中治理在经济发达的沿海地区方兴未艾，引起了人们的普遍关注。较早的电镀污染集中防治，可分为污染源区域集中治理和污染物集中处理处置两种形式，现今这两种形式又有合而互补的趋势。天津经济技术开发区电镀废水处理中心就是这种互补模式的一个较好的典范。该中心以离子交换车载装置为核心，既可对分散的厂点进行先现场处理回用后集中处置，又可对集中的厂点直接进行集中处理处置，充分显示了离子交换法集中处理的特长。该中心主要包括以离子交换为主的移动处理单元、再生单元、纯水单元以及电解单元、废水处理单元等。实现了离子交换法与电解法、化学法的完美结合，可处理含锡、铅、铜、铬、锌、镍等重金属的多种电镀废水废液。处理后的出水可回用于电镀漂洗，大大提高了废水处理设备的利用率，便于水资源有效回用。

　　总之，从早期电镀废水单一治理、达标排放，直至近年以优化组合技术为特征的电镀废水综合治理，离子交换技术始终扮演着举足轻重的脚色。

　　4 总结

　　纵观离子交换技术的发展历史及其在电镀废水治理中的应用现状，离子交换法的主要功能有：① 去除各种有害重金属离子，以应付今后将日趋严格的排放标准；② 脱盐用，如化学法处理后，再经树脂交换脱盐作末道把关；③ 回收废水中的有价金属，如金、银、铜、镍、铬等；④ 提高水的循环利用率，节约日益匮乏的水资源；⑤ 在多道逆流漂洗后，用于废水净化形成闭路循环。

　　随着离子交换连续化工艺和新型大孔离子交换树脂的不断涌现，在电镀废水深度处理、高价金属盐类的回收等方面，离子交换法越来越展现出其它方法难以匹敌的优势。为了提高水的循环利用率和符合日趋严格的排放标准，预期离子交换的应用还会有某种程度的扩大，设备设计也将走向定型化、自动化和微机控制。

　　参考文献（略）