李健，石鳳林，爾麗珠，張惠源

（天津經濟技術開發區污水處理廠，天津 300457）

　　摘  要：較詳盡地評述了近年來沸石、腐植酸物質、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展。離子交換技術在治理重金屬電鍍廢水中的應用和在各種組合處理技術中的應用研究現狀與發展趨勢。

　　關鍵詞：離子交換；電鍍廢水；重金屬

　　1 前言

　　電鍍因污染嚴重，1994年被我國政府列為25種限制發展的行業之一。因此，電鍍界在不斷開拓新工藝的同時，都在致力于電鍍廢水治理技術的應用研究。其中離子交換法適用于處理濃度低而排放量大的重金屬廢水，在電鍍廢水處理中已得到了極其廣泛的應用。尤其是近年來，人們的興趣越來越集中在對電鍍廢水進行再生和回收處理上，離子交換法因其處理水質好，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中的應用

　　離子交換劑的種類很多，20世紀初沸石即開始應用于水的軟化；20世紀30年代出現了磺化煤；1945年英國人Adams和Holmas合成離子交換樹脂并被廣泛應用。近年來，纖維素物質開始受到青睞；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]。國內利用斜發沸石處理重金屬廢水已有成功經驗和定型設備。但是，因為沸石需化學前處理，且大面積制備困難，使其工業應用有一定的難度。

　　2.2 腐植酸物質

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

　　從褐煤提取腐殖酸用于重金屬廢水處理有一定實用價值。尤其是褐煤腐殖酸用于電鍍廢水治理的應用已有報導。如用腐殖酸處理含鉛廢水，飽和交換容量達到340 mg/g。

　　腐植酸樹脂在處理電鍍工業廢水方面已有成功的經驗和設備。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電鍍廢水治理中應用最廣泛的技術。20世紀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電鍍行業廣泛應用。

　　我國樹脂法處理含鉻廢水始于20世紀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，被當時認為是電鍍含鉻廢水處理技術的一大突破。到1980年左右，僅沈陽市就有100多家電鍍廠家采用樹脂法除鉻。上海市造船廠等企業采用強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用很廣。用丙烯酸型弱酸性陽離子交換樹脂處理鍍鎳漂洗水，曾一度引起電鍍界的興趣。據不完全統計，1990年以前，只上海就有100多家企業在使用該法。

　　工業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，基本可實現閉路循環；在日本，電鍍含鋅廢水用強酸陽樹脂處理后可返槽再用，日本還有專利，對鍍鋅工業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報道。也有工廠采用弱酸性陽離子交換樹脂處理酸性硫酸鹽鍍銅漂洗廢水。有些企業用強堿性陰離子交換樹脂處理焦磷酸鹽鍍銅廢水，使部分水循環利用。

　　離子交換樹脂處理貴金屬廢水的經濟效益最為顯著。國內已有廠家成功地用“丙酮－鹽酸－水”混合液進行樹脂洗脫并回收金。張笠等采用NK－SA型樹脂，循環復用處理鍍金廢液。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，銀可被完全回收。

　　離子交換樹脂法處理電鍍廢水，出水水質好，可回收有用物質，便于實現自動化。此法的缺點是樹脂易被氧化和污染，對預處理要求較高。

　　2.4 黃原酸酯（改性淀粉）

　　1976年美國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，相繼出現了各種ISX。ISX可一次處理多種重金屬，在國外廣泛應用，國內也正在開發其在治理電鍍廢水中的應用。如，用ISX對電鍍廢水中的銅進行治理，脫除率大于99%；ISX處理電鍍含鎳廢水，鎳殘存質量濃度小于0.2 mg/L；用ISX還可直接處理含鉻電鍍廢水，實現達標排放。

　　2.5 離子交換纖維

　　離子交換纖維是近年來發展較快的一種離子交換新材料，可用于重金屬廢水處理領域。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，對鉻的質量濃度42 ~ 25 mg/L的溶液去除率達90%。

　　近年來國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處理后，對重金屬有較強的吸附能力。

　　3 綜合治理與離子交換組合處理技術

　　電鍍廢水種類繁多，單獨采用一種治理方法往往達不到理想的處理效果或經濟效益。所以多元組合處理技術應運而生。國內從20世紀80年代開始出現電鍍廢水組合治理技術后，各種組合技術層出不窮。延續至近幾年，不但由單元處理技術逐步向多元組合處理技術發展；而且開始由工藝改革、回收利用和閉路循環進一步向綜合治理方向發展。電鍍廢水綜合治理的含義，就是以現有廢水處理方法為基礎，設計一套完整的綜合處理系統，最終實現資源利用、環境保護、經濟合理的目的。

　　就離子交換技術而言，在電鍍工業上使用最普遍的是樹脂法。特別是在電鍍廢水治理進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更注重電鍍工序的全過程改進，使離子交換法的優勢得到了更好的體現。比較典型的就是（部分）閉路循環治理技術。該技術的研究始于20世紀30年代，用于20世紀70年代，最早是美國于1972年提出“電鍍廢水零排放計劃”。70年代中后期，美國、日本等的電鍍逐步向零排放的“閉路循環工序化”發展，即逆流漂洗－離子交換－蒸發濃縮的組合工藝。到了20世紀80年代，國內也出現了類似工藝，大多數自動鍍鉻生產線都采用了“逆流漂洗－蒸發濃縮－離子交換”組合技術，其間離子交換技術的加入起到了不容忽視的作用。

　　隨著各種組合技術的不斷發展與成熟，電鍍廢水治理模式也從單一的廠內治理（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濟發達的沿海地區方興未艾，引起了人們的普遍關注。較早的電鍍污染集中防治，可分為污染源區域集中治理和污染物集中處理處置兩種形式，現今這兩種形式又有合而互補的趨勢。天津經濟技術開發區電鍍廢水處理中心就是這種互補模式的一個較好的典范。該中心以離子交換車載裝置為核心，既可對分散的廠點進行先現場處理回用后集中處置，又可對集中的廠點直接進行集中處理處置，充分顯示了離子交換法集中處理的特長。該中心主要包括以離子交換為主的移動處理單元、再生單元、純水單元以及電解單元、廢水處理單元等。實現了離子交換法與電解法、化學法的完美結合，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、達標排放，直至近年以優化組合技術為特征的電鍍廢水綜合治理，離子交換技術始終扮演著舉足輕重的腳色。

　　4 總結

　　縱觀離子交換技術的發展歷史及其在電鍍廢水治理中的應用現狀，離子交換法的主要功能有：① 去除各種有害重金屬離子，以應付今后將日趨嚴格的排放標準；② 脫鹽用，如化學法處理后，再經樹脂交換脫鹽作末道把關；③ 回收廢水中的有價金屬，如金、銀、銅、鎳、鉻等；④ 提高水的循環利用率，節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。

　　隨著離子交換連續化工藝和新型大孔離子交換樹脂的不斷涌現，在電鍍廢水深度處理、高價金屬鹽類的回收等方面，離子交換法越來越展現出其它方法難以匹敵的優勢。為了提高水的循環利用率和符合日趨嚴格的排放標準，預期離子交換的應用還會有某種程度的擴大，設備設計也將走向定型化、自動化和微機控制。

　　參考文獻（略）