【干货】解读废水处理中“离子交换法”

1、离子交换法的原理是什么?

离子交换是靠交换剂自身所带的能自由移动的离子与被处理的溶液中的离子之间的离子扩散来实现的。推动离子交换的动力是离子间的浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力，这就是离子交换的基本原理。

离子交换剂是实现交换功能的最基本物质，根据其材料性质可分为无机离子交换剂和有机离子交换剂，又可分为天然离子交换剂和人工离子交换剂。天然离子交换剂有粘土、沸石、褐煤等，人工合成天然离子交换剂有凝胶树脂、大孔树脂、吸附树脂、氧化还原树脂、螯合树脂等。按其交换能力又可分为强碱性树脂、弱碱性树脂、强酸性树脂、弱酸性树脂等多种类型。离子交换树脂实际上是由网状结构的高分子固体与附着在母体上的许多活性基团构成的不溶性高分子电解质。

2、离子交换法在废水处理中有哪些应用?

在废水处理中，离子交换法可用于去除废水中的某些有害物质，回收有价值化学品、重金属和稀有元素，或为了实现水资源的重复利用。主要用于处理电镀废水，如镀铬废水、镀镍废水、镀镉废水、镀金废水、镀银废水、镀锌废水、镀铜废水及含氰废水等，在胶片洗印废水中回收银、CD-2、CD-3等贵重化学药品，还可用于其他含铬废水、含镍废水和含汞废水、放射性废水的处理。

每升含铬数十至数百毫克的电镀废水首先经过过滤去除悬浮物，再经阳离子交换器除去金属离子，然后进入阴离子交换器除去Cr2O7-和Cr2O4- ，出水六价铬的含量小于0.5mg/L，还可作为清洗水循环使用。阴树脂用12%NaOH再生后，再生液含铬可高达17g/L，将此再生液H型阳离子交换器使Na2CrO4 转变成铬酸，再经蒸发浓缩7～8倍后，可返回电镀槽重新使用。

离子交换法处理电镀废水，第一个阳离子交换器的作用有两个，一是除去金属离子及杂质，减少对阴树脂的污染，因为重金属对树脂的氧化分解能起催化作用;二是降低pH值，使六价格以Cr2O7- 存在，因为阴树脂Cr2O7- 的选择性大于Cr2O4- 和其他阴离子的选择性，而且交换一个Cr2O7- 除去两个Cr6+，面交换一个Cr2O4- 只能除去一个Cr6+。由于Cr2O7- 是强氧化剂，容易引起树脂的氧化性破坏，因此一定要选用化学稳定性较好的强碱性树脂。

3、离子交换法的常用设施有哪些?

一个完整的离子交换系统由预处理、离子交换、树脂再生和电控仪表等单元组成，其中离子交换单元是系统的核心，通常所说的离子交换法的常用设备和装置其实是离子交换单元的形式、根据离子交换柱的构造、用途和运行方式，离子交换单元装置可分为固定床式离子交换体系和连续式离子交换体系两大类。

固定床式离子交换体系是指树脂的交换和再生过程是在同一设备内，在不同的时间内进行，即树脂再生时，离子交换程序就要停止运行。固定床依据不同使用要求和水力流向，又可分为：1.只装填一种树脂的单床或多床式;2.将装填阳树脂的离子交换柱和装填阴树脂的离子交换柱串联在一起的复合床式;3.依靠水流的作用力将树脂层托浮起来运行的浮动床式;4.在逆流再生固定床内，依据一定配比装填强、弱两种树脂(密度小、粒度细的弱树脂在上层，密度大、粒度粗的弱树脂在下层)的双层床式。

连续式离子交换体系是指把交换和再生过程在不同设备内同时进行，即交换过程可以连续进行。连续式离子交换体系可分为流动床和移动床。流动床内的树脂在装置内连续循环流动，失效树脂在流动过程中经再生清洗后恢复交换能力。移动床则是装置内的树脂星周期性移动，失效树脂在移动过程中经再生清洗后恢复交换能力，再定期定滋补充到交换柱顶端。

4、离子交换法运行管理应注意哪些事项?

(1)悬浮物和油脂：由于废水中的SS会堵塞树脂孔隙，油脂会将树脂颗粒包裹起来，影响离子交换的正常进行，因此必须对进水进行充分的预处理，降低其中的悬浮物和油脂类物质含淤，预处理可以使用过滤、气浮、澄清等方法。

(2)有机物：某些高分子有机物与树指活性基团的固定离子结合力很大，一旦结合就很难进行再生，进而影响树脂的再牛率和交换能力，例如废水中含有高分子有机酸时，高分有机酸与强碱性季胺基团的结合力就很大，很难洗脱下来。处理含有此类物质的废水时可选用低交联度的树脂，或者对废水进行预处理、将高分子有机物从水中去除。

(3)高价金属离子：Fe3+、Cr3+ 、AL3+ 等高价金属离子容易被树脂吸附，而且再生时难以洗脱，引起树脂中毒.使树脂的交换能力降低。树脂高铁中毒后，颜色会变深、此时可用高浓度酸长时间浸泡再生。

(4)pH值：强酸或强碱离子交换树脂的活性基团电离能力强，交换能力基本上与废水的pH值无关，但弱酸树指和弱碱树脂则分别需要在碱性条件和酸性条件下，才能发挥出较大的交换能力。因此，针对不同酸、碱废水，应该选用不同的交换树指;对于已经选定的交换树脂，可根据处理废水中离子的性质和树脂的特性，对废水进行pH值调整。

(5)水温：在一定范围内，水温升高可以加速离子交换的过程，但水温超过树脂的允许使用温度范围后，会导致树脂交换基团的分解和破坏。如果待处理废水的温度过高，必须进行降温处理。

(6)氧化剂：CL2、O2、Cr2O7- 等强氧化剂会引起树脂的氧化分解，导致活性基团的交换能力丧失和树脂固体母体的栏化，影响树脂的正常使用。因此，在处理含有强氧化剂的废水时，定要选用化学稳定性较好、交联度大的树脂，或加入适量的还原剂消除氧化剂的影响。

(7)电解质：交换树脂在高电解质浓度的情况下、由于渗透压的作用会导致树脂出现破碎现象，当处理含盐量浓度较高的废水时，应当选用交联度较大的树脂。