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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,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。
离子交换法处理含铬废水交换反应
任何离子交换反应都有三个特征:
①和其他化学反应一样服从当量定律,即以等当量进行交换;
②是一种可逆反应,遵循质量作用定律;
③交换剂具有选择性。交换剂上的交换离子先和交换势大的离子交换。
在常温和低浓度时,阳离子价数愈高,交换势愈大;同价离子则原子序数愈大,交换势愈大。
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。
离子交换法处理含铬废水
离子交换法处理镀铬的清洗水,可以做到水的循环利用和铬酸的回收利用。但要求六价铬离子浓度不宜大于200mg/L,另外镀黑铬和镀含氟铬的清洗废水不宜采用离子交换法进行处理。离子交换法处理镀铬清洗废水可采用三阴柱申联全饱和工艺流程。
含铬废水主要含有以铬酸根离子(CrO2-)和重铬酸根离子(Cr2O;)形式存在的六价铬。废水经过滤柱预处理后,经阳柱去除废水中的阳离子(M"*),其反应如下:
nR-H*+M*RM"*+nH*
经上述反应后,废水呈酸性,使pH下降。当pH降到5以下时,废水中的六价铬大部分以Cr2O;的
形式存在。接着废水进入I号阴柱,去除铬酸根离子和重铬酸根离子,其反应如下:
2ROH+Cr2O3R2Cr2O,+20H
2ROH+CrOR2CrO1+20H
当I号阴柱出水六价铬达到规定浓度时,此时树脂层内树脂带有的OH-基本上为废水中的CrO}、Cr2O3-、SO3-与CI所取代。树脂层中的阴离子按它们选择性的大小,从上到层,显然下层没有完全为Cr2O-所饱和,如果此时进行再生,则洗脱液中SO2与C的浓度较高,铬酸浓度较低。为了提高铬酸的浓度和纯度,将II号柱串联在1号柱后,这时继续向1号柱通废水,则I号柱内Cr2O2-含量逐渐增加,而SO-和CI-含量逐渐下降,当I号柱出水中六价铬浓度与进水的浓度相同时,才对I号柱进行再生。这种流程称为双阴柱全酸性全饱和流程。
阳柱树脂失效后采用高浓度的HC1进行再生,其反应如下:
R"-M"*+nHCI→nR-H*+M"*Cl-'
阴柱树脂失效后采用高浓度 NaOH进行再生,得到含六价铬浓度较高的Na2CrO,再生洗脱液,反应式如下:
R2Cr2O,+4NaOH2ROH+2Na2CrO4+H2O
为了回收铬酸,可把再生树脂得到的再生洗脱液,通过氢型阳树脂进行脱钠可得到H2Cr2O7,反应式如下:
4RH+2Na2CrO4RNa+H2Cr2O,+H2O
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