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随着现代工业以及城市化进程的飞速发展,重金属废水的排放量日益增加,重金属污染已经对人类的健康,日常生活以及生存造成了严重威胁。为了缓解和解决这一问题,世界各地的环境科学家们为此投入了大量研究,其中化学沉淀法由于成本低廉,设备要求简单而成为治理重金属废水的主要手段之一。然而由于废水中重金属含量并不是确定的,为了确保废水中重金属的完全沉淀,需要往废水中投放过量的重金属沉淀剂。而这些沉淀剂如果直接排放,则不仅浪费了沉淀剂,而且还会对环境造成污染。而目前废水中过量重金属沉淀剂的处理方法主要是往废水中添加铁盐,通过凝结/絮凝作用去除过量的沉淀剂,但这种方法不仅会产生大量底泥而且浪费沉淀剂。
为了改进化学沉淀法的应用工艺,我们研究了使用新的技术以补充化学沉淀法在应用中的不足的可行性。由于重金属沉淀剂的有效基团为阴离子,而大部分络合重金属均带有部分负电荷,因此我们考虑使用阴离子交换树脂实现废水中过量的重金属沉淀剂以及少量络合重金属的同时去除。我们称这种技术为离子交换-螯合技术。
本文采用静态和动态实验两种方法研究了这种技术的可行性。研究中使用阴离子交换树脂(X231)处理SDD(代表重金属沉淀剂)和CuEDTA(代表络合重金属废水),其主要实验结果如下:
使用X231树脂对SDD和CuEDTA的交换容量分别为430.46 mg/g以及17.88mg/g,由于SDD可以和CuEDTA反应生成红褐色Cu(SDD)<,2>沉淀,因此交换了SDD和CuEDTA的树脂还能分别与CuEDTA和SDD再次进行螯合反应从而达到树脂的二次利用以及再生,其螯合交换容量分别为20.68 mg/g和150.28 mg/g。分别交换了SDD和CuEDTA的树脂可以在pH=7的溶液中稳定保存,而且使用后的树脂可以用酸或碱液洗脱再生。使用碱液再生后树脂对SDD和CuEDTA的交换量分别为43.20 mg/g和21.29 mg/g。
动态离子交换-螯合技术处理SDD以及CuEDTA溶液的实验表明,使用X231离子交换树脂柱可以有效处理含过量SDD或残留CuEDTA的废水。原浓度为1.g/L的SDD溶液经过离子交换柱后流出液浓度能降至0.5 mg/L以下,原浓度为5.0 mg/L的CuEDTA溶液经过离子交换柱后流出液浓度低于0.01 mg/L。
虽然X231树脂对自由铜离子没有交换作用,但吸附了SDD的树脂柱可非常有效地去除自由铜离子。因此吸附了SDD的X231树脂柱可对自由铜与络合铜混合溶液中自由铜和络合铜同时去除。如:5mg/L(Cu<2+>:CuEDTA=1:1)的混合液流经此种交换柱后流出液中铜浓度低于0.01 mg/L,而仅使用X231离子交换柱处理该混合液流出液浓度约为2.5 mg/L。
上述研究结果表明:使用阴离子交换树脂作为化学沉淀法的补充手段,可以有效地去除过量的重金属沉淀剂与少量残留重金属的去除,可以大大提高复杂络合重金属废水化学沉淀处理法的可靠性和稳定性。