重金属污染控制中的离子交换特点分析

朱光团

（江门市新会区新绿环保实业发展总公司，广东　江门　５２９１００）

工业废水中的重金属离子存在毒性较大、不易生物降解特点，而随着近年来我国资源节约型、环境友好型社会摘 要：

建设的不断推进，浓度较高重金属离子废水排放也开始成为行业共同关注的问题，基于此，本文简单介绍了离子交换树脂处理技术，并结合离子交换对重金属离子的选择性去除，深入探讨了重金属污染控制中的离子交换特点，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

重金属污染控制；离子交换技术；选择性去除关键词：

Ｘ７０３．１　 Ａ　　１００２－５０６５（２０１９）０４－０２４３－２中图分类号：文献标识码：文章编号：

Analysis of Ion Exchange Characteristics in Heavy Metal Pollution Control

ZHU󰀁Guang-tuan

（Ｊｉａｎｇｍｅｎ　Ｘｉｎｈｕｉ　Ｄｉｓｔｒｉｃｔ　Ｎｅｗ　Ｇｒｅｅｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｊｉａｎｇｍｅｎ　５２９１００，Ｃｈｉｎａ）

Abstract: Ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｉｏｎｓ　ｉｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ａｒｅ　ｔｏｘｉｃ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｂｉｏｄｅｇｒａｄｅ．　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　

ｏｆ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ－ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｏｆ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｉｏｎｓ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｃｏｍｍｏｎ　ｃｏｎｃｅｒｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｉｓ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｒｅｓｉｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ．　Ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｉｏｎｓ，　ｉｎ－ｄｅｐｔｈ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｉｎ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ，　ｈｏｐｉｎｇ　ｔｏ　ｂｒｉｎｇ　ｓｏｍｅ　ｉｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．

Keywords:　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ；　ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　ｒｅｍｏｖａｌ

近年来我国工业废水的排放标准愈加严格，这是为了避免废水中含有的致癌、致畸或致突变的剧毒物质威胁人类安全，各行业对高效、经济的重金属工业废水处理技术的需求也因此不断提升，离子交换技术的诞生与广泛应用便建立在这一背景下，而为了更深入了解该技术并实现技术的更高水平应用，正是本文围绕重金属污染控制中离子交换特点开展具体研究的原因所在。

1 离子交换树脂处理技术

离子交换树脂处理技术是一种基于离子交换树脂的处理技术，该技术能够较好服务于水处理、食品工业、制药工业、合成化学和石油化学工业、环境保护、湿法冶金等领域，重金属污染控制属于其常用领域。离子交换树脂的表面积相对较大，孔隙密且多，这使得拥有相较于普通吸附剂10倍以上的使用效率，因此其能够较好服务于废水中的离子溶质净化，富含重金属废水的处理和回收属于离子交换树脂常用领域。深入分析可以发现，离子交换树脂具备吸附时间短、反应速度快、吸附效率高、物理化学稳定性高、具有一定机械强度等特点，基于离子交换树脂的水软化处理、除盐处理

[1]

同样属于离子交换树脂处理技术的典型应用。

2 离子交换对重金属离子的选择性去除

（1）离子交换树脂预处理。离子交换树脂预处理需结合使用目标实际针对性开展，预处理过程会受到直接影响。以回收工业废水中的铬为例，采用的离子交换树脂型号为

２０１９－０２收稿日期：

朱光团，生于１９７７年，男，广东江门人，大专，研究方向：水作者简介：污染防治工程设计。

Amberlite IR 120，具体处理需首先使用1mol/L的NaOH

和NaCl溶液浸泡离子交换树脂3次，以此去除其内部积存的化学沉积物，随后使用1mol/L的HCL和NaCl浸泡，由此即可得到氢型树脂和钠型树脂样品，最后称取1g钠型树脂或氢型树脂，并在110℃高温下干燥1h并承重，即可确定离子交换树脂的湿度，保证其更好服务于收工业废水中的铬回收，重金属工业废水的金属离子去除效率也能够由此大幅提升。（2）影响离子交换的因素。对于重金属工业废水的离子交换树脂处理技术应用来说，树脂选型、pH值、内部溶液浓度、树脂用量、接触时间、运行条件等因素均会对离子交换的开展与重金属离子的去除造成直接影响。以数值选型为例，为保证离子交换树脂较好服务于重金属工业废水处理，离子交换树脂必须具备对需去除离子的较高选择性，废水处理过程中离子交换树脂的抗有机物玷污、抗氧化性同样需要得到重视。如需要去除重金属工业废水中的Cr3+，使用的离

3+

子交换树脂必须对Cr具有较高选择性，IRN97H、IRN77、SKN1、IR120等离子交换树脂均可较好满足重金属工业废

3+

水的Cr去除需要。为更好发挥离子交换树脂处理技术的重金属工业废水处理优势，离子交换树脂的选择还需要重点考虑抗有机污染能力高、抗氧化性强、工作交换容量大、选择性好的离子交换树脂。（3）重金属离子的选择性去除。以重金属工业废水中铅的选择性去除为例，可选用含有SO2-H+基团阳离子交换树脂，该离子交换树脂对Pb2+离子存在交换容量大、选择性高、吸附~解吸过程可逆性好等特点，在pH值为4区间~6

2+

区间时，氯化物体系溶液中的Pb离子可由含有SO2-H+基团阳离子的弱碱性阴离子交换树脂选择性去除，交换树脂处理技术的重金属离子选择性去除能力可见一斑。

（下转245页）

2019年 2月下 世界有色金属243

的需要。因此，目前单片机在矿山漏电保护应用范围更加广泛，可以最大程度降低漏电事故的发生率，通过单片机在漏电保护方面的智能化和自动化的发展，可以有效保证开采工作的安全性和稳定性，符合现代矿山企业发展的需求。单片机在漏电保护方面的漏电监视功能非常强大，可以通过整定值的大小进行判断，从而通过综合抱死进行自动合闸和分闸，利用外围继电器进行操作，从而提高了漏电保护的准确性，有效预防了矿山应漏电产生的安全事故。（2）单片机在风电闭锁的应用。风电闭锁主要是调控风速和风压，在实际运行过程中其将信号采集处理电路和供电接触器输断相连接的输出电路组成，有效提升了矿山生产的安全性。但在实际工作过程中风电闭锁人工操作比较多，在井下等封闭地方存在一定的局限性，而且能耗比较高，浪费了大量的人力和物力资源。单片机在风电闭锁的应用实现了风速调节和风压调控的自动化和智能化，可以有效保证井下作业的及时性，确保井下空气清新。（3）单片机在矿山变电所运行的应用。矿山开采一直是耗电大户，耗电量非常大，在一定程度上存在资源浪费的情况。矿山变电所运行过程中，虽然每一季度和月份都存在用电计划和用电安排，但在实际工作中经常存在用电量超出计划用电的情况，由此造成了资源的浪费和无序性。单片机在矿山变电所运行中的应用可以通过智能电度表来对电量进行控制，可以有效监测每一个自然月和季度用电是否正常，是否有存在超出用电的情况，如果超出计划用电则会报警提示，由负责人进行发出供电指令，同时提供每个月的用电量（上接243页）

分布，以此为后续节能降耗提供必要的依据，工作人员可以

根据单片机电度表的内容和提示，了解用电消耗情况，从而做好后续矿山生产工作。（4）单片机在矿井下安全监控的应用。井下安全监控主要是通过装置检测矿井下的相关数据，如有害气体数据、通风数据等情况，由手持直读式就地检测装置完成，近些年矿井下安全监控系统应用单片机的自动化监控系统有效提升了井下安全监控的水平和质量，在具体操作过程中可以实现自动化和智能化的监控。如AT87C552在监测有害气体浓度方面的应用效果较为理想，一旦发现有害气体浓度超标，则直接通过控制系统发出警示，同时按照预定输入的操作指令进行有害气体浓度降低处理，实现了对有害气体报警、控制和检测的一体化功能，而且装置抗感染能力强，瓦斯浓度检测灵敏，具有很好的应用前景。

4 总结

随着我国近些年单片机在多种领域的不断应用和发展，单片机的集成性、自动化和智能化明显提升，有效解决了传统行业控制模式中存在的弊端，提升了各行业的生产效率、安全效率，是未来电气工程现代化发展的必然应用趋势。[1]󰀡徐连喜.单片机定时器在按键消抖和键音输出中的应用[J].电子技术与

软件工程,2019(03).

[2]󰀡杨明显.探析单片机电子台历设计在电子信息工程中的应用[J].电子制

作,2019(02).

3 重金属污染控制中的离子交换特点

（1）基本特点。根据活性基团的差异，离子交换树脂可细分为氧化还原树脂、两性交换树脂、阳交换树脂、阴交换树脂、螯合树脂，而为了满足重金属工业废水的处理需要，应用的离子交换树脂必须与需处理离子存在一定交联度和一定交换容量，并同时具备不溶性、化学稳定性特点。

结合上述分析，本文也将离子交换树脂处理技术视作一种液相组份分离技术，且技术具备操作方便、效果突出、浓缩倍数较高、分离选择性优异特点，因此该技术能够较好服务于重金属工业废水的重金属离子去除，并能够同时较好服务于物质的分离。在基于离子交换树脂处理技术的重金属工业废水处理中，基本处理流程可概括为：“①通过对流和扩散使重金属工业废水中的重金属离子到达离子交换树脂表面的静止液膜→②静止液膜作用下重金属离子扩散到树脂表面→③在树脂内部重金属离子进一步扩散→④重金属离子在扩散后与离子交换树脂可交换发生交换→⑤树脂内部交换下的离子开始扩散→⑥通过静止液膜交换下的离子扩散进入溶液→⑦交换下离子在溶液中对流、扩散”，其中步骤4为离子交换化学反应，步骤②与⑥为外扩散，步骤③与⑤为内扩散，步骤①与⑦速度相对较快因此可忽略不计。（2）再生与活化。除上述基本特点外，离子交换树脂的再生与活化同样属于重金属污染控制中离子交换树脂处理技术特点。在离子交换树脂处理技术的具体应用中，应用该方法进行的重金属工业废水处理可实现处理水循环使用，并同时实现有用金属离子的回收，洗脱液也能够尽可能回槽使用，离子交换树脂处理技术具备的优势和特点可见一斑。为保证离子

交换树脂处理技术再生与活化特点的最大化发挥，再生剂必

须结合槽液成分针对性选择，并保证槽液的要求能够通过再生剂的用量和浓度控制得到满足。以除铬阴柱的再为例，应选择无Cl-汞槽碱，由此即可避免回收铬酸中的Cl-过高，而除镍弱酸阳树脂的再生则较为适合选择H2SO4，由此洗脱液纯度的即可得到较好保障。而对于除镍弱酸阳树脂应用Na2SO4再生处理来说，Na2SO4结晶可能在冬季低温情况下出现的析出情况必须得到重视，因此离子交换树脂的再生必须保证溶液温度最低为50℃。值得注意的是，离子交换树脂在离子交换树脂处理技术的不断应用中均会出现交换容量有所下降情况，这种情况下重金属工业废水的处理中较为明显，这是由于离子交换树脂中会渐渐累积某些在再生中不易洗脱的高价离子，工作容量便会由此降低，因此必须对离子交换树脂进行活化处理，该处理可将受到污染的离子交换树脂恢复至原来容量，上文中也涉及了活化相关内容，一般情况下经过活化的离子交换树脂颜色、工作容量均会恢复至原有状态。

4 结论

综上所述，离子交换树脂处理技术能够较好服务于重金属污染控制，在此基础上，本文涉及的离子交换树脂预处理、影响离子交换的因素、重金属离子的选择性去除、再生与活化等内容，则全方位展示了该技术在重金属工业废水处理中的应用，而为了更好发挥技术优势，树脂用量、内部溶液浓度、pH值的合理控制同样需要得到重视。

[1]󰀡朱维,刘代欢,陈建清.黏土矿物在土壤重金属污染中的应用研究进展

[J].土壤通报,2018,49(02):499-504.

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