回收重金属废水用电去离子技术研究进展

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1、回收重金属废水用电去离子技术研究进展*王方清华大学热能工程系，北京100084摘要:回收重金属废水用电去离子（EDI）技术，是一项电渗析和离子交换相互有机结合的膜分离脱盐技术。具有连续运行、无人值守、不用酸碱、环境友好等显著优点。介绍了国内外几项用于回收含铜和含镍废水的研究进展，针对重金属废水的特点，设计了以阳树脂为主的阴、阳树脂分层填充的装置，采用这种技术，代替传统的离子交换技术，可实现重金属废水的回收和利用，达到闭路循环，零排放，无污染。关键词:电去离子；电渗析；膜法水处理；进展重金属废水是指含有铬、铜、镍、锌等重金属离子的工业废水。机械加工工业、矿山冶炼工业及部分化工企业，在生产过

2、程中会产生这种废水。含低浓度重金属离子（<100mg/L）[1]废水直接排放会对环境和人体造成巨大的危害，因此在这种废水排放之前，必须用离子交换等方法加以处理，或改进工艺，实现闭路循环。这样，既回收了重金属，又回收了废水，达到零排放。[2，3]近年来，国内外不少学研究者开始尝试将电去离子（EDI）技术用于低浓度重金属废水，取得了一些进展。笔者针对重金属废水的特点，提出了以阳树脂为主的阴、阳树脂分层填充的EDI技术，并设计了实施的装置，有望实现产业化应用。1回收含铜废水1.1美国Dillon和Semmens采用U.S.Filter公司和CDI膜堆进行了回收低浓度酸性镀铜废[4，5]水的研究

3、。这是将制备纯水用EDI装置膜堆改用于回收重金属的初次尝试。实验测试了4个膜堆。这些膜堆浓水室有2个填充阴、阳混合树脂，一个填充阳树脂，另一个则不填树脂；这些膜堆的淡水室均填充阴、阳混合树脂。实验用阴、阳混合树脂均为凝胶型均粒树脂。2+膜堆预先用CuSO4溶液饱和，淡水室进料溶液中Cu浓度为50mg/L左右。他们在试验中进行了间歇运行和连续运行的实验，进行了膜堆运行参数的考察。实验结*作者简介：王方（1938~），男，浙江平湖人，1962年毕业于清华大学，教授。电话：010-62786321E-mail:wangfang@mail.tsinghua.edu.cn果表明，这些膜堆都可获得高

4、质量的纯水和一定浓度的浓水。实验显示了制备纯水用EDI膜堆可用于镀铜废水的处理，有良好的应用前景，但尚需用实践检验。2+1.2天津大学管山曾发表了“电去离子（EDI）过程及其用于水中Cu离子的脱除和浓缩的[6][7]研究”博士学位论文及研究快报。他在研究中使用的浓水部分循环的一级两段6个膜对2的两级EDI膜堆，膜堆的有效面积为135cm，淡水室填充有阴、阳混合大孔树脂，其体积比为1∶1。2+试验用水中Cu浓度为50mg/L的试验用水。在一定的操作条件下，经该EDI膜堆处2+理后，膜堆淡水室产品水的电阻率可达2.2～5.6MΩ·cm，所含Cu浓度低于仪器的检测2+限度。脱除率>99.99％

5、，浓水中Cu浓度可达800～1200mg/L。2+研究中曾发现Cu的同名离子迁移导致的阴极上金属铜的还原、阴极反应造成浓水室Cu(OH)2沉淀及水回收率很高条件下浓水室阴膜表面Cu(OH)2沉淀等问题。2回收含镍废水[8]2.1浙江大学陈雪芬曾发表了“电去离子技术处理重金属电镀废水”硕士学位论文。他采用一个自行设计的5隔室EDI装置，从左到右，各隔室分别是阳极室、填阳树脂室、浓水室、填阴树脂室和阴极室。填阳树脂室两侧分别用阳膜与阳极室和浓水室隔开，填阴树脂室3两侧分别用阴膜与浓水室和阴极室隔开，阴、阳极室的容积各为273cm（19.5×7×2），均3内置19×6cm大小的钌网电极，填阳树

6、脂室、浓水室和填阴树脂室的容积各为200cm左右。2膜的有效面积为136.5cm（195×7），膜间距为1cm，膜堆为板框式，隔板间用硅橡胶圈密封。这种改进后的装置适用于含重金属电镀漂洗水的处理和循环利用，并彻底解决了用制备纯水用EDI装置容易出现氢氧化物沉淀问题。2+进行了间歇运行和连续运行，得出镍的去除效率达到98％以上，进料的Ni浓度为100mg/L，浓水的浓缩系数可达12～14。整个过程的平均电流效率为34％。[9]2.2最近，南开大学卢会霞等人也报导了用EDI工艺回收镀镍废水的实验研究工作。试2+2+验表明，当进料Ni含量为55mg/L时，镍的去除率可达99％以上。淡水室出水中

7、的Ni2+含量<0.05mg/L，其电阻率稳定在2.02～2.59MΩ·cm。浓水中的Ni含量高达1263mg/L。该试验研究，再一次证实，EDI技术可应用于回收低浓度含镍废水，同时实现镍和纯水的回收利用,这为电镀和电子线路板行业的清洁生产和闭路循环提供了一种更新换代的新技术。3回收重金属废水[10]笔者在2001年实施印刷电路板行业废水回用处理工程时就采用了EDI技术回用废水。最近，针对电镀废水和印刷电路板行业废水的特点，并依据1