冶金廢水含鹽量高，硬度大，無機鹽種類多。目前對這類廢水的處理主要有納濾、鹽分離、軟化、反滲透或電滲析濃縮等。但當水質(zhì)較高時，納濾膜表面容易結(jié)垢，影響膜分離效果。所以含鹽廢水需要提前軟化。離子交換樹脂的軟化因其操作簡單、硬度去除率高、無污泥、易再生而受到廣泛關(guān)注。廢水的鹽度和硬度對001×7Na陽離子交換樹脂的軟化效果有影響，鹽度為22~30g/L，影響較大。然而，在實際應(yīng)用中，影響離子交換樹脂軟化廢水的因素很多。

研究了離子交換樹脂種類、廢水含鹽量和無機鹽種類對含鹽廢水軟化效果的影響，以期為含鹽廢水樹脂軟化系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

一.測試部分

1.1測試材料和儀器

儀器:iCAP6300電感耦合等。

離子光譜儀。試劑:氯化鈣、碳酸氫鈣、氯化鎂、氯化鈉、硫酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉，均為分析純。

離子交換樹脂:實驗中使用了六種離子交換樹脂。詳細的性能參數(shù)見表1。

離子交換樹脂的預(yù)處理方法如下:

1)取一定量的離子交換樹脂于錐形瓶中，用蒸餾水沖洗2-4次，直至流出液澄清無雜質(zhì)。

2)用5%鹽酸浸泡樹脂2h，鹽酸用量為樹脂體積的2-4倍，然后用蒸餾水沖洗樹脂至流出液呈中性，將樹脂轉(zhuǎn)為H型。

3)將樹脂浸泡在5%的氫氧化鈉溶液中2h，氫氧化鈉的用量為樹脂體積的2-4倍，然后用蒸餾水沖洗樹脂至流出液呈中性，將樹脂變?yōu)镹a型。

4)對于榮勝001×7樹脂，將樹脂浸泡在8%的氯化鈉溶液中4h，然后用蒸餾水沖洗，將樹脂變成Na型。

1.2原水質(zhì)量

模擬液的制備:

1)氯化鈉體系模擬溶液:取一定量的去離子水，加入碳酸氫鈣、氯化鈣和氯化鎂，控制模擬溶液的硬度和堿度，加入氯化鈉、鹽酸或氫氧化鈉，控制模擬溶液的含鹽量和pH值。模擬溶液1、2、3和4中的鹽濃度分別為3、5、10和15g/L。水質(zhì)參數(shù)見表2。

2)硫酸鈉體系模擬溶液5:配制方法同氯化鈉體系模擬溶液。加入硫酸鈉代替氯化鈉來控制模擬溶液的含鹽量。水質(zhì)參數(shù)見表2。

1.3測試設(shè)備

將一定量的離子交換樹脂放入離子交換柱中，原水通過蠕動泵以100mL/h的流速連續(xù)注入離子交換柱中，經(jīng)樹脂層軟化后流入生產(chǎn)水箱。

1.4測試方法

1)取10mL鄭光001×7(Na型)、鄭光D113(H型)和鄭光D113(Na型)離子交換樹脂，分別置于離子交換柱中，用蠕動泵將模擬溶液1注入離子交換柱中，考察樹脂的軟化效果，確定較好的樹脂類型。

2)取10mL試驗1)中確定的優(yōu)級樹脂，置于四個離子交換柱中，用蠕動泵將模擬溶液1、2、3、4分別注入離子交換柱中，考察模擬溶液含鹽量對樹脂軟化性能的影響。

3)取10mL朗盛CNP80WS、陶氏IRC83、杜勝CHG93、杜勝CXO-12離子交換樹脂，放入離子交換柱中，用蠕動泵注入模擬液4，比較樹脂對含鹽廢水的軟化性能，確定較好的樹脂。

4)分別取10mL試驗1)和試驗3)中確定的優(yōu)良樹脂，置于離子交換柱中，通過蠕動泵使模擬液4通過離子交換柱，直至樹脂滲透，以考察樹脂對含鹽廢水的軟化特性。

5)取10mL陶氏IRC83離子交換樹脂，置于離子交換柱中，用蠕動泵將硫酸鈉體系的模擬溶液注入離子交換柱中，考察不同無機鹽體系廢水對樹脂軟化效果的影響。

1.5分析方法

用電感耦合等離子體光譜儀測定水中鈣、鎂離子的質(zhì)量濃度。樹脂軟化水的總硬度(以CaCO3計)由公式(1)計算，處理水量由公式(2)計算。

式中:ρ1—鎂離子的質(zhì)量濃度，mg/L，ρ2—鈣離子的質(zhì)量濃度，mg/L..

其中:q—離子交換樹脂的體積交換容量，mmol/L，V—離子交換樹脂的用量，L，c—離子交換樹脂在水中的總硬度，mmol/L..

二、測試結(jié)果及討論

2.1樹脂類型對模擬廢水軟化的影響

經(jīng)預(yù)處理和改造后，離子交換樹脂分別為001×7(鈉型)、D113(H型)和D113(鈉型)。在相同的流速和樹脂用量下，模擬液1的軟化測試結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著處理水量的增加，三種樹脂軟化水的總硬度逐漸增加，其中001×7(Na型)樹脂初始軟化后的總硬度較低，當處理水量為2.4L時，其總硬度逐漸高于D113(H型)樹脂，樹脂的種類決定了軟化性能。當弱酸樹脂的官能團為H型如羧酸基團時，受到弱酸基團的限制，H+不能與Ca2+反應(yīng)，永久硬度。同時，樹脂的交換容量越大，吸附和交換的Ca2+和Mg2+越多，軟化水的總硬度越低。由于001×7樹脂的交換容量小于D113樹脂，隨著處理水量的增加，001×7樹脂逐漸吸附飽和，軟化水的總硬度迅速增加。

從圖2中還可以看出，D113(H型)和D113(Na型)樹脂軟化水的總硬度隨著處理水量的增加而緩慢增加，D113(Na型)樹脂軟化水的總硬度始終保持在較低水平。當弱酸樹脂改為Na型時，用Na+來交換水中的Ca2+和Mg2+，軟化過程不再受羧酸基團的限制，可以去除水中的所有硬度。而且D113樹脂交換容量大，所以D113(Na型)樹脂軟化水的總硬度在三種樹脂中較低，當處理水量為3.6L時，軟化水的總硬度為25.37mg/L

綜上所述，離子交換樹脂對模擬廢水的軟化效果主要取決于樹脂本身的交換容量。交換容量越大，運行周期越長，出水總硬度越低。其次，弱酸性樹脂轉(zhuǎn)化為Na型后，可用于去除水中的所有硬度。如果不使用弱酸H樹脂去除水中的堿度，在軟化過程中弱酸Na樹脂的軟化效果更好。

2.2模擬廢水含鹽量對樹脂軟化廢水的影響

在相同流速和樹脂用量下，分別用001×7(Na型)和D113(Na型)樹脂軟化含鹽量不同的4種模擬液1、2、3和4，考察模擬液含鹽量對樹脂軟化效果的影響。測試結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，兩種樹脂的軟化水總硬度隨著含鹽量的增加而增加，含鹽量越高，軟化水總硬度增加越快。其中，001×7(Na型)和D113(Na型)樹脂增加模擬液3和4軟化水總硬度的速度較快，對于模擬液4，兩種樹脂軟化水總硬度分別為75.41和7.45mg/L。

01× 7 (Na型)和D113(Na型)樹脂分別為強酸樹脂和弱酸樹脂，具有不同的離子選擇性:強酸樹脂對Na+的選擇性強于弱酸樹脂。因此，隨著含鹽量的增加，弱酸樹脂具有更強的耐受性。隨著Na+濃度的增加，吸附在強酸樹脂上的Ca2+和Mg2+會脫附，Na+濃度越高，脫附越嚴重。因此，001×7(Na型)樹脂明顯提高了模擬液3(鹽濃度10g/L)軟化水的總硬度，而抗鹽性強的D113(Na型)樹脂明顯提高了模擬液4(鹽濃度15g/L)軟化水的總硬度，但總硬度始終較低。

采用陶氏IRC83、朗盛CNP80WS、杜勝CXO-12、杜勝CHG93四種進口離子交換樹脂對高含鹽量(15g/L)的模擬液4進行軟化，并與國產(chǎn)榮威D113(Na型)樹脂的軟化結(jié)果進行對比。測試結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，對于400mL廢水，進口離子交換樹脂的軟化順序為:Dow IRC 83 >: D113(Na型)>:Lang CNP 80 ws >:Du CXO-12 >:Du CHG93和Dow IRC 83的軟化水硬度為2.35 mg/L，Du chg 93樹脂為螯合樹脂，交換容量低，對鈣鎂離子選擇性弱，因此軟化水總硬度高。

2.3處理水量對樹脂軟化廢水的影響

IRC83和D113(Na型)樹脂在相同的流速下軟化模擬液體4(鹽濃度15g/L)，測試結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，兩種樹脂的軟化水總硬度相近，IRC83樹脂軟化效果相對較好，滲透時處理水量基本相同。

大孔離子交換樹脂由于其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積大，增加了與水中Ca2+和Mg2+的接觸幾率，具有良好的軟化效果。陶氏IRC83樹脂的總交換容量高于鄭光D113(Na型)樹脂，但差異不顯著，這是由于生產(chǎn)工藝造成的樹脂內(nèi)部通道不同造成的。

從圖5可以看出，兩種樹脂的穿透點都是4.6L，說明樹脂內(nèi)部通道的差異并不決定樹脂的工作交換容量。以大交換容量的陶氏IRC83樹脂為標準，由公式(2)計算的穿透點約為9.3L，但實際穿透點為4.6L可見，當鹽濃度為15g/L時，樹脂的實際處理水量明顯減少，約為總處理水量的49.5%。

2.4無機鹽對樹脂軟化廢水的影響

在相同的流速下，用Dow IRC83樹脂分別軟化氯化鈉體系的模擬溶液4和硫酸鈉體系的模擬溶液5。無機鹽對樹脂軟化廢水影響的實驗結(jié)果如圖6所示。

從圖6中可以看出，模擬液體5的總硬度明顯高于模擬液體4，且穿透點提前，模擬液體5的穿透點為3L，模擬液體4的穿透點為4.6L

硫酸鈣的溶度積小，離解常數(shù)低。在硫酸鈉體系中，鈣離子與硫酸根離子的吸附結(jié)合力遠大于鈣離子與氯離子的吸附結(jié)合力。同時，硫酸根的同離子效應(yīng)會抑制硫酸鈣的解離。隨著硫酸鈉濃度的增加，同離子效應(yīng)的抑制作用會增強，樹脂的競爭吸附現(xiàn)象也會增強。因此，樹脂對Ca2+的吸附將受到阻礙，導致模擬溶液5的流出液的總硬度更高，樹脂的穿透點將提前。硫酸鈉模擬溶液的樹脂軟化實際處理水量約為氯化鈉模擬溶液的65%。

三。結(jié)論

用離子交換樹脂吸附軟化模擬廢水是可行的，軟化出水水質(zhì)可達到排放標準。對于高堿度的廢水，001×7(Na型)或D113(Na型)樹脂具有較好的軟化效果，而對于高含鹽量的廢水，大孔D113(Na型)樹脂具有較好的軟化效果，四種模擬廢水、兩種樹脂001×7(Na型)和D113(Na型)的軟化水總硬度分別可達75.43。贏得榮譽D113(Na型) >:郎CNP80WS >:杜-12 >:杜勝93 >:鄭光0.01× 7 (Na型)廢水中的鹽類阻礙了陶氏IRC83樹脂的軟化作用，使樹脂的突破點提前。硫酸鈉體系由于同離子作用，存在競爭吸附現(xiàn)象，軟化效果相對較差，而氯化鈉體系軟化效果相對較好。在離子交換樹脂軟化系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)注意無機鹽的種類和濃度對廢水軟化效果的影響。硫酸鈉系統(tǒng)樹脂軟化水的實際用量約為氯化鈉系統(tǒng)的65%。(來源:北京賽科康倫環(huán)?？萍加邢薰?

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