电去离子_EDI_过程处理电镀废水的研究进展_管山

电去离子(EDI)过程处理电镀废水的研究进展管山王建友王世昌(天津大学化学工程研究所,天津300072)摘要用电去离子(EDI)过程处理电镀废水的目标在于以连续操作的方式,一方面获得高品质的淡水以返回电镀工艺作为镀件的清洗水,另一方面得到重金属离子浓度较高的浓缩液以利于直接返回到镀槽使用,从而实现电镀工艺的闭路循环。介绍了用EDI处理电镀废水的各种膜堆形式及性能,并展望了EDI应用于电镀废水处理的良好前景。关键词电去离子,电镀废水,离子交换膜,离子交换树脂中图分类号TQ028.8;X703文献标识码A文章编号1000-6613(2003)08-0837-04电镀作为一种通用性较强的行业,广泛应用于各个生产部门。电镀生产排出的废水中含有大量重金属离子,直接排放不仅造成资源浪费,而且造成严重的环境污染。常用的电镀废水处理方法包括化学处理法、电解法、离子交换法、反渗透法及电渗析法等[1]。当前,对电镀废水的处理提出了越来越高的要求。一方面,出于环境保护和提高资源利用率的考虑,废水处理系统应实现闭路循环,即水和金属都得到回收利用,并要求获得浓度较高的浓缩液,以便返回镀槽回用;另一方面,电镀工艺本身要求回用的镀件清洗水通常要达到去离子水的水质,以防止杂质的积累,保证镀件的金属附着性能、光洁度和亮度等指标。达到这些要求,则电镀质量、经济效益和社会效益都能得到良好保证。电镀生产中产生的低浓度电镀废水,每升中所含金属离子通常只有数十毫克。对常用的处理方法而言,反渗透法和电渗析法适用于处理较高浓度的电镀废水,处理低浓度电镀废水时难以同时得到高品质的纯水和浓度较高的浓缩液;离子交换法需要频繁使用酸碱再生,造成二次污染。采用几种技术联合的组合处理技术,则使得流程复杂,水处理成本增加。因此,开发新的电镀废水处理技术越来越受到重视。1电去离子(EDI)过程电去离子(electrodeionization,简称EDI)过程,是一种日益获得广泛重视的新型分离技术。该过程将电渗析与离子交换有机结合,在电渗析装置淡水室的离子交换膜之间填充离子交换树脂。在外加电场的作用下,淡水室中的离子向浓缩室迁移。它既改善了电渗析过程处理低浓度溶液时电流效率下降的缺陷,增强离子传递,又使离子交换剂可得到再生,避免了再生剂的使用,从而使过程能够实现连续去离子操作。EDI的概念产生于20世纪50年代。经过许多研究者的努力,EDI技术逐渐成熟。1987年,美国的Milipore公司推出了第一台商品化的EDI装置[2],这使EDI技术进入了应用阶段。目前,EDI最主要的应用在于超纯水的生产。以反渗透(RO)加EDI为核心的生产流程、在电力、医药、电子等部门获得应用,正逐渐成为主流的超纯水生产技术。2EDI处理电镀废水的膜堆形式及其特点和性能2.1带有酸液循环的EDIJohann[3]提出了图1所示的带有酸液循环的EDI膜堆形式,并考察了膜堆处理电镀CuSO4废图1带有酸液循环的EDI膜堆形式1—强酸阳离子交换树脂;2—阳离子交换膜;3—阴离子交换膜;4—电极;5—电镀CuSO4废水;6—脱阳离子水;7—酸液循环;8—浓缩液循环收稿日期2003-02-17;修改稿日期2003-03-31。第一作者简介管山(1969—),男,博士研究生,研究方向为EDI的理论与应用,电话022-27890923。联系人王世昌,电话022-27404347。·837·2003年第22卷第8期化工进展CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESSDOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2003.08.012水的操作特性。在两张阳离子交换膜之间填充阳离子交换树脂,相邻两个树脂室间用阴离子交换膜分隔成浓缩室(左)和酸液室(右),浓缩液和酸液分别循环。进料通过树脂室流出。在电场的作用下,酸液室中的H+离子穿过阳离子交换膜进入树脂室,对树脂进行再生,交换下来的铜离子则穿过阳离子交换膜进入浓缩室。过程在稳定状态下,在树脂床层内沿料液流动方向和垂直于料液流动方向上,均建立恒定的铜离子浓度分布,使得装置能够连续稳定运行。研究表明,过程电流效率可达30%～40%,进料的含铜量由500mg/L降至0.5mg/L,浓缩液中含铜量可达60g/L,可直接返回镀槽。电能消耗为5～10kW/kg铜。该装置成功地进行了3个月的连续运行,证明能够实现工业化运行[4]。Spoor[5]采用类似的EDI膜堆形式,对处理电镀含镍废水进行了实验研究。研究结果表明,EDI过程处理电镀含镍废水中,防止Ni(OH)2沉淀的产生是非常关键的。适当降低进料的pH值、控制过程温度、进料流量、进料浓度等操作参数,有利于过程的连续稳定运行。在工厂规模的测试中,处理含Ni2+为5mg/L的进料,装置稳定运行3个月,