離子交換法處理回用電鍍含鉻廢水的研究進(jìn)展

辛金豪

（佛山市新泰隆環(huán)保設(shè)備制造有限公司 廣東佛山 528300）

離子交換法處理回用電鍍含鉻廢水的研究進(jìn)展

辛金豪

（佛山市新泰隆環(huán)保設(shè)備制造有限公司 廣東佛山 528300）

簡(jiǎn)述了常用的含鉻廢水處理技術(shù)，重點(diǎn)介紹了近年國內(nèi)離子交換法對(duì)電鍍含鉻廢水處理回用技術(shù)，為該類廢水的處理回用提供參考依據(jù)。

離子交換法；處理回用；電鍍含鉻廢水；研究進(jìn)展

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家對(duì)環(huán)境保護(hù)及節(jié)能減排的日益重視，國家嚴(yán)控各類污染向環(huán)境的排放，電鍍行業(yè)的鉻污染是其中較為突出的污染問題。

電鍍廢水中含強(qiáng)致癌物質(zhì)六價(jià)鉻，且排放數(shù)量大，是我國工業(yè)廢水的主要污染源之一，尋求有效的、經(jīng)濟(jì)合理的含鉻廢水處理技術(shù)是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。

2 電鍍含鉻廢水常規(guī)處理技術(shù)

目前，國內(nèi)處理含鉻廢水的方法較多，按其原理分，主要分為：物理方法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法、離子交換法等。

2.1 物理方法

物理方法是利用物理作用將廢水中鉻元素分離出來的方法，通常作為處理方法中的一個(gè)環(huán)節(jié)，很少單獨(dú)使用。常用的物理方法為：吸附法、膜分離法、蒸發(fā)濃縮法。

活性炭吸附法是常用的一種處理重金屬離子的方法。賈陳忠等[1]研究了活性炭吸附處理實(shí)驗(yàn)室模擬含鉻廢水，處理效果可達(dá)99%以上；改性活性炭作為吸附材料，處理能力更佳。此法在活性炭再生方面，需進(jìn)一步改進(jìn)。

近年來，粉煤灰、活性污泥、粘土等有吸附性能的材料，也被用于吸附鉻實(shí)驗(yàn)，均有一定效果。

膜分離法是利用反滲透膜、電滲析等膜兩側(cè)產(chǎn)生的壓力差、電位差為推動(dòng)力，并選擇性地分離鉻等重金屬離子的方法。該方法處理效果好，可實(shí)現(xiàn)資源回收利用，但投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，不適用于處理大量的廢水，應(yīng)用上受到一定局限。

蒸發(fā)濃縮法主要利用熱源和蒸發(fā)器直接濃縮廢水，常與離子交換法等聯(lián)合使用。該處理方法可實(shí)現(xiàn)資源回收，避免環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，結(jié)果比較理想，但該法能耗高，需結(jié)合太陽能和熱泵技術(shù)的應(yīng)用，方可大幅降低蒸發(fā)濃縮法處理電鍍廢水的成本[2]。

2.2 化學(xué)方法

化學(xué)方法是國內(nèi)最常用到的一種處理含鉻廢水的方法，該法利用還原劑將六價(jià)鉻還原成毒性低的三價(jià)鉻，然后進(jìn)行中和沉淀去除。常用的有藥劑還原法、鐵還原法、鐵屑鐵粉處理法以及鋇鹽法等。鋇鹽法在國內(nèi)外應(yīng)用的不多，應(yīng)用最多的為藥劑還原法?；瘜W(xué)法工藝簡(jiǎn)單成熟，應(yīng)用廣泛；但加藥量大，人工操作量大，沉淀物形成含鉻污泥，會(huì)造成二次污染。

2.3 物理化學(xué)方法

物理法學(xué)法是結(jié)合物理及化學(xué)方法來處理含鉻廢水，常用方法為光催化法及電解法。

光催化法利用光催化劑催化氧化處理水中污染物的技術(shù)，不少學(xué)者做了催化劑在含鉻廢水中的應(yīng)用研究，結(jié)果表明，可有效去除六價(jià)鉻[3]。

電解法是較成熟的電鍍廢水處理技術(shù)。有學(xué)者利用鐵屑內(nèi)電解原理制成的動(dòng)態(tài)廢水處理裝置和高壓脈沖電凝法等處理電鍍重金屬廢水，取得良好效果[4]。但該法耗能，需濃縮再電解處理，適合中、小規(guī)模的電鍍廢水處理。

2.4 生物方法

生物方法處理電鍍含鉻廢水，是通過微生物的作用，使廢水中的六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，然后被菌體吸附和絡(luò)合，經(jīng)固液分離，廢水達(dá)標(biāo)排放或回用。目前微生物除鉻方法可分為失活微生物法和活體微生物法。

生物法處理電鍍廢水操作簡(jiǎn)單、投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用少，但受功能菌制約，處理出水較難達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，今后利用基因工程技術(shù)制造高效除鉻菌將是生物法除鉻的發(fā)展方向。

2.5 離子交換法

離子交換法處理含鉻廢水是利用陰離子交換樹脂去除廢水中Cr(Ⅵ)，利用陽離子交換樹脂去除Cr(III)。該法適用范圍廣、實(shí)用性能好、吸附速率快、飽和容量大、處理效果好，廢水可回用并可回收鉻酸等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景良好。

綜上所述，含鉻廢水處理技術(shù)發(fā)展至今，方法多且各具優(yōu)缺點(diǎn)。為滿足目前國家對(duì)環(huán)保、節(jié)能減排的要求，采用技術(shù)可行、有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的方法是大勢(shì)所趨；離子交換法因其處理效果好，可回收水及鉻酸，是一種較理想的處理方法。

3 離子交換法處理電鍍含鉻廢水及回用的研究進(jìn)展

多年來，學(xué)者們一直進(jìn)行著離子交換法處理電鍍含鉻廢水及回用的研究，取得不少重要成果。

在上世紀(jì)70年代，我國就有設(shè)計(jì)院專門對(duì)離子交換法處理電鍍含鉻廢水展開研究，并設(shè)計(jì)了雙陰柱串聯(lián)全包和流程，在生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)了水及鉻酸的循環(huán)使用，變廢為寶，綜合利用[5]。王宗雄等[6]設(shè)計(jì)制造了“雙陰柱串聯(lián)全飽和離子交換法處理含鉻廢水站”，選用370#弱堿性陰樹脂和732#強(qiáng)堿性陽樹脂，用于寧波某電鍍廠處理含鉻廢水，達(dá)到當(dāng)時(shí)的排放標(biāo)準(zhǔn)及回收了鉻酸。

上世紀(jì)80、90年代，電鍍行業(yè)發(fā)展迅速，電鍍廢水處理技術(shù)的研究也有進(jìn)一步發(fā)展。周仕錚等[7]用離子交換法進(jìn)行處理鈍化含鉻廢水試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：凝膠型強(qiáng)堿樹脂(717～#)可以用于處理鈍化含鉻廢水，工作交換容量較高。羅耀忠[8-9]成功地設(shè)計(jì)安裝了移動(dòng)床含鉻廢水處理裝置，陽柱采用735大孔型陽離子交換樹脂，陰柱采用710-A大孔型陰離子交換樹脂，生產(chǎn)運(yùn)行四年多，性能良好，具有出水質(zhì)量好、可循環(huán)利用水和回收鉻酸等優(yōu)點(diǎn)，減少占地面積及樹脂用量，節(jié)約開支。

進(jìn)入21世紀(jì)至今，各大高校、研究院及環(huán)保學(xué)者在離子交換法除鉻技術(shù)方面的研究越來越細(xì)化；在工藝運(yùn)行、樹脂的選擇和再生、鉻酸回收等進(jìn)行更深入的研究。樂華斌[10]利用某電鍍廠的含鉻廢水進(jìn)行試驗(yàn)證明：采用“逆流漂洗—凈化—濃縮—回收利用”工藝，不僅實(shí)現(xiàn)了六價(jià)鉻的零排放，且可回收金屬化合物；漂洗廢液中六價(jià)鉻含量在15g/L以上，陰樹脂最佳吸附條件為pH=2～3，吸附平衡時(shí)間7h～8h，溫度為室溫，去除率隨六價(jià)鉻濃度的增大呈遞增趨勢(shì)，證明在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該當(dāng)離子累積到一定程度時(shí)，再除雜及回收，可提高除雜效率和降低運(yùn)行成本。同時(shí)也確定了吸附鉻樹脂的再生最佳條件：再生劑濃度為2mol/LNaOH溶液，再生用量為樹脂體積的3.5倍，溫度為常溫，洗脫液濃度Cr（Ⅵ）為8.76g/L。孔美玲[11]利用D301R苯乙烯系大孔陰離子交換樹脂處理電鍍含Cr (Ⅵ)廢水，實(shí)現(xiàn)了鉻和水的回用，并研究了離子交換樹脂污染機(jī)理及復(fù)蘇方法，研究表明：樹脂主要受金屬污染，有機(jī)物污染較輕；污染樹脂復(fù)蘇優(yōu)化條件是：鹽酸濃度20%，浸泡時(shí)間為24h，浸泡溫度為333K，加醇的配比為20%。對(duì)經(jīng)此條件下復(fù)蘇處理的樹脂做吸附實(shí)驗(yàn)，樹脂復(fù)蘇率可達(dá)到76.46%，樹脂的吸附容量、比表面積和孔徑均有很大提高，樹脂中的金屬含量減少，復(fù)蘇效果良好。

傅海霞等[12]，羅斌等[13]用雙陰離子交換柱全飽和流程進(jìn)行含鉻廢水實(shí)驗(yàn)，證明該法可回收含六價(jià)鉻廢水，出水達(dá)標(biāo)排放。其中，羅斌等針對(duì)某電鍍廠含鉻廢水，采用雙陰柱全飽和流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用D301樹脂和雙陰柱全飽和工藝流程，對(duì)六價(jià)鉻的去除效果好，樹脂再生所需再生劑量??；采用逆流再生工藝，先用水反洗，然后再生液反洗，水再反洗，最后酸正洗；將再生液反洗分成兩步，第一步采用上次再生液反洗的后期出水進(jìn)行再生，第二步采用新配置的再生液進(jìn)行再生；再生液反洗樹脂出水作為回收液，回收液中主要含六價(jià)鉻，經(jīng)適當(dāng)處理后可回用于電鍍生產(chǎn)。結(jié)果表明：采用離子交換法處理電鍍廢水實(shí)現(xiàn)六價(jià)鉻閉路循環(huán)以及出水六價(jià)鉻達(dá)標(biāo)排放是可行的。

在近年的工程應(yīng)用方面，劉建等[14]對(duì)山東某電鍍廠鍍鉻廢水應(yīng)用了離子交換蒸濃法工藝，設(shè)計(jì)并建成處理能力為100t/d的廢水處理設(shè)施。實(shí)踐證明：該工藝可實(shí)現(xiàn)鉻閉路循環(huán)利用，外排廢水達(dá)標(biāo)，且能實(shí)現(xiàn)以廢養(yǎng)廢后略有盈余，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。張文啟等[15]對(duì)某減震器公司300t/d的鍍鉻漂洗廢水處理改造成功。該工程利用離子交換和蒸發(fā)濃縮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廢水回用，成功回收了鉻酸溶液，經(jīng)濃縮后回用到生產(chǎn)線上，為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本。廢水處理成本略有提高，但通過污水回用及對(duì)鉻酸資源的回收，節(jié)約了自來水用量、廢水排污費(fèi)、固廢的處理處置費(fèi)及鉻酸的使用量，總體實(shí)際效益可達(dá)758539元/a，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，電鍍含鉻廢水的處理方法各異，各有優(yōu)缺點(diǎn)。但面對(duì)目前我國在環(huán)保和減排方面越來越嚴(yán)格的要求，離子交換法除鉻技術(shù)在處理效率及回收資源方面顯示出其優(yōu)勢(shì)及巨大的應(yīng)用前景。但該法在應(yīng)用中仍需進(jìn)一步改善：

4.1 經(jīng)濟(jì)性方面，離子交換法除鉻技術(shù)運(yùn)行成本較高，尤其當(dāng)鉻酸回用要求高時(shí)，需增加蒸發(fā)濃縮工藝，如何降低運(yùn)行成本是一項(xiàng)亟待解決的任務(wù)。

4.2 樹脂性能方面，六價(jià)鉻被吸附后，會(huì)對(duì)樹脂產(chǎn)生氧化作用，再生率降低較快，縮短了其使用壽命。因而，研究提高樹脂的抗氧化性及使用效率至關(guān)重要，樹脂制造原材料的研究是今后的一個(gè)重要發(fā)展方向。

4.3 樹脂再生方面，離子交換法處理含鉻廢水，就其處理效果來看，是十分理想的，但樹脂吸附飽和及受到污染時(shí)，再生的方式尤為重要，如何提高樹脂的再生效率及減少酸堿耗量仍是值得探討的問題。

[1]賈陳忠,秦巧燕,樊生才.活性炭對(duì)含鉻廢水的吸附處理研究[J].應(yīng)用化工,2006(5)∶369-372.

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[3]楊秋菊,孫凡茂.納米ZrO2和Fe2O3在處理含鉻(VI)廢水中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù),2008(3)∶19-21.

[4]賈金平,謝少艾,陳虹錦.電鍍廢水處理技術(shù)及工程實(shí)例[M].北京∶化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

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[6]王宗雄,趙政明,葉孝雄.離子交換法處理含鉻廢水[J].今日科技, 1978(11).

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[9]羅耀忠.移動(dòng)床離子交換法處理含鉻廢水的原理和應(yīng)用[J].電鍍與環(huán)保,1982(1).

[10]樂華斌.離子交換法處理電鍍含鉻廢水主要工藝參數(shù)研究.武漢工程大學(xué),2006,5.

[11]孔美玲.離子交換法處理C（rⅥ）電鍍廢水工藝的優(yōu)化研究.五邑大學(xué),2012,6.

[12]傅海霞,王成端,等.雙陰離子交換柱處理含六價(jià)鉻廢水及回收研究[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,26(1)∶6-9.

[13]羅斌,董宏宇,等.離子交換回收電鍍廢水中六價(jià)鉻的研究[J].廣州化工,2010,38(3)∶96-99.

[14]劉建,許道銘,卜玉琳.離子交換蒸濃法處理電鍍含鉻廢水[J].工業(yè)水處鈾礦冶,2004,23(1)∶35-39.

[15]張文啟,饒興華,張興林.含鉻電鍍廢水回用及鉻酸回收工程實(shí)踐[J].工業(yè)水處理,2012,32(1)∶75-77.

辛金豪（1981—），男，碩士研究生，工程師，主要從事給排水工作。