含鉻廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

萬志鵬

(江西師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江西 南昌 330022)

鉻及其化合物在化工生產(chǎn)中應(yīng)用及其廣泛，涉及電鍍、冶金、染料、制革、油漆及膠片等行業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生大量的含鉻廢水，嚴(yán)重污染了環(huán)境并威脅到人類的健康。含鉻廢水以三價和六價化合物的形式存在，且Cr(VI)的毒性比Cr(III)大得多，會通過食物鏈的累積進(jìn)入到人體，破壞細(xì)胞正常的代謝，致癌致畸變作用強。因此，很多國家都視Cr(VI)為嚴(yán)重污染物，例如美國環(huán)保署就將Cr(VI)視為高度危險的有毒物質(zhì)之一；我國也在工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)中要求Cr(VI)的質(zhì)量濃度小于0.5mg/L。含鉻廢水在實際處理過程中一直是個比較棘手的問題，且隨著人們對環(huán)境保護(hù)和自身健康的愈加重視，國家對廢水處理的要求也越來越嚴(yán)格。廢水處理技術(shù)一直是研究的重點，而含鉻廢水因其巨大的危害性更是工業(yè)廢水中處理的重要領(lǐng)域。目前含鉻廢水處理方法很多，有化學(xué)沉淀法、吸附法、膜分離法、電解法、光化學(xué)還原法等，本文就其中一些典型處理方法和新研究開發(fā)的處理技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，為相關(guān)化工企業(yè)及研究人員提供一些參考。

1 吸附法

吸附劑具有孔隙率大、比表面積大、表面活性高等特點，利用吸附劑的吸附作用處理含鉻廢水是研究的熱點，常用的吸附劑有活性炭、粉煤灰、膨潤土、沸石、農(nóng)業(yè)廢棄物等。吸附法處理含鉻廢水操作簡單方便、處理效果好、成本低、可循環(huán)使用吸附劑，但傳統(tǒng)的吸附劑存在吸附容量低、吸附速率慢等缺點，為此，不斷有研究者致力于開發(fā)新型高效廉價吸附材料或?qū)ΤＲ娢絼┍砻孢M(jìn)行改性處理以提高其吸附性能。衛(wèi)新來等[1]對廢棄棉鈴殼進(jìn)行酸改性并用于處理含鉻廢水，比較研究改性前后棉鈴殼的吸附性能差異，并考察吸附時間、溶液pH值、吸附劑投加量以及溫度對吸附性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性后的棉鈴殼吸附性能明顯增強，增加吸附時間和溫度都有利于對廢水中鉻離子的吸附，在室溫、pH值為2、吸附時間為2 h時，鉻離子的去除率能夠達(dá)到99.3%。利用改性棉鈴殼處理含鉻廢水有望實現(xiàn)以廢治廢、節(jié)約資源的目的。馬萬征等[2]利用活性炭-珍珠巖復(fù)合材料處理含鉻廢水，研究發(fā)現(xiàn)在鉻離子約0.1μg/mL，活性炭、珍珠巖投放量分別為500mg、50mg，吸附時間130 min，pH值為4、反應(yīng)溫度為25℃時，Cr6+的去除率可達(dá)到96%。王銳剛[3]利用甘蔗廢渣處理吸附含鉻廢水，在室溫下研究了溶液pH、廢渣用量、甘蔗廢渣粒徑、鉻離子初始濃度等對吸附的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于甘蔗廢渣活性點位的強烈吸附，可以有效去除廢水中的鉻離子，增加甘蔗用量和減小甘蔗粒徑鉻離子去除率增加；Cr(III)的去除效果隨pH值的增大而增大，而Cr(VI)則相反；甘蔗廢渣對Cr(III) 的吸附較Cr(VI)強。隨著吸附分離技術(shù)的不斷進(jìn)步和各種新型高效的吸附材料不斷被開發(fā)出來，吸附劑用于處理含鉻廢水將有著廣闊的前景。

2 光催化法

光催化法[4]是近幾年發(fā)展起來的處理廢水的新方法，利用半導(dǎo)體作催化劑處理廢水，固體半導(dǎo)體在太陽光的照射下吸收能量激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對，利用電子的還原性和空穴的氧化性來有效地降解水體中的污染物。常見的光催化劑有TiO2、ZrO2納米管等，其中納米TiO2因其量子產(chǎn)量多、性質(zhì)穩(wěn)定、成本低等特點，研究地較多。劉存海[5]等采用微波輔助低溫法制備出銳鈦礦型TiO2薄膜，在自制的光催化反應(yīng)器中進(jìn)行光降解實驗處理含鉻廢水，TiO2膜在紫外光照射下產(chǎn)生大量光生電子使廢水中的Cr(VI)迅速還原為Cr(III)，調(diào)節(jié)pH可使Cr(III)在光照射下轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀，從而沉降除去；在最優(yōu)條件下總鉻去除率可達(dá)到99.8%。牟科全等[6]采用陽極氧化制備出的ZrO2納米管，能有效提高ZrO2的量子效率，增大其表面積，有利于光催化還原過程Cr(VI)的還原和固載；以ZrO2納米管為光催化劑，甲醛為空穴捕獲劑，在紫外光照射下ZrO2納米管產(chǎn)生光生電子將低濃度含鉻廢水中的 Cr( VI) 還原并固載于其表面實現(xiàn)鉻的完全去除；80 min內(nèi)去除率可達(dá)到99.4%。光催化法處理含鉻廢水無需加入還原化學(xué)藥劑，在充分利用太陽光和人工光的作用下就可將Cr(VI)還原為Cr(III)，但目前由于光催化機理研究的還不夠透徹，光照控制起來困難，還未在工業(yè)上普遍使用。

3 膜分離法

膜分離法[7]處理含鉻廢水利用選擇性透過膜兩側(cè)壓力差、濃度差、電位差等物性差異為推動力使物質(zhì)進(jìn)行分離，膜分離技術(shù)通常有電滲析、反滲透、超濾、液膜法、膜生物反應(yīng)器、納濾等。近年來，膜分離技術(shù)因其分離效率高、無二次污染、自動化程度高等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。黃婕等[8]采用NF-1812卷式納濾膜于室溫條件下處理含鉻廢水，研究考察了壓力、濃度等對納濾膜處理效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在0.25～0.55MPa范圍內(nèi)壓力升高，膜通量隨之變大，廢水處理能力也提高，但膜對鉻離子的截留率有所下降，納濾膜對Cr(III)的截留率總體上高于Cr(VI)；NF1812卷式納濾膜能夠有效處理含鉻廢水中的三價鉻離子。隨著研究的不斷深入，納濾技術(shù)作為一種新型膜分離技術(shù)，有望在含鉻廢水處理中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

4 納米材料在含鉻廢水處理中的應(yīng)用

5 總結(jié)與展望

鉻等重金屬對水體的污染和對人類健康的影響日益受到國內(nèi)外的光泛關(guān)注，現(xiàn)有工業(yè)上含鉻廢水處理技術(shù)大多采用化學(xué)沉淀方法和吸附法，但容易產(chǎn)生二次污染，清理不夠徹底等問題。隨著環(huán)保要求的越來越嚴(yán)格，對含鉻廢水進(jìn)行綜合防治、以廢治廢將是研究的重點。目前一些新型處理方法如光催化法、膜分離法及利用納米材料處理含鉻廢水雖高效方便，但大多停留在實驗室階段，條件簡單易掌握，但實際工業(yè)上含鉻廢水處理往往影響因素更為復(fù)雜，難以把控，處理起來困難。所以，科學(xué)工作者還應(yīng)當(dāng)繼續(xù)開發(fā)研究更為高效節(jié)能、環(huán)境友好、能實際應(yīng)用的含鉻廢水處理技術(shù)。