離子交換法處理回用電鍍含鉻廢水的研究進展

辛金豪

（佛山市新泰隆環保設備制造有限公司 廣東佛山 528300）

離子交換法處理回用電鍍含鉻廢水的研究進展

辛金豪

（佛山市新泰隆環保設備制造有限公司 廣東佛山 528300）

簡述了常用的含鉻廢水處理技術，重點介紹了近年國內離子交換法對電鍍含鉻廢水處理回用技術，為該類廢水的處理回用提供參考依據。

離子交換法；處理回用；電鍍含鉻廢水；研究進展

1 前言

隨著經濟發展和國家對環境保護及節能減排的日益重視，國家嚴控各類污染向環境的排放，電鍍行業的鉻污染是其中較為突出的污染問題。

電鍍廢水中含強致癌物質六價鉻，且排放數量大，是我國工業廢水的主要污染源之一，尋求有效的、經濟合理的含鉻廢水處理技術是當今環境保護的重要研究課題。

2 電鍍含鉻廢水常規處理技術

目前，國內處理含鉻廢水的方法較多，按其原理分，主要分為：物理方法、化學法、物理化學法、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環節，很少單獨使用。常用的物理方法為：吸附法、膜分離法、蒸發濃縮法。

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驗室模擬含鉻廢水，處理效果可達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，需進一步改進。

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

膜分離法是利用反滲透膜、電滲析等膜兩側產生的壓力差、電位差為推動力，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，可實現資源回收利用，但投資大，運行費用高，不適用于處理大量的廢水，應用上受到一定局限。

蒸發濃縮法主要利用熱源和蒸發器直接濃縮廢水，常與離子交換法等聯合使用。該處理方法可實現資源回收，避免環境污染，實現清潔生產，結果比較理想，但該法能耗高，需結合太陽能和熱泵技術的應用，方可大幅降低蒸發濃縮法處理電鍍廢水的成本[2]。

2.2 化學方法

化學方法是國內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鉻還原成毒性低的三價鉻，然后進行中和沉淀去除。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。鋇鹽法在國內外應用的不多，應用最多的為藥劑還原法。化學法工藝簡單成熟，應用廣泛；但加藥量大，人工操作量大，沉淀物形成含鉻污泥，會造成二次污染。

2.3 物理化學方法

物理法學法是結合物理及化學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，不少學者做了催化劑在含鉻廢水中的應用研究，結果表明，可有效去除六價鉻[3]。

電解法是較成熟的電鍍廢水處理技術。有學者利用鐵屑內電解原理制成的動態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，使廢水中的六價鉻還原為三價鉻，然后被菌體吸附和絡合，經固液分離，廢水達標排放或回用。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單、投資少、能耗低、運行費用少，但受功能菌制約，處理出水較難達到回用標準，今后利用基因工程技術制造高效除鉻菌將是生物法除鉻的發展方向。

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點，發展前景良好。

綜上所述，含鉻廢水處理技術發展至今，方法多且各具優缺點。為滿足目前國家對環保、節能減排的要求，采用技術可行、有經濟和社會效益的方法是大勢所趨；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展

多年來，學者們一直進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70年代，我國就有設計院專門對離子交換法處理電鍍含鉻廢水展開研究，并設計了雙陰柱串聯全包和流程，在生產上實現了水及鉻酸的循環使用，變廢為寶，綜合利用[5]。王宗雄等[6]設計制造了“雙陰柱串聯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#強堿性陽樹脂，用于寧波某電鍍廠處理含鉻廢水，達到當時的排放標準及回收了鉻酸。

上世紀80、90年代，電鍍行業發展迅速，電鍍廢水處理技術的研究也有進一步發展。周仕錚等[7]用離子交換法進行處理鈍化含鉻廢水試驗研究，試驗結果表明：凝膠型強堿樹脂(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]成功地設計安裝了移動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，生產運行四年多，性能良好，具有出水質量好、可循環利用水和回收鉻酸等優點，減少占地面積及樹脂用量，節約開支。

進入21世紀至今，各大高校、研究院及環保學者在離子交換法除鉻技術方面的研究越來越細化；在工藝運行、樹脂的選擇和再生、鉻酸回收等進行更深入的研究。樂華斌[10]利用某電鍍廠的含鉻廢水進行試驗證明：采用“逆流漂洗—凈化—濃縮—回收利用”工藝，不僅實現了六價鉻的零排放，且可回收金屬化合物；漂洗廢液中六價鉻含量在15g/L以上，陰樹脂最佳吸附條件為pH=2～3，吸附平衡時間7h～8h，溫度為室溫，去除率隨六價鉻濃度的增大呈遞增趨勢，證明在實際生產中，應該當離子累積到一定程度時，再除雜及回收，可提高除雜效率和降低運行成本。同時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，實現了鉻和水的回用，并研究了離子交換樹脂污染機理及復蘇方法，研究表明：樹脂主要受金屬污染，有機物污染較輕；污染樹脂復蘇優化條件是：鹽酸濃度20%，浸泡時間為24h，浸泡溫度為333K，加醇的配比為20%。對經此條件下復蘇處理的樹脂做吸附實驗，樹脂復蘇率可達到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行含鉻廢水實驗，證明該法可回收含六價鉻廢水，出水達標排放。其中，羅斌等針對某電鍍廠含鉻廢水，采用雙陰柱全飽和流程進行實驗，實驗結果表明：采用D301樹脂和雙陰柱全飽和工藝流程，對六價鉻的去除效果好，樹脂再生所需再生劑量小；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行再生，第二步采用新配置的再生液進行再生；再生液反洗樹脂出水作為回收液，回收液中主要含六價鉻，經適當處理后可回用于電鍍生產。結果表明：采用離子交換法處理電鍍廢水實現六價鉻閉路循環以及出水六價鉻達標排放是可行的。

在近年的工程應用方面，劉建等[14]對山東某電鍍廠鍍鉻廢水應用了離子交換蒸濃法工藝，設計并建成處理能力為100t/d的廢水處理設施。實踐證明：該工藝可實現鉻閉路循環利用，外排廢水達標，且能實現以廢養廢后略有盈余，經濟效益和社會效益明顯。張文啟等[15]對某減震器公司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濃縮技術，實現了廢水回用，成功回收了鉻酸溶液，經濃縮后回用到生產線上，為企業節約了生產成本。廢水處理成本略有提高，但通過污水回用及對鉻酸資源的回收，節約了自來水用量、廢水排污費、固廢的處理處置費及鉻酸的使用量，總體實際效益可達758539元/a，經濟效益明顯。

4 結語與展望

綜上所述，電鍍含鉻廢水的處理方法各異，各有優缺點。但面對目前我國在環保和減排方面越來越嚴格的要求，離子交換法除鉻技術在處理效率及回收資源方面顯示出其優勢及巨大的應用前景。但該法在應用中仍需進一步改善：

4.1 經濟性方面，離子交換法除鉻技術運行成本較高，尤其當鉻酸回用要求高時，需增加蒸發濃縮工藝，如何降低運行成本是一項亟待解決的任務。

4.2 樹脂性能方面，六價鉻被吸附后，會對樹脂產生氧化作用，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重要，樹脂制造原材料的研究是今后的一個重要發展方向。

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，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.活性炭對含鉻廢水的吸附處理研究[J].應用化工,2006(5)∶369-372.

[2]郭德豪,范圣紅.節能和回收型電鍍廢水處理設備[J].電鍍與涂裝,2011(1)∶44-47.

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

[4]賈金平,謝少艾,陳虹錦.電鍍廢水處理技術及工程實例[M].北京∶化學工業出版社,2003.

[5]北京市北郊木材廠,五機部第五設計院.離子交換除鉻技術（工業廢水處理）[M].河北省深澤縣印刷廠,1977.

[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).

[7]周仕錚,賀星泉.用離子交換法處理鈍化含鉻廢水試驗[J].重慶建筑工程學院學報,1982(3).

[8]羅耀忠.移動床離子交換法處理含鉻電鍍廢水[J].環境污染與防治,1981(2).

[9]羅耀忠.移動床離子交換法處理含鉻廢水的原理和應用[J].電鍍與環保,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研究.武漢工程大學,2006,5.

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

[12]傅海霞,王成端,等.雙陰離子交換柱處理含六價鉻廢水及回收研究[J].西南科技大學學報,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踐[J].工業水處理,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。