含鉻廢水處理技術研究進展

萬志鵬

(江西師范大學 化學化工學院，江西 南昌 330022)

鉻及其化合物在化工生產中應用及其廣泛，涉及電鍍、冶金、染料、制革、油漆及膠片等行業。工業生產產生大量的含鉻廢水，嚴重污染了環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入到人體，破壞細胞正常的代謝，致癌致畸變作用強。因此，很多國家都視Cr(VI)為嚴重污染物，例如美國環保署就將Cr(VI)視為高度危險的有毒物質之一；我國也在工業廢水排放標準中要求Cr(VI)的質量濃度小于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，且隨著人們對環境保護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格。廢水處理技術一直是研究的重點，而含鉻廢水因其巨大的危害性更是工業廢水中處理的重要領域。目前含鉻廢水處理方法很多，有化學沉淀法、吸附法、膜分離法、電解法、光化學還原法等，本文就其中一些典型處理方法和新研究開發的處理技術進行總結，為相關化工企業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、農業廢棄物等。吸附法處理含鉻廢水操作簡單方便、處理效果好、成本低、可循環使用吸附劑，但傳統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新型高效廉價吸附材料或對常見吸附劑表面進行改性處理以提高其吸附性能。衛新來等[1]對廢棄棉鈴殼進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，結果發現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到99.3%。利用改性棉鈴殼處理含鉻廢水有望實現以廢治廢、節約資源的目的。馬萬征等[2]利用活性炭-珍珠巖復合材料處理含鉻廢水，研究發現在鉻離子約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、反應溫度為25℃時，Cr6+的去除率可達到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，結果發現，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。隨著吸附分離技術的不斷進步和各種新型高效的吸附材料不斷被開發出來，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]是近幾年發展起來的處理廢水的新方法，利用半導體作催化劑處理廢水，固體半導體在太陽光的照射下吸收能量激發產生電子-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因其量子產量多、性質穩定、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器中進行光降解實驗處理含鉻廢水，TiO2膜在紫外光照射下產生大量光生電子使廢水中的Cr(VI)迅速還原為Cr(III)，調節pH可使Cr(III)在光照射下轉化為Cr(OH)3沉淀，從而沉降除去；在最優條件下總鉻去除率可達到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鉻的完全去除；80 min內去除率可達到99.4%。光催化法處理含鉻廢水無需加入還原化學藥劑，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壓力差、濃度差、電位差等物性差異為推動力使物質進行分離，膜分離技術通常有電滲析、反滲透、超濾、液膜法、膜生物反應器、納濾等。近年來，膜分離技術因其分離效率高、無二次污染、自動化程度高等優點而受到廣泛關注。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，結果發現在0.25～0.55MPa范圍內壓力升高，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，納濾技術作為一種新型膜分離技術，有望在含鉻廢水處理中發揮關鍵作用。

4 納米材料在含鉻廢水處理中的應用

5 總結與展望

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外的光泛關注，現有工業上含鉻廢水處理技術大多采用化學沉淀方法和吸附法，但容易產生二次污染，清理不夠徹底等問題。隨著環保要求的越來越嚴格，對含鉻廢水進行綜合防治、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，但實際工業上含鉻廢水處理往往影響因素更為復雜，難以把控，處理起來困難。所以，科學工作者還應當繼續開發研究更為高效節能、環境友好、能實際應用的含鉻廢水處理技術。