關于離子交換法對含鉻(Ⅵ)廢水進行處理的研究

梁艷

（喀喇沁左翼蒙古族自治縣環境保護局，遼寧 朝陽122300）

1 含鉻(Ⅵ)廢水的危害

鉻是人們成長過程中必不可少的元素，但是適量才會有助于成長，如果過量的攝取則會影響健康，因此現實中很多鉻的化合物經常會引發很多病癥。六價鉻是鉻中毒性最強烈的一種，由于其氧化性強、腐蝕性強，而且還能穿透生物體膜，從而影響正常的生物內部水解過程。與此同時還不利于尿素酶的正常活動，降低其磷的含量。其次毒性較弱的為是三價鉻，二價鉻和金屬鉻的毒性是最弱的。

如果體內存在過量的鉻酸鹽或者是鉻酸，就會積壓在肺中，日久便會引起鉻中毒的情況，此外，現實中還有很多因為鉻過量而引發的癥狀開始出現，例如鼻出血、瘙癢、鼻子粘膜潰爛等，如果這種情況嚴重的還會引發軟骨的穿孔，導致呼吸道中毒，從而還會讓人出現腹痛、嘔吐、貧血等情況。這些都是含鉻廢水對于人類的潛在危害。除此之外，如果皮膚不慎接觸到鉻的廢水還會引起濕疹、皮炎等情況，尤其是那些暴露在外面的皮膚，一旦接觸就會引發很嚴重的潰爛情況，因此人們稱之為“鉻瘡”。

由于含鉻(Ⅵ)廢水污染嚴重，因此大力開展含鉻(Ⅵ)廢水的污染防治研究是保護環境和造福人類的重要任務。

2 離子交換法及其在水處理中的應用

離子交換法是以離子交換樹脂過濾原水，水中的離子就會與其他離子交換，從而將水中的離子去掉，所謂離子交換法就是去除陰離子的過程，通過此種方法的使用，水中的有害物質會大大降低，從而降低其對人們身體的傷害。

3 離子交換樹脂的類型

離子交換樹脂的類型也會根據酸堿性不同而有所區別，下面就對其進行總結：

3.1 強酸性陽離子樹脂：由此可以看出，強酸性是其顯著特點，通過離解，很多負電基團就會去自動吸附液體中的其他陽性離子，這個反應過程中，樹脂中的H+就會和陽離子進行交換，從而實現離子交換的目的。此外，這種樹脂的離解能力相對較強，因此交換的效果也比較強。

3.2 弱酸性陽離子樹脂：弱酸性基團較多是這種樹脂的特點，可以有效的將水中的H+離子進行分解，促使其酸性提升。分解后的負離子可以和其他陽離子進行吸附、結合、交換，從而實現交換的目的。但是這種樹脂由于其酸性比較弱，因此所產生的反映的環境也比較特殊，例如，堿性、微酸性等都可以實現這種交換。

3.3 強堿性陰離子樹脂：這類樹脂含有強堿性基團，如季胺基(亦稱四級胺基)-NR3OH (R 為碳氫基團)，能在水中離解出OH-而呈強堿性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。這種樹脂的離解性很強，在不同pH 下都能正常工作。

3.4 弱堿性陰離子樹脂：這類樹脂含有弱堿性基團，在水中能離解出OH-而呈弱堿性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用，這種樹脂在多數情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件下工作。

4 離子交換樹脂的再生

離子交換樹脂經過一段時間就會發生狀態上的改變，首先，吸附的雜質會越來越多，甚至會接近飽和，從而就需要利用化學反應對其進行再生的處理。例如，利用化學藥劑對現有的被吸附離子以及雜質進行去除，從而確保原來的性質和構成成分恢復。但是現實中，還需要考慮成本問題，在再生過程中，可以通過有效控制再生費用，需要控制好再生的藥物用量，既做到經濟合理，也能夠起到再生的效果。

所謂再生就是化學反應的逆化過程，根據化學反應的平衡原理，如果想要提高某一種物質在水中的含量，就可以考慮提高再生藥物劑量的增加，從而促使再生速度和效果的提升。但是如果再生藥物的劑量過大，雖然能達到再生的效果，但是往往反而降低了利用率。

5 離子交換法在水處理中的應用

目前，離子交換法廣泛應用于化肥廢水、含釩(Ⅵ)廢水、制藥業及飲用水等水處理中。

5.1 離子交換法在化肥廢水處理中的應用

在硝銨廢水的處理中，采用了離子交換法。研究表明：當NH4+濃度低于325 mg/L，NO3-濃度低于176 mg/L 時，通過強酸性陽離子交換樹脂去除銨離子，然后再用弱堿性陰離子交換樹脂去除硝酸鹽。陽離子交換樹脂用56% H2SO4再生，陰離子交換樹脂用16% NH3OH 再生，兩種再生流出液經混合、中和后，送入蒸發器濃縮，與生產的液體肥料混合，出水NH4+為8.7 mg/L，NO3為7.0 mg/L，達到國家排放標準。

5.2 離子交換法在含釩(Ⅵ)廢水處理中的應用

采用離子交換法雙陰柱全飽和工藝處理鐵合金廠含釩(Ⅵ)廢水。離子交換柱高4 m，直徑1 m，共有3 組，內裝D201 陰離子交換樹脂，樹脂床高2 m，飽和樹脂用NaOH 溶液洗脫。結果表明，每升濕的D201 陰樹脂對釩(Ⅵ)的交換容量為41 g/L，其處理水能力為10 m3/h，經處理過的水，釩(Ⅵ)的濃度1 mg/L，釩(Ⅵ)的去除率達98%，達到國家排放標準。

5.3 離子交換法在制藥業廢水處理中的應用

采用離子交換法從制藥廢水中提取土霉素，其工藝條件為：采用001×3 型樹脂，轉換成銨型樹脂，離子交換液pH 值調節為8.0～8.5 進行吸附，流量為2.0 mL/min，解吸劑氨水濃度為0.5 mol/L 進行解吸，土霉素回收率為81%。通過提取回收土霉素生產廢水中的殘留土霉素，可以有效地降低高濃度有機廢水中的有機污染物的含量，總有機污染物去除率可達83.4%，同時還可以消除殘留的土霉素對微生物處理有機廢水的抑制作用，減輕生化處理廢水的運行負荷。

5.4 離子交換法在飲用水處理中的應用

根據我國許多地方的地下水和泉水中硒含量超標嚴重，采用離子交換法去除水中硒離子使水達到生活飲用水的標準。原水硒質量濃度100 μg/ L，濾速5.1 m/h，水力負荷5.1 m3/(h·m2)，總工作時間64 h，實驗表明：在pH = 12、攪拌時間1 h、溫度30 ℃時，樹脂的吸附容量最大，硒的去除率也最高。從而得強堿性陰離子樹脂除硒率可達98%以上，經過處理的水完全能滿足現行生活飲用水水質標準中硒的質量濃度的規定。

6 離子交換法原理

離子交換法的基本原理是：通過離子交換劑上的活動離子與水中具有相同電荷的離子交換以去除水中離子的方法，即是離子交換樹脂中的陰離子與液相中的離子所產生化學反應，這種化學反應可逆性比較強，例如，液相中的離子如果是樹脂比較偏好的一種就會被其吸引而產生吸附的現象，為了維持溶液中的中性，很多等價的離子就會出現。

廢水中的鉻(Ⅵ)主要以CrO42-、Cr2O72-形式存在。以強堿性陰離子交換樹脂為吸附劑，其中樹脂中的陰離子與鉻(Ⅵ)發生離子交換，鉻(Ⅵ)被樹脂固定，而釋放樹脂中天然陰離子。即為樹脂與廢水中的CrO42-、Cr2O72-等發生交換，達到去除鉻(Ⅵ)的目的，使廢水得到凈化。其反應式可表示為：

2ROH +CrO42-→R2CrO4+ 2OH-

2ROH +Cr2O72-→R2Cr2O7+ 2OH-

鉻(Ⅵ)去除率計算公式為：

式中：C0——模擬鉻(Ⅵ)溶液的濃度，mg/L；

C ——吸附后溶液中含鉻(Ⅵ)離子的濃度，mg/L；

ρ ——鉻(Ⅵ)去除率，%。