水中鉻處理方法的研究進展

孫艷濤 劉適博 李婷婷 崔運成

摘 要：根據(jù)研究表明Cr6+離子不利于人的身體健康，因此必須嚴格控制其在水中的含量。尋求處理效果好、經(jīng)濟性能高的處理方法和處理材料一直是該領(lǐng)域的研究熱點。簡要敘述了常見水中鉻的處理方法，為環(huán)境測試工作提供理論指導(dǎo)。

關(guān) 鍵 詞：Cr6+;處理方法;研究進展

中圖分類號：X 703 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）06-1368-03

Research Progress in Treating Chromium in Water

SUN Yan-tao1，2，LIU Shi-bo1，2，LI Ting-ting1，2，CUI Yun-cheng1，2

（1. College of Chemistry， Jilin Normal University， Jilin Siping 136000， China; 2. Key Laboratory of Preparation and Applications of Environmmental Frendly Materials of Ministry of Education， Jilin Normal University， Jilin Siping， 136000， China）

Abstract： Hexavalent chromium ion is bad for people's health， so its content in the water must be strictly controlled， especially in the treatment of industrial wastewater. The treatment method and materials with better effect and economic performance have been a research focus. In this paper， common treating methods of chromium in water were discussed， which could provide theoretical guidance for monitoring analysis of environment.

Key words： Cr6+; Processing method;Research progress

鉻在地殼中屬于分布較廣的元素之一，主要化合價有二價態(tài)、三價態(tài)、六價態(tài)，其中以Cr3+和Cr6+較常見。Cr3+是無毒的，并且是人體所必須的微量元素之一。與此相反Cr6+是有毒的，如果食用含量超標(biāo)的鉻污水所生長出來的食物，短期內(nèi)將刺激人體的皮膚或黏膜，長期則會引起癌癥[1]。另外三價鉻在環(huán)境中遷移時可能會轉(zhuǎn)化為六價鉻而使毒性增強。水體中鉻含量測定越來越受到環(huán)境監(jiān)測工作者的關(guān)注。目前，水中六價鉻測定的主要方法包括分光光度法[2-4]、原子吸收分光光度法[5-7]、熒光光譜法[8]、電化學(xué)方法[9，10]、離子色譜法[10]和電感耦合等離子體[11，12]等多種方法。由于含鉻廢水危害大，因此如何有效、快速的將水中的鉻分離出來變得尤為重要，本文綜述近幾年國內(nèi)含鉻廢水的處理方法，為含鉻廢水的快速、有效測定提供參考依據(jù)。

1 吸附法

在各種除鉻方法中，吸附法具有低廉高效、操作簡單、不易造成二次污染等優(yōu)點而被廣泛關(guān)注。具有較好應(yīng)用前景的吸附劑主要有礦物、金屬氧化物、水滑石類、活性炭、碳納米管和樹脂等[13]。

1.1 礦物和金屬氧化物類吸附劑

礦物（石英砂、沸石、蒙脫石、蛭石等）和金屬氧化物（鐵氧化物、鋁氧化物等）廣泛存在于環(huán)境中，一般具有較大的比表面積，在通常的pH范圍內(nèi)，對水中的金屬離子通常具有較好的吸附能力，通過其表面官能團的離子交換和絡(luò)合等作用吸附去除水中的污染物。詹予忠等利用鎂鋁堿式鹽改性斜發(fā)沸石吸附水中鉻離子的原理來對其進行了研究，其研究表明改性過的吸附劑吸附效果有了明顯改善[14]。周曉謙等對納米TiO2這類金屬氧化物處理含鉻廢水進行了研究，研究表明在pH=2.5吸附效果最好，并且其研究顯示無論廢水中鉻離子濃度為多少，只要給予反應(yīng)足夠反應(yīng)時間，TiO2這類金屬氧化物的吸附率可達99.6%[15]。同時他發(fā)現(xiàn)采用復(fù)合催化劑處理含鉻廢水比單用納米TiO2處理效果好[16]。李春光等人以納米TiO2為吸附劑，發(fā)現(xiàn)如果在反應(yīng)中加入EDTA有助于去除鉻離子[17]。

1.2 水滑石類或?qū)訝铍p金屬氫氧化物吸附劑

水滑石類吸附劑是納米陰離子粘土，該吸附劑既可以從自然界中直接獲得，也可以通過人工合成的方法得到。該吸附劑具有明顯的八面體結(jié)構(gòu)，吸附劑中既帶正電荷也帶負電荷，因其層中帶有不同電荷的特點，使得層間結(jié)合力大大被削弱，因而導(dǎo)致其對水中鉻離子具有較好的吸附能力。姜述芹等對氫氧化鎂處理不同pH的含鉻廢水進行，研究表明不同pH下含鉻廢水的處理都能達到98%，并且氫氧化鎂還可以經(jīng)過簡單處理（輕燒）進而循環(huán)利用[18]。

1.3 碳類吸附劑

活性炭、碳納米管具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積等結(jié)構(gòu)特征，因此他們多作為水處理中常用的吸附劑。賈陳忠等利用了活性炭吸附含鉻廢水，處理效果很好，處理率達到99%以上，并且吸附符合Freundlich等溫模式[19]。許柱何利用煤炭固體廢物粉煤灰作為吸附劑來處理含鉻廢水，其處理效果較好，處理過程無毒害，處理費用低[20]。徐姝穎等利用被氫氧化鈉所改性的粉煤灰對含鉻廢水進行處理，其研究結(jié)果表明改性后的粉煤灰處理廢水的效果有了明顯改善[21]。王湖坤等以高爐水淬渣處理含鉻廢水，pH=1、高爐水淬渣粒度為0.053 mm時吸附率可達95.61%[22]。

2 膜分離法

使用膜分離技術(shù)分離原料時膜的兩側(cè)一定存在著某種推動力（如電位差、壓力差、濃度差等），我們就可充分的利用這種推動力使原料組分選擇性的透過膜從而實現(xiàn)物質(zhì)的分離[23]。任鐘旗等就膜的特性進行了研究，他們利用中空纖維更新液膜來處理含鉻廢水，其研究結(jié)果表明該方法有明顯的處理效果，其去除率達到99.8%[24]。劉存海等采用復(fù)合處理方法，采用NaHSO3使Cr6+還原成為Cr3+，利用隔膜電解的方法使Cr3+陰極區(qū)，然后陰極銀表面上的載體SiO2吸附鉻離子[25]。

3 離子交換法

離子交換法是利用離子交換樹脂上的可以提供交換離子與含鉻廢水中Cr6+進行交換，再使用相應(yīng)的方法解吸，從而對Cr6+進行濃縮的一種處理方法[26]。唐樹和等采用的是陰離子交換樹脂，處理效果較好，可達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)[27]。劉建等介紹了用離子交換蒸餾法來處理含鉻廢水，其研究表明經(jīng)過該法處理的廢水符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)[28]。吳克明等人采用反應(yīng)柱樹脂法對含鉻廢水進行處理，其探究了反應(yīng)中pH的不同、振蕩時間的不同、離子交換樹脂的用量的不同對反應(yīng)所產(chǎn)生的影響[29]。吳克明等處理含鉻廢水時如果鉻離子濃度為600 mg/L左右，我們通過調(diào)節(jié)溶液的pH使pH=3，這時如果使用填充樹脂類吸附劑的反應(yīng)柱對其進行廢水處理，鉻離子的去除率可達到98%[30]。

4 還原沉淀法

還原沉淀法是在酸性條件下向水中加入還原劑，利用還原劑的還原性使Cr6+還原成Cr3+，然后向水中加入石灰或氫氧化鈉等堿性物質(zhì)，鉻離子就會生成氫氧化鉻沉淀沉淀下來，從而達到除去鉻離子的目的[31]。經(jīng)常使用的還原劑有SO2、FeSO4、Na2SO3、NaHSO3、Fe等。吳克明等對FeSO4、Na2SO3、NaHSO3分別作為還原劑對廢水進行處理，其處理效果效果表明：FeSO4作為還原劑時其去除率可達99.98%，而Na2SO3、NaHSO3作為還原劑時，對處理條件要求較高，其反應(yīng)pH要求在2左右，實際生產(chǎn)中很難實現(xiàn)[32]。由于在反應(yīng)過程中不用調(diào)節(jié)pH，郭壯對哈爾濱軸承廠進行了研究，該廠應(yīng)用FeSO4還原沉淀法對污水進行處理，得到了很好處理效果[33]。

5 電解法

電解法是利用惰性不同的兩電極進行廢水處理，其中鐵作為陽極，碳做陰極，通電條件下，鐵被氧化產(chǎn)生Fe2+，酸性條件下時，將Cr6+還原為Cr3+。其中水中H+不斷減少，pH值不斷上升，導(dǎo)致Cr3+在堿性條件下同OH- 結(jié)合生成Cr（OH）3沉淀，從而使鉻分離出來。周杰等對其作了研究，研究表明該法對廢水中鉻達到了很好的去除效果，去除率可達99.98%[34]。趙麗等采用電解的方法處理含鉻廢水，當(dāng)反應(yīng)條件在pH=3、反應(yīng)時間為40 min，含鉻廢水的處理率可達94%[35]。

6 生物法

6.1 微生物法

微生物法的原理包括：生物絮凝、微生物吸附以及微生物還原。生物絮凝的原理是利用微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物作為絮凝劑對重金屬離子進行沉淀的一種方法;微生物吸附的原理是利用生物體自身所擁有的化學(xué)結(jié)構(gòu)和成分特征來吸附廢水中的重金屬離子從而達到處理含鉻廢水的目的。微生物還原的原理是利用微生物生長過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物或者是分泌的酶來還原Cr6+離子從而達到處理含鉻廢水的目的[36]。周渝生等人對其進行了研究，在一定的溫度、pH條件下培養(yǎng)復(fù)合微生物菌，使其處理含鉻廢水，研究表明使用微生物法對含鉻廢水進行處理，其去除率可達99%以上[37]。

6.2 植物法

植物修復(fù)法的原理是利用植物對污水中的鉻進行吸收、沉淀、富集等作用從而達到處理含鉻廢水的目的。植物修復(fù)法可處理已經(jīng)被污染的生態(tài)環(huán)境，在治理的過程中修復(fù)了生態(tài)環(huán)境，并且成本比較低。但至今植物修復(fù)法并沒有取得突破性進展，因為大部分植物處理的鉻廢水都是低濃度的，而且富集后的植物是采用焚燒填埋處理，很容易造成二次污染。北方焚燒玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，造成了嚴重的環(huán)境污染同時增加了火災(zāi)隱患，陶長元等人對秸稈等農(nóng)林生物質(zhì)進行了研究，其表明該法會降低鉻的處理成本，其中改性過的植物去除鉻離子效果比沒有改性過的植物處理效果好[38]。梁愛琴等人使用磷酸對木屑進行改性，研究表明改性后的木屑比未改性之前去除效果更好[39]。

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，環(huán)境污染也越發(fā)的嚴重。單是從處理方法的多樣性可以看出來由于環(huán)境污染人們對環(huán)境保護越來越多的重視，水中鉻的處理方法會越來越傾向于環(huán)?；?、科技化。但是實際的處理過程中也不能依靠一種方法來達到處理鉻廢水的目的，如果條件允許的話可以多種處理技術(shù)結(jié)合從而達到處理的目的。另外含鉻廢水的處理方法雖然能使廢水達到可循環(huán)利用的目的，但也只是治標(biāo)不治本，所以我們應(yīng)該從源頭上找出生產(chǎn)工藝上的缺陷，盡量完善工藝流程以達到綠色化生產(chǎn)的目的。

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