關(guān)于離子交換法對(duì)含鉻(Ⅵ)廢水進(jìn)行處理的研究

梁艷

（喀喇沁左翼蒙古族自治縣環(huán)境保護(hù)局，遼寧 朝陽(yáng)122300）

1 含鉻(Ⅵ)廢水的危害

鉻是人們成長(zhǎng)過(guò)程中必不可少的元素，但是適量才會(huì)有助于成長(zhǎng)，如果過(guò)量的攝取則會(huì)影響健康，因此現(xiàn)實(shí)中很多鉻的化合物經(jīng)常會(huì)引發(fā)很多病癥。六價(jià)鉻是鉻中毒性最強(qiáng)烈的一種，由于其氧化性強(qiáng)、腐蝕性強(qiáng)，而且還能穿透生物體膜，從而影響正常的生物內(nèi)部水解過(guò)程。與此同時(shí)還不利于尿素酶的正常活動(dòng)，降低其磷的含量。其次毒性較弱的為是三價(jià)鉻，二價(jià)鉻和金屬鉻的毒性是最弱的。

如果體內(nèi)存在過(guò)量的鉻酸鹽或者是鉻酸，就會(huì)積壓在肺中，日久便會(huì)引起鉻中毒的情況，此外，現(xiàn)實(shí)中還有很多因?yàn)殂t過(guò)量而引發(fā)的癥狀開(kāi)始出現(xiàn)，例如鼻出血、瘙癢、鼻子粘膜潰爛等，如果這種情況嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)軟骨的穿孔，導(dǎo)致呼吸道中毒，從而還會(huì)讓人出現(xiàn)腹痛、嘔吐、貧血等情況。這些都是含鉻廢水對(duì)于人類(lèi)的潛在危害。除此之外，如果皮膚不慎接觸到鉻的廢水還會(huì)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(huì)引發(fā)很?chē)?yán)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(yán)重，因此大力開(kāi)展含鉻(Ⅵ)廢水的污染防治研究是保護(hù)環(huán)境和造福人類(lèi)的重要任務(wù)。

2 離子交換法及其在水處理中的應(yīng)用

離子交換法是以離子交換樹(shù)脂過(guò)濾原水，水中的離子就會(huì)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(guò)程，通過(guò)此種方法的使用，水中的有害物質(zhì)會(huì)大大降低，從而降低其對(duì)人們身體的傷害。

3 離子交換樹(shù)脂的類(lèi)型

離子交換樹(shù)脂的類(lèi)型也會(huì)根據(jù)酸堿性不同而有所區(qū)別，下面就對(duì)其進(jìn)行總結(jié)：

3.1 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂：由此可以看出，強(qiáng)酸性是其顯著特點(diǎn)，通過(guò)離解，很多負(fù)電基團(tuán)就會(huì)去自動(dòng)吸附液體中的其他陽(yáng)性離子，這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，樹(shù)脂中的H+就會(huì)和陽(yáng)離子進(jìn)行交換，從而實(shí)現(xiàn)離子交換的目的。此外，這種樹(shù)脂的離解能力相對(duì)較強(qiáng)，因此交換的效果也比較強(qiáng)。

3.2 弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂：弱酸性基團(tuán)較多是這種樹(shù)脂的特點(diǎn)，可以有效的將水中的H+離子進(jìn)行分解，促使其酸性提升。分解后的負(fù)離子可以和其他陽(yáng)離子進(jìn)行吸附、結(jié)合、交換，從而實(shí)現(xiàn)交換的目的。但是這種樹(shù)脂由于其酸性比較弱，因此所產(chǎn)生的反映的環(huán)境也比較特殊，例如，堿性、微酸性等都可以實(shí)現(xiàn)這種交換。

3.3 強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂：這類(lèi)樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基(亦稱四級(jí)胺基)-NR3OH (R 為碳?xì)浠鶊F(tuán))，能在水中離解出OH-而呈強(qiáng)堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH 下都能正常工作。

3.4 弱堿性陰離子樹(shù)脂：這類(lèi)樹(shù)脂含有弱堿性基團(tuán)，在水中能離解出OH-而呈弱堿性。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用，這種樹(shù)脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)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(shù)脂的再生

離子交換樹(shù)脂經(jīng)過(guò)一段時(shí)間就會(huì)發(fā)生狀態(tài)上的改變，首先，吸附的雜質(zhì)會(huì)越來(lái)越多，甚至?xí)咏柡?，從而就需要利用化學(xué)反應(yīng)對(duì)其進(jìn)行再生的處理。例如，利用化學(xué)藥劑對(duì)現(xiàn)有的被吸附離子以及雜質(zhì)進(jìn)行去除，從而確保原來(lái)的性質(zhì)和構(gòu)成成分恢復(fù)。但是現(xiàn)實(shí)中，還需要考慮成本問(wèn)題，在再生過(guò)程中，可以通過(guò)有效控制再生費(fèi)用，需要控制好再生的藥物用量，既做到經(jīng)濟(jì)合理，也能夠起到再生的效果。

所謂再生就是化學(xué)反應(yīng)的逆化過(guò)程，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平衡原理，如果想要提高某一種物質(zhì)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(guò)大，雖然能達(dá)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(yīng)用

目前，離子交換法廣泛應(yīng)用于化肥廢水、含釩(Ⅵ)廢水、制藥業(yè)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(yīng)用

在硝銨廢水的處理中，采用了離子交換法。研究表明：當(dāng)NH4+濃度低于325 mg/L，NO3-濃度低于176 mg/L 時(shí)，通過(guò)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂去除銨離子，然后再用弱堿性陰離子交換樹(shù)脂去除硝酸鹽。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用56% H2SO4再生，陰離子交換樹(shù)脂用16% NH3OH 再生，兩種再生流出液經(jīng)混合、中和后，送入蒸發(fā)器濃縮，與生產(chǎn)的液體肥料混合，出水NH4+為8.7 mg/L，NO3為7.0 mg/L，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 離子交換法在含釩(Ⅵ)廢水處理中的應(yīng)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(nèi)裝D201 陰離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂床高2 m，飽和樹(shù)脂用NaOH 溶液洗脫。結(jié)果表明，每升濕的D201 陰樹(shù)脂對(duì)釩(Ⅵ)的交換容量為41 g/L，其處理水能力為10 m3/h，經(jīng)處理過(guò)的水，釩(Ⅵ)的濃度1 mg/L，釩(Ⅵ)的去除率達(dá)98%，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 離子交換法在制藥業(yè)廢水處理中的應(yīng)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(shù)脂，轉(zhuǎn)換成銨型樹(shù)脂，離子交換液pH 值調(diào)節(jié)為8.0～8.5 進(jìn)行吸附，流量為2.0 mL/min，解吸劑氨水濃度為0.5 mol/L 進(jìn)行解吸，土霉素回收率為81%。通過(guò)提取回收土霉素生產(chǎn)廢水中的殘留土霉素，可以有效地降低高濃度有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物的含量，總有機(jī)污染物去除率可達(dá)83.4%，同時(shí)還可以消除殘留的土霉素對(duì)微生物處理有機(jī)廢水的抑制作用，減輕生化處理廢水的運(yùn)行負(fù)荷。

5.4 離子交換法在飲用水處理中的應(yīng)用

根據(jù)我國(guó)許多地方的地下水和泉水中硒含量超標(biāo)嚴(yán)重，采用離子交換法去除水中硒離子使水達(dá)到生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。原水硒質(zhì)量濃度100 μg/ L，濾速5.1 m/h，水力負(fù)荷5.1 m3/(h·m2)，總工作時(shí)間64 h，實(shí)驗(yàn)表明：在pH = 12、攪拌時(shí)間1 h、溫度30 ℃時(shí)，樹(shù)脂的吸附容量最大，硒的去除率也最高。從而得強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂除硒率可達(dá)98%以上，經(jīng)過(guò)處理的水完全能滿足現(xiàn)行生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中硒的質(zhì)量濃度的規(guī)定。

6 離子交換法原理

離子交換法的基本原理是：通過(guò)離子交換劑上的活動(dòng)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(shù)脂中的陰離子與液相中的離子所產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這種化學(xué)反應(yīng)可逆性比較強(qiáng)，例如，液相中的離子如果是樹(shù)脂比較偏好的一種就會(huì)被其吸引而產(chǎn)生吸附的現(xiàn)象，為了維持溶液中的中性，很多等價(jià)的離子就會(huì)出現(xiàn)。

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

2ROH +CrO42-→R2CrO4+ 2OH-

2ROH +Cr2O72-→R2Cr2O7+ 2OH-

鉻(Ⅵ)去除率計(jì)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，%。