利用阴离子交换树脂处理模拟含铬废水的研究

严义芳，陈福北

（广西工业职业技术学院石油与化学工程系，南宁530001）

利用阴离子交换树脂处理模拟含铬废水的研究

严义芳，陈福北

（广西工业职业技术学院石油与化学工程系，南宁530001）

以200 mL含Cr（Ⅵ）300 mg·L-1模拟废水作为试验液，采取单因素试验法研究用201×7阴离子交换树脂处理含铬废水，研究了在交换过程中不同的废水pH值、处理时间、树脂用量和废水的流量对处理效果的影响。得出静态交换的最佳工艺条件是：pH值为3～3．5，交换时间为3 h，树脂用量为2．5 g，固定废液初始浓度为300 mg·L-1，流速为20 BV·h-1（床层体积）。进行动态交换试验，得出可以处理废水量约为65 BV·h-1，树脂的吸附量在19．496 mg·g-1以上，处理后的清液达到65 BV时，Cr（Ⅵ）浓度仍符合国家规定的排放标准。

阴离子交换树脂；模拟；含铬（Ⅵ）废水；处理

水体中的铬污染主要来自制革、电镀及铬盐生产等排放的废水，铬在水中主要以三价和六价形式存在，其中六价铬的毒性很大，大约是三价铬的100倍，水中六价铬的含量大于0．1 mg·L-1，就会对人体产生毒害作用，含量超标的含铬废水混入农业灌溉或水体养殖中，经食物摄入人体，将会引起癌症，而且对人体皮肤、黏膜有刺激性，严重威胁人类的健康。国家明文规定工厂排出废水含铬（Ⅵ）最高浓度为0．5 mg·L-1［1～2］。 因此含铬的废水、废渣的治理已成为全球关注的热点。目前，国内外治理铬污染的方法甚多［3］，主要有化学处理法、离子交换处理法、电解处理法、吸附处理法、液膜分离法、生物化学法、不溶性淀粉黄原酸脂（ISX）处理法、超临界处理法、离子浮选法等。

离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中含铬离子的方法。利用阴离子交换树脂，可以有效地去除废水中呈铬酸根或重铬酸根状态的Cr（Ⅵ），利用阳离子交换树脂则可以去除废水中Cr（Ⅲ）及其它金属离子。研究表明离子交换树脂法具有处理效果好，设备简单，操作方便，成本低，没有二次污染等优点，尤其适用于处理污染物浓度低、水量小、出水要求高的废水［4～5］。

本文以模拟铬废水作为试验液，选用201×7强碱性阴离子交换树脂对含Cr（Ⅵ）废水进行处理，用单因素影响法研究离子交换树脂处理含铬废水的最佳工艺条件，现将研究结果报告如下。

1 实验部分

1．1 试剂和仪器

丙酮（AR）；重铬酸钾（AR）；二苯碳酰二肼（AR）；氢氧化钠（AR）；盐酸（AR）；强碱性阴离子交换树脂201×7（）。

pHS-3C pH计，721分光光度计，CL-3恒温加热磁力搅拌器。

1．2 实验方案

1．2．1 树脂预处理

取适量201×7树脂于烧杯中，加入4倍量去离子水浸泡18～20 h后冲洗至澄清，再加入4倍量1 mol·L-1的HCl溶液浸泡8 h后倒出酸液，用去离子水洗至中性；再加入4倍量1 mol·L-1的NaOH溶液浸泡8 h后倒出碱液，用去离子水洗至中性，减压抽滤至不滴水，置于广口瓶中备用。

1．2．2 原料制备

不同pH值模拟含铬废水：直接以重铬酸钾溶于去离子水中，用硫酸调节pH值，得到pH值分别为1、1．5、2、2．5、3、3．5、4、4．5、5，含Cr（Ⅵ）为300 mg·L-1的模拟含铬废水。

1．2．3静态交换实验步骤

取具有一定pH值含Cr（Ⅵ）300 mg·L-1模拟废水200 mL放入碘量瓶中，加入适量的树脂，按设计好的时间进行离子交换处理，处理结束后取出上层清液50 mL测定其吸光度值，再通过相关的计算公式计算处理后清液含Cr（Ⅵ）的浓度和树脂的交换量。

1．2．4 动态交换实验步骤

称取5．0000 g（1BV）树脂，置于交换柱中（树脂层应无气泡），加入具有一定pH，含Cr（Ⅵ）300 mg·L-1的模拟废水，使其以100 mL·h-1（约20 BV·h-1）的流速通过交换柱，间隔0.5~1 h收集1份50 mL体积的流出液，测其吸光度值，计算Cr（Ⅵ）浓度。以累积体积为横坐标，流出液的Cr（Ⅵ）浓度为纵坐标作图，确定废液以100mL·h-1（约20BV·h-1）的流速通过交换柱时，树脂处理废水的能力，计算在动态吸附的条件下树脂吸附Cr（Ⅵ）的吸附量。

1．2．5 分析方案

采用二苯碳酰二肼分光光度法［6］，测定原理是在酸性溶液中，六价格与二苯碳酰二肼反应生成紫红色化合物，用721分光光度计于波长540 nm处测定溶液的吸光度。

（1）标准工作曲线的绘制

向9只50 mL比色管中分别加入0、0．20、0．40、0．60、1．00、1．50、2．00、2．50、3．00 mL铬标准溶液（含铬1．000 mg·L-1），用去离子水稀释至标线。准确加入0．5 mL（1＋1硫酸溶液）、0．5 mL（1＋1磷酸溶液）、2 mL显色剂后摇匀，放置5～10 min后，用721分光光度计在540 nm波长处，用30 mm的比色皿，以去离子水作参比，以试剂为空白，测定标准溶液的吸光度，扣除空白溶液的吸光度后，作为标准溶液的最终吸光度。

以标准溶液Cr（Ⅵ）浓度为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到图1，拟合方程式为：A＝1．2245C＋0．0023，R2＝0．9992。 其中A为 吸光度，C为Cr（Ⅵ）浓度，单位为mg·L-1。

图1 标准工作曲线

（2）离子交换后清液吸光度的测定

①离子交换后清液的预处理

如离子交换后清液含Cr（Ⅵ）浓度较大时，先将其稀释一定倍数后，得到本分光光度法可测范围浓度（0．004~1．0 mg·L-1）的试液。

②取50 mL试液，置于比色管中，按照与标准溶液的测定步骤相同的步骤测定其吸光度，根据1．2．5（1）得到的拟合方程式计算离子交换后清液中Cr（Ⅵ）的浓度。

（3）数据处理方法

用下面公式：

计算实验结果。

式中：Q——树脂吸附量，mg·g-1；

C0——模拟含Cr（Ⅵ）废水的初始浓度，mg·L-1；

Ce——模拟含Cr（Ⅵ）废水用树脂离子交换后清液的浓度，mg·L-1；

m——树脂的使用量，g。

2 结果与讨论

2.1 静态交换试验结果与讨论

2．1．1pH值的影响

不同pH值的模拟含Cr（Ⅵ）废液，初始浓度为300mg·L-1，用量200 mL，树脂用量3 g，交换时间1 h后，试验结果如图2所示。

图2 pH值与吸附量关系曲线

从图2可以看出，当模拟含Cr（Ⅵ）废液的pH值为3～3．5时，树脂的吸附量最大，因此废液的pH值选择3至3．5为宜。

2．1．2 时间影响

模拟含Cr（Ⅵ）废液pH值为3．5，初始浓度300 mg·L-1，废液体积200 mL，树脂用量3 g，进行时间变化，试验结果如图3所示。

从图3可看出，当交换时间达到3 h以后，离子交换达到平衡，因此交换时间选择3 h为宜。

图3 时间与吸附量关系曲线

2．1．3 树脂用量的影响

模拟含Cr（Ⅵ）废液pH值为3．5，初始浓度300mg·L-1，废液体积200 mL，改变树脂用量，试验结果如图4所示。

图4 树脂用量与废液处理后清液Cr（Ⅵ）浓度关系曲线

由图4可看出随着树脂用量的增加，离子交换后清液Cr（Ⅵ）浓度在减小，当树脂用量增加到3 g时，离子交换后清液Cr（Ⅵ）浓度变化不大。当树脂用量达到2．5 g以后，处理后清液Cr（Ⅵ）的浓度已经达到了国家规定的排放标准（Cr（Ⅵ）＜0．5 mg·L-1）［7］。

图5 树脂用量与树脂吸附量关系曲线

由图5可看出随着树脂用量的增加，树脂的吸附量在减少，树脂利用率降低，所以综合考虑，树脂用量选择2．5 g为宜。即当废水含Cr（Ⅵ）为300 mg·L-1时， 树脂用量为12．5 mg·mL-1废水即可。

2．2 动态交换实验结果与讨论

树脂用量5．000 g（约5 mL＝1 BV，BV为床层体积），模拟废液pH值为3．5，含Cr（Ⅵ）300 mg·L-1，废液流过交换柱的流量为100 mL·h-1，试验结果图6所示。

图6 流出清液累积体与流出清液Cr（Ⅵ）浓度的关系曲线

由图6可看出，模拟废水pH值为3．5，含Cr（Ⅵ）300 mg·L-1，以100 mL·h-1（约20BV·h-1）的流速通过交换柱时，树脂可以处理废水量约为65BV左右，树脂的吸附量大，在19．496 mg·g-1以上，处理后的清液在达到65BV时，Cr（Ⅵ）的浓度仍符合国家规定的排放标准。

3 结论

（1） 固定含Cr（Ⅵ）废水初始浓度300mg·L-1，用量为200 mL时，通过单因素试验方法得出静态交换时废水的最佳pH值为3～3．5，交换时间为3 h，树脂用量是2．5 g，处理后的废液含Cr（Ⅵ）的浓度符合国家规定的排放标准，且树脂吸附Cr（Ⅵ）的量大，达到19．987 mg·g-1。

（2） 固定pH值为3．5，含Cr（Ⅵ）300 mg·L-1的模拟废水，以100 mL·h-1（约20BV·h-1）的流速通过交换柱时，树脂可以处理废水量约为65BV，树脂的吸附量大，在19．496 mg·g-1以上，处理后的清液在达到65BV时，Cr（Ⅵ）的浓度仍符合国家规定的排放标准。

［1］ 范力，张建强，程新，等．离子交换法及吸附法处理含铬废水的研究进展［J］．水处理技术，2009，35（1）：30-34．

［2］ 闫旭，李亚峰．含铬废水的处理方法［J］．辽宁化工，2010，39（2）：143-146．

［3］ 刘存海，朱玉凤，张光华．含铬废水处理技术概况及进展［J］．辽宁化工，2009，38（11）：811-814．

［4］ 徐灵，王成端，姚岚．离子交换树脂处理含铬废水的研究［J］．工业安全与环保，2007，33（11）：12-13．

［5］ 唐树和，徐芳，王京平．离子交换法处理含Cr（Ⅵ）废水的研究［J］．应用化工，2007，36（1）：22-25．

［6］GB 7467-87，水质六价铬的测定二苯碳酞二腆分光光度法［S］．

［7］GB 8778-1996，污水综合排放标准［S］．

Study on Treatment of Analogue Wastewater Containing Cr（Ⅵ）with Anion Exchange Resin

YAN Yi-fang，CHEN Fu-bei
（Department of Petrochemical Engineering，Guangxi Vocational＆Technical Institute of Industry，Nanning 530001，China）

The analogue wastewater containing Cr（Ⅵ）300 mg／L was treated with 201×7 aion exchange resin．The pH，treatment time，amount of resin and the flux on the treatment effect were analyzed．According to single factor experiments，the optimal treatment conditions for the static exchange were obtained：pH 3～3．5，processing time 3 h，resin amount was 2．5 g；the concentration of Cr（Ⅵ）was 300 mg/L，flux was 20 BV／h．and the dynamic exchange experiments showed that，when amount of treatment flux was about 65BV，the adsorption capacity was 19．496 mg／g，the Cr（Ⅵ）concentration could meet the country standard．

anion exchange resin；analogue；wastewater containing Cr（Ⅵ）；treatment

X 703

A

1671-9905（2011）05-0046-04

严义芳，女，广西宾阳人，主要从事精细化学品产品开发及产品性能方面的研究。通讯地址：广西南宁市秀灵路37号广西工业职业技术学院石油与化学工程系，联系电话：0771-3825378，E-mail：west9898＠163．com

2011-01-20