关于离子交换法对含铬(Ⅵ)废水进行处理的研究

梁艳

（喀喇沁左翼蒙古族自治县环境保护局，辽宁 朝阳122300）

1 含铬(Ⅵ)废水的危害

铬是人们成长过程中必不可少的元素，但是适量才会有助于成长，如果过量的摄取则会影响健康，因此现实中很多铬的化合物经常会引发很多病症。六价铬是铬中毒性最强烈的一种，由于其氧化性强、腐蚀性强，而且还能穿透生物体膜，从而影响正常的生物内部水解过程。与此同时还不利于尿素酶的正常活动，降低其磷的含量。其次毒性较弱的为是三价铬，二价铬和金属铬的毒性是最弱的。

如果体内存在过量的铬酸盐或者是铬酸，就会积压在肺中，日久便会引起铬中毒的情况，此外，现实中还有很多因为铬过量而引发的症状开始出现，例如鼻出血、瘙痒、鼻子粘膜溃烂等，如果这种情况严重的还会引发软骨的穿孔，导致呼吸道中毒，从而还会让人出现腹痛、呕吐、贫血等情况。这些都是含铬废水对于人类的潜在危害。除此之外，如果皮肤不慎接触到铬的废水还会引起湿疹、皮炎等情况，尤其是那些暴露在外面的皮肤，一旦接触就会引发很严重的溃烂情况，因此人们称之为“铬疮”。

由于含铬(Ⅵ)废水污染严重，因此大力开展含铬(Ⅵ)废水的污染防治研究是保护环境和造福人类的重要任务。

2 离子交换法及其在水处理中的应用

离子交换法是以离子交换树脂过滤原水，水中的离子就会与其他离子交换，从而将水中的离子去掉，所谓离子交换法就是去除阴离子的过程，通过此种方法的使用，水中的有害物质会大大降低，从而降低其对人们身体的伤害。

3 离子交换树脂的类型

离子交换树脂的类型也会根据酸碱性不同而有所区别，下面就对其进行总结：

3.1 强酸性阳离子树脂：由此可以看出，强酸性是其显著特点，通过离解，很多负电基团就会去自动吸附液体中的其他阳性离子，这个反应过程中，树脂中的H+就会和阳离子进行交换，从而实现离子交换的目的。此外，这种树脂的离解能力相对较强，因此交换的效果也比较强。

3.2 弱酸性阳离子树脂：弱酸性基团较多是这种树脂的特点，可以有效的将水中的H+离子进行分解，促使其酸性提升。分解后的负离子可以和其他阳离子进行吸附、结合、交换，从而实现交换的目的。但是这种树脂由于其酸性比较弱，因此所产生的反映的环境也比较特殊，例如，碱性、微酸性等都可以实现这种交换。

3.3 强碱性阴离子树脂：这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH (R 为碳氢基团)，能在水中离解出OH-而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂的离解性很强，在不同pH 下都能正常工作。

3.4 弱碱性阴离子树脂：这类树脂含有弱碱性基团，在水中能离解出OH-而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用，这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件下工作。

4 离子交换树脂的再生

离子交换树脂经过一段时间就会发生状态上的改变，首先，吸附的杂质会越来越多，甚至会接近饱和，从而就需要利用化学反应对其进行再生的处理。例如，利用化学药剂对现有的被吸附离子以及杂质进行去除，从而确保原来的性质和构成成分恢复。但是现实中，还需要考虑成本问题，在再生过程中，可以通过有效控制再生费用，需要控制好再生的药物用量，既做到经济合理，也能够起到再生的效果。

所谓再生就是化学反应的逆化过程，根据化学反应的平衡原理，如果想要提高某一种物质在水中的含量，就可以考虑提高再生药物剂量的增加，从而促使再生速度和效果的提升。但是如果再生药物的剂量过大，虽然能达到再生的效果，但是往往反而降低了利用率。

5 离子交换法在水处理中的应用

目前，离子交换法广泛应用于化肥废水、含钒(Ⅵ)废水、制药业及饮用水等水处理中。

5.1 离子交换法在化肥废水处理中的应用

在硝铵废水的处理中，采用了离子交换法。研究表明：当NH4+浓度低于325 mg/L，NO3-浓度低于176 mg/L 时，通过强酸性阳离子交换树脂去除铵离子，然后再用弱碱性阴离子交换树脂去除硝酸盐。阳离子交换树脂用56% H2SO4再生，阴离子交换树脂用16% NH3OH 再生，两种再生流出液经混合、中和后，送入蒸发器浓缩，与生产的液体肥料混合，出水NH4+为8.7 mg/L，NO3为7.0 mg/L，达到国家排放标准。

5.2 离子交换法在含钒(Ⅵ)废水处理中的应用

采用离子交换法双阴柱全饱和工艺处理铁合金厂含钒(Ⅵ)废水。离子交换柱高4 m，直径1 m，共有3 组，内装D201 阴离子交换树脂，树脂床高2 m，饱和树脂用NaOH 溶液洗脱。结果表明，每升湿的D201 阴树脂对钒(Ⅵ)的交换容量为41 g/L，其处理水能力为10 m3/h，经处理过的水，钒(Ⅵ)的浓度1 mg/L，钒(Ⅵ)的去除率达98%，达到国家排放标准。

5.3 离子交换法在制药业废水处理中的应用

采用离子交换法从制药废水中提取土霉素，其工艺条件为：采用001×3 型树脂，转换成铵型树脂，离子交换液pH 值调节为8.0～8.5 进行吸附，流量为2.0 mL/min，解吸剂氨水浓度为0.5 mol/L 进行解吸，土霉素回收率为81%。通过提取回收土霉素生产废水中的残留土霉素，可以有效地降低高浓度有机废水中的有机污染物的含量，总有机污染物去除率可达83.4%，同时还可以消除残留的土霉素对微生物处理有机废水的抑制作用，减轻生化处理废水的运行负荷。

5.4 离子交换法在饮用水处理中的应用

根据我国许多地方的地下水和泉水中硒含量超标严重，采用离子交换法去除水中硒离子使水达到生活饮用水的标准。原水硒质量浓度100 μg/ L，滤速5.1 m/h，水力负荷5.1 m3/(h·m2)，总工作时间64 h，实验表明：在pH = 12、搅拌时间1 h、温度30 ℃时，树脂的吸附容量最大，硒的去除率也最高。从而得强碱性阴离子树脂除硒率可达98%以上，经过处理的水完全能满足现行生活饮用水水质标准中硒的质量浓度的规定。

6 离子交换法原理

离子交换法的基本原理是：通过离子交换剂上的活动离子与水中具有相同电荷的离子交换以去除水中离子的方法，即是离子交换树脂中的阴离子与液相中的离子所产生化学反应，这种化学反应可逆性比较强，例如，液相中的离子如果是树脂比较偏好的一种就会被其吸引而产生吸附的现象，为了维持溶液中的中性，很多等价的离子就会出现。

废水中的铬(Ⅵ)主要以CrO42-、Cr2O72-形式存在。以强碱性阴离子交换树脂为吸附剂，其中树脂中的阴离子与铬(Ⅵ)发生离子交换，铬(Ⅵ)被树脂固定，而释放树脂中天然阴离子。即为树脂与废水中的CrO42-、Cr2O72-等发生交换，达到去除铬(Ⅵ)的目的，使废水得到净化。其反应式可表示为：

2ROH +CrO42-→R2CrO4+ 2OH-

2ROH +Cr2O72-→R2Cr2O7+ 2OH-

铬(Ⅵ)去除率计算公式为：

式中：C0——模拟铬(Ⅵ)溶液的浓度，mg/L；

C ——吸附后溶液中含铬(Ⅵ)离子的浓度，mg/L；

ρ ——铬(Ⅵ)去除率，%。