离子交换法处理回用电镀含铬废水的研究进展

2015-01-27辛金豪

资源节约与环保 2015年7期

关键词：价铬电镀废水处理

辛金豪

（佛山市新泰隆环保设备制造有限公司广东佛山 528300）

离子交换法处理回用电镀含铬废水的研究进展

辛金豪

（佛山市新泰隆环保设备制造有限公司广东佛山 528300）

简述了常用的含铬废水处理技术，重点介绍了近年国内离子交换法对电镀含铬废水处理回用技术，为该类废水的处理回用提供参考依据。

离子交换法；处理回用；电镀含铬废水；研究进展

1 前言

随着经济发展和国家对环境保护及节能减排的日益重视，国家严控各类污染向环境的排放，电镀行业的铬污染是其中较为突出的污染问题。

电镀废水中含强致癌物质六价铬，且排放数量大，是我国工业废水的主要污染源之一，寻求有效的、经济合理的含铬废水处理技术是当今环境保护的重要研究课题。

2 电镀含铬废水常规处理技术

目前，国内处理含铬废水的方法较多，按其原理分，主要分为：物理方法、化学法、物理化学法、生物法、离子交换法等。

2.1 物理方法

物理方法是利用物理作用将废水中铬元素分离出来的方法，通常作为处理方法中的一个环节，很少单独使用。常用的物理方法为：吸附法、膜分离法、蒸发浓缩法。

活性炭吸附法是常用的一种处理重金属离子的方法。贾陈忠等[1]研究了活性炭吸附处理实验室模拟含铬废水，处理效果可达99%以上；改性活性炭作为吸附材料，处理能力更佳。此法在活性炭再生方面，需进一步改进。

近年来，粉煤灰、活性污泥、粘土等有吸附性能的材料，也被用于吸附铬实验，均有一定效果。

膜分离法是利用反渗透膜、电渗析等膜两侧产生的压力差、电位差为推动力，并选择性地分离铬等重金属离子的方法。该方法处理效果好，可实现资源回收利用，但投资大，运行费用高，不适用于处理大量的废水，应用上受到一定局限。

蒸发浓缩法主要利用热源和蒸发器直接浓缩废水，常与离子交换法等联合使用。该处理方法可实现资源回收，避免环境污染，实现清洁生产，结果比较理想，但该法能耗高，需结合太阳能和热泵技术的应用，方可大幅降低蒸发浓缩法处理电镀废水的成本[2]。

2.2 化学方法

化学方法是国内最常用到的一种处理含铬废水的方法，该法利用还原剂将六价铬还原成毒性低的三价铬，然后进行中和沉淀去除。常用的有药剂还原法、铁还原法、铁屑铁粉处理法以及钡盐法等。钡盐法在国内外应用的不多，应用最多的为药剂还原法。化学法工艺简单成熟，应用广泛；但加药量大，人工操作量大，沉淀物形成含铬污泥，会造成二次污染。

2.3 物理化学方法

物理法学法是结合物理及化学方法来处理含铬废水，常用方法为光催化法及电解法。

光催化法利用光催化剂催化氧化处理水中污染物的技术，不少学者做了催化剂在含铬废水中的应用研究，结果表明，可有效去除六价铬[3]。

电解法是较成熟的电镀废水处理技术。有学者利用铁屑内电解原理制成的动态废水处理装置和高压脉冲电凝法等处理电镀重金属废水，取得良好效果[4]。但该法耗能，需浓缩再电解处理，适合中、小规模的电镀废水处理。

2.4 生物方法

生物方法处理电镀含铬废水，是通过微生物的作用，使废水中的六价铬还原为三价铬，然后被菌体吸附和络合，经固液分离，废水达标排放或回用。目前微生物除铬方法可分为失活微生物法和活体微生物法。

生物法处理电镀废水操作简单、投资少、能耗低、运行费用少，但受功能菌制约，处理出水较难达到回用标准，今后利用基因工程技术制造高效除铬菌将是生物法除铬的发展方向。

2.5 离子交换法

离子交换法处理含铬废水是利用阴离子交换树脂去除废水中Cr(Ⅵ)，利用阳离子交换树脂去除Cr(III)。该法适用范围广、实用性能好、吸附速率快、饱和容量大、处理效果好，废水可回用并可回收铬酸等优点，发展前景良好。

综上所述，含铬废水处理技术发展至今，方法多且各具优缺点。为满足目前国家对环保、节能减排的要求，采用技术可行、有经济和社会效益的方法是大势所趋；离子交换法因其处理效果好，可回收水及铬酸，是一种较理想的处理方法。

3 离子交换法处理电镀含铬废水及回用的研究进展

多年来，学者们一直进行着离子交换法处理电镀含铬废水及回用的研究，取得不少重要成果。

在上世纪70年代，我国就有设计院专门对离子交换法处理电镀含铬废水展开研究，并设计了双阴柱串联全包和流程，在生产上实现了水及铬酸的循环使用，变废为宝，综合利用[5]。王宗雄等[6]设计制造了“双阴柱串联全饱和离子交换法处理含铬废水站”，选用370#弱碱性阴树脂和732#强碱性阳树脂，用于宁波某电镀厂处理含铬废水，达到当时的排放标准及回收了铬酸。

上世纪80、90年代，电镀行业发展迅速，电镀废水处理技术的研究也有进一步发展。周仕铮等[7]用离子交换法进行处理钝化含铬废水试验研究，试验结果表明：凝胶型强碱树脂(717～#)可以用于处理钝化含铬废水，工作交换容量较高。罗耀忠[8-9]成功地设计安装了移动床含铬废水处理装置，阳柱采用735大孔型阳离子交换树脂，阴柱采用710-A大孔型阴离子交换树脂，生产运行四年多，性能良好，具有出水质量好、可循环利用水和回收铬酸等优点，减少占地面积及树脂用量，节约开支。

进入21世纪至今，各大高校、研究院及环保学者在离子交换法除铬技术方面的研究越来越细化；在工艺运行、树脂的选择和再生、铬酸回收等进行更深入的研究。乐华斌[10]利用某电镀厂的含铬废水进行试验证明：采用“逆流漂洗—净化—浓缩—回收利用”工艺，不仅实现了六价铬的零排放，且可回收金属化合物；漂洗废液中六价铬含量在15g/L以上，阴树脂最佳吸附条件为pH=2～3，吸附平衡时间7h～8h，温度为室温，去除率随六价铬浓度的增大呈递增趋势，证明在实际生产中，应该当离子累积到一定程度时，再除杂及回收，可提高除杂效率和降低运行成本。同时也确定了吸附铬树脂的再生最佳条件：再生剂浓度为2mol/LNaOH溶液，再生用量为树脂体积的3.5倍，温度为常温，洗脱液浓度Cr（Ⅵ）为8.76g/L。孔美玲[11]利用D301R苯乙烯系大孔阴离子交换树脂处理电镀含Cr (Ⅵ)废水，实现了铬和水的回用，并研究了离子交换树脂污染机理及复苏方法，研究表明：树脂主要受金属污染，有机物污染较轻；污染树脂复苏优化条件是：盐酸浓度20%，浸泡时间为24h，浸泡温度为333K，加醇的配比为20%。对经此条件下复苏处理的树脂做吸附实验，树脂复苏率可达到76.46%，树脂的吸附容量、比表面积和孔径均有很大提高，树脂中的金属含量减少，复苏效果良好。

傅海霞等[12]，罗斌等[13]用双阴离子交换柱全饱和流程进行含铬废水实验，证明该法可回收含六价铬废水，出水达标排放。其中，罗斌等针对某电镀厂含铬废水，采用双阴柱全饱和流程进行实验，实验结果表明：采用D301树脂和双阴柱全饱和工艺流程，对六价铬的去除效果好，树脂再生所需再生剂量小；采用逆流再生工艺，先用水反洗，然后再生液反洗，水再反洗，最后酸正洗；将再生液反洗分成两步，第一步采用上次再生液反洗的后期出水进行再生，第二步采用新配置的再生液进行再生；再生液反洗树脂出水作为回收液，回收液中主要含六价铬，经适当处理后可回用于电镀生产。结果表明：采用离子交换法处理电镀废水实现六价铬闭路循环以及出水六价铬达标排放是可行的。

在近年的工程应用方面，刘建等[14]对山东某电镀厂镀铬废水应用了离子交换蒸浓法工艺，设计并建成处理能力为100t/d的废水处理设施。实践证明：该工艺可实现铬闭路循环利用，外排废水达标，且能实现以废养废后略有盈余，经济效益和社会效益明显。张文启等[15]对某减震器公司300t/d的镀铬漂洗废水处理改造成功。该工程利用离子交换和蒸发浓缩技术，实现了废水回用，成功回收了铬酸溶液，经浓缩后回用到生产线上，为企业节约了生产成本。废水处理成本略有提高，但通过污水回用及对铬酸资源的回收，节约了自来水用量、废水排污费、固废的处理处置费及铬酸的使用量，总体实际效益可达758539元/a，经济效益明显。