自然水體中鉻污染修復技術研究進展

姚晶晶+王明銳+張惠賢

摘要 介紹了自然水體中鉻污染治理研究進展，討論了各自的應用原理及優缺點。對工程設計和生產工藝提出了一些有益的建議，并對含鉻廢水處理的發展趨勢作了分析和展望。

關鍵詞 自然水體；鉻污染；修復技術；治理措施

中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）23-0177-02

Abstract The research advances on chromium pollution control in nature water were reviewed.The application principle，advantages and disadvantages were introduced respectively. Some useful suggestions were proposed for engineering design and production processes，and the development trend of chromium-containing wastewater treatment were also analyzed and prospected.

Key words nature water；chromium pollution；remediation technology；control technology

含鉻廢水被公認為是危害環境最嚴重的公害之一，主要來源于制革、電鍍及鉻鹽生產等行業排放的廢水。其中，以六價鉻化合物的毒性最大，是三價鉻毒性的100倍；金屬鉻和二價鉻無毒。鉻化合物可通過呼吸道、消化道、皮膚等途徑侵染人體，受侵染個體通常出現惡心、嘔吐等不良癥狀，不溶性鉻鹽長期積累于肺部，是誘發肺癌的主要因素之一。由此可見，研究含鉻廢水的治理對環境保護和人體健康都有非常重要的意義。

1 治理自然水體中鉻污染的反應原理及其應用

對于鉻污染的處理，目前方法多種多樣，具體包括化學沉淀法、化學還原法、萃取法、離子交換法、生物處理法、物理化學吸附法以及綜合處理法。

1.1 化學分離法

該方法主要利用氧化還原作用，將高價高毒性的鉻離子還原成低價低毒的鉻離子，即將Cr6+還原成Cr3+，隨后對Cr3+進行氧化處理，形成沉淀物Cr（OH）3進行剝離。氧化還原法可根據不同的反應方式細分為如下幾類。

1.1.1 化學沉淀法。具體包括如下4種。

（1）鐵屑法。張國春等[1]采用鐵屑固定床反應器去除工業廢水中的鉻。廢水進入反應器后，首先通過反應器進行氧化還原反應，隨后通過鐵屑對絮體進行催化作用，進而對新生絮體進行吸附或過濾，經過上述一系列的綜合效應，實現去除廢水中金屬鉻的目的。試驗結果表明，去除鉻廢水的最佳工藝條件為：HRT為7 h，pH值控制在6.0～6.5之間，并配合連續曝氣操作，曝氣量保持在0.2 L/min左右；該方法對金屬鉻的去除效率較高，且方法運行穩定，經過過濾的廢水可以滿足國家排放標準。

鐵屑法的優勢十分明顯，即成本低、效率高、易操作。因此，鐵屑法是一種經濟實惠的金屬鉻處理方法，非常適用于鐵資源豐富區域。

（2）鐵氧體法。該方法通過還原反應、共沉淀和生成鐵氧體結合起來實現金屬鉻的去除。用鐵氧體法處理含鉻廢水，在pH值為12、溫度為70 ℃、滴加適量雙氧水時，即可得磁性較強的鐵氧體。同時，被處理后的廢水中鉻的含量降低至0.008 mg/L，達到排放標準[2]。

鐵氧體法的優點在于成本低、設備簡單、原材料容易獲取且處理效率較高，但其缺點也較為明顯，體現在出水中Na2SO4含量較高。

（3）二氧化硫法。該方法主要利用二氧化硫較強的還原性，可以高效地處理高濃度的含鉻廢水。舉例說明，當進水中六價鉻含量為90.0～430.8 mg/mL時，經還原、沉淀處理后，出水中六價鉻含量均可達到排放標準[3]。

該方法易于操作、成本低、效率高，但其缺點在于一旦二氧化硫泄露，將造成較為嚴重的環境污染。

（4）鋇鹽法。該方法的原理在于充分利用碳酸鋇的置換作用，與污水中的鉻離子形成碳酸鋇沉淀物，去除其中的金屬鉻，隨后再用石膏將殘留的鋇離子去除。

鋇鹽法的優勢為易操作、費用低、效果好，缺點在于原材料鋇鹽獲取困難，且殘留物較多，處理流程復雜[4]。

1.1.2 電解法。該方法的原理在于利用電解不斷產生亞鐵離子，將高價鉻離子還原成低價鉻離子，并同氫氧根離子結合生成Cr（OH）3沉淀，進而實現污水中鉻離子的去除[5]。王書文等[6]探索了微電解反應去除重金屬離子的機制，分析了pH值、濃度、反應時間等反應參數對處理效果的影響，在此基礎上進行了處理電鍍廢水試驗（1 t/h），出水達到排放標準。

該法的優點在于成本低、易操作、工藝成熟，但缺點在于需要較多鐵板、耗電多、產生污泥較多且凈化出水質量差。

1.1.3 光催化法。該方法的原理在于利用固體半導體發光刺激，加速氧化還原反應速率，進而去除污水中的鉻離子。周曉謙等[7]利用納米TiO2復合催化劑進行了含鉻廢水的去除試驗，并與納米二氧化鈦法進行了對比。結果表明，相比于單純納米二氧化鈦，復合催化劑具有較好的處理工藝且能夠循環利用，在去除污水中鉻離子方面更具優勢，反應條件在pH值為2.5、光催化反應時間大于100 min時效果更好，在確保反應時間充足的前提下，去除率可高達99.8%以上。

該方法的優勢在于清潔節能，可以充分利用太陽光、人工光，具有很高的處理效率，但就目前而言，其缺點在于催化劑效率不高，反應時間過長。

1.2 傳質分離法

1.2.1 離子交換法。離子交換法指利用陰陽離子交換樹脂去除高價Cr6+離子以及低價Cr3+離子。陳曉玲[8]通過交換反應進行靜態與動態試驗，分析在不同pH值、不同廢水流量條件下交換反應的處理效果。試驗結果表明：在交換過程中，廢水pH值為4、廢水流量為6 BV/h（BV為床體積）時凈化效果最好。

該法優點在于處理所得鉻酸可以進一步回收利用，且處理效果非常突出，但其缺點在于操作流程復雜，前期投資大。

1.2.2 膜分離法。該方法的主要技術原理為電滲析和反滲透，該技術目前還沒有大范圍被業界推廣使用，仍處于工業化研究過程中。李碩文等[9]通過選用三辛胺為載體，采用液膜法去除污水中高價鉻離子，去除率高達95%以上，且具有較高的鉻離子回收率，可達90%以上，其缺點在于反應后的廢水需經過進一步處理后才能夠符合排放標準。

1.2.3 吸附法。該方法根據使用原料的不同可細分為活性炭吸附法、氫氧化鎂吸附法等。

（1）活性炭吸附法。該方法主要是利用活性炭優良的吸附特性。李英杰等[10]利用該方法進行含鉻廢水處理的系統研究，研究輸出了吸附等溫方程式及穿透曲線，并確定吸附平衡時間為7 h，并驗證了含鉻（VI）水溶液吸附符合Freundlich型。該方法的優質在于易操作、效果佳、再生易。

（2）氫氧化鎂吸附法。該方法同樣具有效率高、易操作等優點，缺點在于消耗大量的氫氧化鎂，且脫附比較困難，成本相對較高。鄭榮光等[11]用硫酸亞鐵將廢水中Cr6+還原成Cr3+，再用氫氧化鎂乳液和廢水中的酸，使鉻離子、鐵離子形成氫氧化物沉淀，澄清分離。

1.3 化學法結合傳質分離法

雖然上述化學法、傳質分離法在一定程度上可以滿足污水鉻離子去除目的，但單一方法通常具有一定局限性，缺點也較為明顯。因此，可以考慮將二者結合起來，實現優勢互補，進而取得更好的效果。

1.3.1 絡合萃取法。殷鐘意等[12]對含鉻廢水的處理工藝進行了深入研究，采用絡合萃取法將起始pH值、流速和接觸時間等影響因素加以分析，總結出如下結論：當廢水起始pH值在1.0～2.0之間時，通過絡合萃取法能夠快速有效將高價鉻去除，對于低價鉻含量較高的污水來說，采用氧化-絡合萃取法效果更佳

1.3.2 吸附膠體浮選法。該方法的原理在于通過有效還原劑（如FeSO4），將高價鉻離子還原成低價鉻離子，通過加入NaOH進而生成Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀，最后通過十二烷基磺酸鈉浮選劑直接進行浮選，反應生成泡沫狀產物，最終實現鉻離子的去除，黃巍[13]就此進行了深入研究。

1.4 生物法

生物法作為鉻污水處理的一種新型技術，近些年來廣泛被國內外研究學者所關注，生物法通常指借助微生物對鉻的吸附作用、絡合作用、催化作用以及沉淀作用等，最終實現鉻離子的分離與去除[14]。

柴立元等[15]用從鉻渣堆埋場附近的污泥中分離到的無色桿菌屬C-1菌株，并利用該菌對含鉻污水進行處理觀察與研究，通過調整溫度、pH值、Cr6+初始濃度及作用時間等因素來觀察分析該菌對高價鉻離子的還原效果。研究發現：C-1菌株喜堿性環境，且能夠很好地還原Cr6+，是一種良好的鉻污水處理菌種，在溫度為320 ℃、pH值為10.3時，且配合有氧環境，對鉻處理效果最佳，經過16 h生物處理后，原本含Cr6+ 1 570.0 mg/L的廢水經處理后濃度降為0.6 mg/L。

生物法是一種綠色鉻污水處理方法，具備低能耗、低成本、綠色無污染的特點，是未來有待于進一步研究的重要方法之一。除了上述生物法所具備的優點之外，生物法的原料還可源自于農業或工業的廢棄物，是一種變廢為寶的處理方法。因此，越來越多的研究人員將目光投向了生物法。

2 結語

本文闡述了多種鉻污水的處理方法，可以通過上述方法實現良好的鉻污水處理效果，處理后可實現污水達標排放，以及循環利用等目的，從而避免了二次污染問題，不僅具備良好的經濟效益，也體現了良好的生態效益、社會效益。然而，鉻污水處理只是治標之法，要想保持良好的生態環境，應當從根本上控制污染源，應當不斷提升工藝科技水平，將鉻污水問題消滅在生產源頭。堅持原料清潔、工藝清潔、流程清潔、廢物清潔的基本原則，將環境效益、社會效益與經濟效益同等對待，實現“三合一”齊頭并進，力求滿足經濟與生態可持續發展要求。

3 參考文獻

[1] 張國春，艾翠玲，王書民.含鉻重金屬廢水處理的試驗研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2005，32（5）：100-103.

[2] 楊海榮，黃聰，羅薇，等.納米TiO2在污水處理中的應用[J].湖北民族學院學報（自然科學版），2014，32（2）：179-182.

[3] 湯清家.用二氧化硫處理含鉻廢水[J].化工環保，1998，18（6）：347-352.

[4] 李賓.化學法處理含重金屬廢水的應用介紹[J].材料保護，2000，33（10）：18-19.

[5] 張小慶，王文洲，王衛.含鉻廢水的處理方法[J].環境科學與技術，2004（27）：111-113.

[6] 王書文，代秀蘭.微電解處理含鉻、鎳重金屬廢水研究[J].沈陽大學學報，2005，17（2）：40-43.

[7] 周曉謙，盧素芝.納米二氧化鈦復合催化劑處理含鉻廢水[J].河北化工，2005（2）：57-59.

[8] 陳曉玲.交換樹脂處理化學實驗室含鉻廢水試驗[J].西南科技大學學報，2005，20（3）：51-54.

[9] 李碩文，陳揚，萬偉.液膜法去除廢水中Cr（VI）的研究[J].紡織高校基礎，1997，10（1）：73-77.

[10] 李英杰，紀智玲，候鳳，等.活性炭吸附法處理含鉻廢水的研究[J].沈陽化工學院學報，2005，19（3）：184-187.

[11] 鄭榮光，徐永花.氫氧化鎂處理含鉻廢水的研究[J].華東地質學院學報，1999，22（3）：265-269.

[12] 殷鐘意，向夕品，鄭旭煦，等.工業含鉻廢水的絡合萃取處理工藝研究[J].化學研究與應用，2004，16（4）：479-481.

[13] 黃巍.活性炭吸附法處理含鉻電鍍廢水探討[J].江蘇環境科技，2001，14（3）：18-19.

[14] 石燕，楊海真，陳銀廣.生物法處理含鉻廢水的研究進展[J].江蘇環境科技，2001，14（4）：35-37.

[15] 柴立元，龍騰發，唐寧，等.微生物治理堿性含鉻廢水的試驗研究[J].中南大學學報（自然科學版），2005，36（5）：816-820.