洪文清，张颖,沙昊宇，彭潇乐，郭娜娜
滁州学院 土木与建筑工程学院，滁州 239000;
摘要：近年来，染料、电镀、油漆、冶金等多种行业军会产生大量的含铬废水，[
]对土壤、水环境和人类健康都会造成极其严重的危害。因此，如何提高含铬废水中铬离子的去除效率成为相关学者的研究重点。本文从物理吸附法、生物法以及化学法三个方面系统介绍目前含铬废水处理的几种常见方法，包括沸石法、酸改性木屑法、化学电解法、铁氧体法、生物絮凝法、生物吸附法等。综合阐述这些方法目前的研究方向及其原理，同时说明处理方法的优缺点以及工艺流程中的影响因素。最后对含铬废水的处理方法进行总结和展望，以期为我国含铬废水的处理提供参考。
关键词: 含铬废水；物理吸附；化学法；生物法
重金属对于环境和人类健康的危害已经众所周知，铬作为重金属中的一员，对于人类健康的影响是多方面的，然而铬又是各行业不可或缺的原材料，为避免这些铬离子及其化合物排入水体、土壤对环境和人类健康造成不可挽回的损失，对含铬废水的处理尤为重要。
废水中铬主要存在形态以六价铬和三价铬为主。其中六价铬对于人体危害极大，三价铬化合物相对无毒[1]。因此，在对含铬废水的处理中常常需要先将铬离子进行降价处理，防止六价铬流入环境中。目前，含铬废水的处理技术已然成熟，但对于我国废水处理现状而言，废水处理技术仍然面临着一些问题，如传统物理法处理能力有限，化学法易造成二次污染，生物法材料昂贵，一些综合处理法其适用性有待考证。为此，本文综述了目前几种常见的含铬废水处理技术，说明了各种方法的实际效果、优势和局限性，阐述了一些方法的工艺流程，并补充了一些方法的改进处理，以期为我国含铬废水的处理提供参考。
1物理吸附法
1.1沸石法
沸石是含水多孔铝硅酸盐的总称,沸石中有着空腔和孔道,并且具有极强的吸附能力?离子交换等性质?沸石被广泛应用于氨?氮?镍?铬等重金属废水的处理[2]?但单纯的天然沸石对于含铬废水的吸收效果不佳,需对沸石进行改性或联合处理,常见的处理方式有酸改沸石?十六烷基三甲基溴化铵改性?粉煤灰合成沸石?CaSx-成沸石?再生核桃皮-沸石复合填料等?经处理后的沸石不仅吸附效果好,还能再生并重复利用,并且沸石本身价格低廉?
1.2酸改性木屑法
改性木屑法处理含重金属离子废水的应用已经十分广泛,但不同树木的木屑经过不同改性剂的改性对于不同种类的重金属离子吸收效果不尽相同?使用丁二酸改性茶油树木的木屑对于吸附轴有着十分显著的效果,再者柏松在杉木木屑对于Hg2+的吸附一文中说明了木屑对于重金属离子吸收的显著效果[3],其他木屑对于不同离子也有着不同的吸收效果?在吸收Cr6+这方面,具有代表性的研究中:利用三种酸改性普通加工的木屑,红外光谱图分析?以及不同酸的浓度对Cr6+的吸收展开研究,结果表明该实验符合Langmuir等温吸附模型,且该吸附过程符合二级动力模型,揭示了酸改木屑对Cr6+的吸附原理[4]?
1.3活性炭法
活性炭作为一种应用广泛的吸附剂,常常被应用于各种杂质的吸附,其中不乏一些重金属离子,对于活性炭改性处理能够有效提高其吸附性能?为使活性炭的吸附能力进一步提升,利用钛元素以Ti4+存在于载钛活性炭表面,形成Ti-O键,使得载钛活性炭的比表面积比普通活性炭的大?研究表明,在相同条件下,载钛活性炭对于Cr6+吸附效率比普通活性炭提升了17.1%?另外,活性炭常常采用加热?酸浸泡?碱浸泡等方法进行再生[5]?尽管如此,改性活性炭依旧有使用周期短?运行费用高?再生温度高的缺点?
1.4羽毛吸附法
使用羽毛作为吸附剂处理铬鞣废水中的Cr3+这一研究观点早已提出?废弃的羽毛不易被微生物降解,易滋生病毒,不仅污染环境,还影响人类健康?然而羽毛中的角蛋白质经过改性处理后能够有效使得制革生产过程中含铬废水排放达到标准[6]?经过改性处理的羽毛对于Cr3+的吸附能力很好,影响其效果的主要是Cr2O72-的浓度和吸附时间[7],但不同的改性处理得到的羽毛,针对吸附物的不同其吸附能力不同?
物理吸附法多种多样,工艺简单?经济高效,吸附剂来源广泛,去除效果好,但需寻求价值更高的吸附剂?对于低浓度的含铬废水,吸附剂的选择十分关键,普通改性吸附剂针对低浓度含铬废水的吸附效果不佳?因此,在处理低浓度含铬废水的过程中,吸附剂的选择十分重要[8]?
2化学处理法
2.1电解法
通过电解法处理含重金属废水的研究已经十分普遍,普通电镀工艺较健全,新型电解法多种多样,如铁屑内电解法,三维电极电解法,模电解法,微电解法?在处理高浓度含铬废水时,适当加入NaCl可增强溶液电导率,从而提高铬离子的去除率,在此前提的适宜条件下,通过电解法可以使得铬离子的去除率高达99%[9]?为使传统方法更具研究意义,因此,深入研究传统电解法处理含铬废水,研究发现,电解电压取最大,阴阳极间距取最小,能够有效使铬离子去除率提高? 传统电解法局限性较多,消耗钢板多,产生沉渣多,且不宜处理高浓度含铬废水,在此基础上的新型方法值得借鉴[10]?
2.2铁氧体法
铁氧体法在处理含铬废水时，能一次性处理大量废水，其净化效果较好，设备简单，投资少，产生的饹泥可制作磁性半导体材料，在使废水达到排放标准的同时，还让污泥得到二次利用，并减少了二次污染。该方法利用氧化还原反应使Cr6+被还原为Cr3+并沉淀[11]。但该法自身存在反应温度高、能耗大、不易连续操作、处理时间长等不足。因此由单一氧化法转向与其他污水处理法相结合的过程。超声波-铁氧体法就是之一，该联合法利用了超声波凝聚效应和空化作用，提高沉淀速度，且由于超声波作用使得溶液产生大量强氧化性自由基，降低了氧化材料的消耗。
2.3离子交换法
离子交换法采用离子树脂过滤原水，水中的离子会与其他离子进行交换，从而将其他离子除掉，离子树脂根据酸碱性不一样而有所区别。大致分为强酸性、强碱性、弱酸性、弱碱性。不同类型的离子树脂对溶液中离子的作用效应不同。经动态吸附实验确定低流速对Cr6+的吸收，废水浓度越高，吸附饱和时间越短，穿透越快。一般来说，离子交换法的主要设备是固定床，固定床的设备简单，但效率低。因此，采用膨胀床替代固定床，能表现出较好的分离特性。另外选择好树脂的种类和型号对于处理不同类型的含铬废水至关重要。
3生物处理法
3.1生物吸附法
生物吸附法处理含铬废水是依托于生物本身的结构吸附废水中的金属离子。这些生物对于重金属有很好的耐毒性，并且来源广泛、吸附能力强、价格低，能够降低废水中的重金属浓度。采用酵母菌与活性污泥相结合处理含铬废水，对Cr6+的去除率高，对废水的pH值适应范围广。然而，控制废水pH值，能够影响泥炭对磷酸盐，铜和铬的选择性吸附。Berya Tatar等人的生物吸附实验就很好的说明了金属离子之间存在的竞争吸附行为。吸附剂并非局限于活性污泥，绿藻水绵、马尾藻和总状蕨藻、游离和固定化根霉以及游离和固定化黑曲霉都能很好的吸附重金属离子，但其吸附效率与废水pH值及其浓度有很大的关系。
3.2生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物的分泌到细胞外的絮凝剂进行絮凝沉淀来处理废水的方法。通过改良的生物絮凝法，即改性Fenton与生物絮凝工艺的结合。处理造纸废水，该法可以有效处理水中重金属离子及有机污染物，降低了废水的毒性。等人的研究证明可以利用石油烃源细菌生产无细胞毒素的生物絮凝剂。此外，这种生物絮凝剂具有良好的絮凝能力。生物絮凝还可以提高废水处理过程中的能量回收。
4结语与展望
随着工业化的进程加快，废水排放一直世界各国广泛关注的问题，废水含有的重金属离子难以有效除去，过去的各种方法在除去铬离子这一方面始终存在缺陷。但是，随着研究的深入各种方法去除铬离子的效率得到提高。
基于上述介绍的物理吸附法中通过改性处理的吸附剂比传统吸附剂更易处理铬离子，但改性处理无疑增加了处理成本。而普通吸附剂的来源广泛，普遍价格便宜，改性处理虽然增加了处理废水的工艺流程，进一步简化改性处理流程是优化物理吸附法的关键。化学处理法中不管是电解法亦是离子交换法在处理大量废水的情况下，其材料的消耗十分大，并且部分化学法大量消耗电能。一般其消耗材料难回收或者不可回收。在生物处理法中，很多生物法对于重金属离子的去除效果一般，对于铬离子的除去率在60%-70%左右，然而，生物法可去除重金属离子的类型十分广泛，因此，生物法的前景非常好，仍需进一步探索生物法对重金属离子去除效率的提高方法。
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基金项目：安徽省大学生创新创业训练计划项目，《钢渣-偶联剂改性粉煤灰联用处理含铬废水研究》(2020CXXL134).
作者简介：洪文清（2000—），男，本科生。研究方向：水污染控制理论与技术。