物理化学方法是解决现在日益严重的环境污染问题的重要途径之一。以含铬水溶液为代表的重金属污染正成为人类健康的主要危害，因此，含重金属离子废水的处理引起了社会各界的关注，发展新型高效的处理技术成为其中主要的研究方向之一。离子交换法作为一种高效和高选择性的分离手段，其在众多工业领域得到应用，在水处理方面的应用也正得到加强。 本文首先测定了三种离子交换树脂MP500、M500和D301G的平衡特性，发现溶液相的pH值是影响铬阴离子交换平衡的主要因素。为了进一步研究离子交换平衡，分析了铬阴离子在溶液相中多形态分布特性。结果表明，铬阴离子在溶液相中以多形态形式存在。当使用MP500和M500时，主要发生离子交换。使用D301G时，在pH=1的条件下，离子交换和分子吸附是影响平衡的两个主要因素。借鉴经典的交换平衡理论，建立了基于Langmuire吸附方程的平衡模型，发现当平衡浓度较低时，预测值和实验值误差较大。通过分析三种离子HCrO4-、C5O72-、CrO42-三种离子的平衡数据，计算得到各种单一形态离子的交换平衡特性，并据此建立了基于多形态特性的半经验平衡算法，预测值和实验值符合较好。基于体系的形态特性，建立了新型的离子交换平衡理论模型，结果表明采用新型的平衡模型预测值和实验值符合较好。 论文讨论了以硫酸根为干扰离子的双组分平衡，测定了溶液的pH值和树脂种类对双组分体系的平衡特性的影响，讨论了双组分离子竞争交换。基于单组分的平衡数据，建立了双组分的平衡模型和算法，结果表明预测值和实验值符合较好。 论文测定了不同pH值和初始浓度以及流量下的单组分和双组分流出曲线特性。单组分流出曲线的结果表明，流速的降低、初始浓度的升高、树脂交换容量增大均有利于铬阴离子的传质。为了从数学上描述固定床传质模型，建立了固定床的数学解法，并和基于多形态特性的平衡模型结合，计算固定床流出曲线，实验值和理论值比较，误差较小。 设计和制作了新型的离子交换膨胀床，比较了不同膨胀率下的流出曲线，并和固定床进行了比较。结果表明，操作时膨胀率要低于0.2，在低膨胀率条件下，膨胀床优于固定床。 考虑六价铬阴离子的氧化特性，提出了使用还原性的硫酸亚铁溶液为再生剂，并对再生的机理和再生平衡性能进行了研究。结果表明使用新型还原性的硫酸亚铁作为再生剂，无论在树脂的再生效率还是树脂再生后的平衡交换量，均优于传统再生剂。固定床再生实验表明，最佳的再生工艺条件为：硫酸亚铁的浓度为0.5～1.0mol/L，用量为树脂体积的3～5倍，再生剂的pH值为1～2，温度为25～45℃，空塔流速为2～4m/h。