廢氣處理設(shè)備,污水處理工藝

廢水中氯離子如何去除?

2020/1/20 15:09:02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,一方面我國水資源的需求量在急劇增加,另一方面我國水污染情況又越來越嚴(yán)重。


在這樣的水環(huán)境情況下,人們對(duì)水污染處理技術(shù)的關(guān)注程度越來越高,COD、BOD、氮、磷、重金屬等污染物的去除技術(shù)得到了極大的發(fā)展,而工業(yè)廢水中氯離子由于其不被微生物所利用,其去除技術(shù)相對(duì)較少。


我國《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)》中并沒對(duì)氯化物排放進(jìn)行限定,大量的氯化物進(jìn)入環(huán)境對(duì)環(huán)境和生物造成嚴(yán)重的危害,因此研究氯離子的去除技術(shù)對(duì)保護(hù)環(huán)境和生物都很有意義。



1氯離子的來源及危害


Cl-可與Na+、Ca2+、Mg2+、K+等的離子形成氯化物。地表水中氯化物的來源有自然源和人為源兩類。


自然源主要有兩種:一是水源流過含氯化物地層,導(dǎo)致食鹽礦床和其他含氯沉積物溶解于水;二是接近海洋的河流或江水受到潮水和海水吹來的風(fēng)的影響,導(dǎo)致水中氯化物含量增加。


人為源主要有采礦、石油化工、食品、冶金、制革(鞣革)、化學(xué)制藥、造紙、紡織、油漆、顏料和機(jī)械制造等行業(yè)所排放的工業(yè)廢水以及人類生活所產(chǎn)生的生活污水,其中工業(yè)排放是最主要來源。


工業(yè)廢水中氯化物含量較高,如泡菜行業(yè)腌漬廢水氯離子濃度可達(dá)1153000mg/L,如不加控制直接排入水體,將嚴(yán)重危害水環(huán)境、破壞水平衡,影響水質(zhì),對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉、淡水資源造成影響,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)廴镜叵滤鸵盟础?br>


比如,水中氯化物含量過高時(shí),會(huì)腐蝕金屬管道和構(gòu)筑物、妨礙植物生長(zhǎng)、影響土壤銅的活性、引起土壤鹽堿化(特別是四川地區(qū))、使人類及生物中毒。當(dāng)水中陽離子為鎂,氯化物濃度為100mg/L時(shí),即可使人致毒。


2工業(yè)廢水氯離子去除技術(shù)


氯離子是氯最為穩(wěn)定的形態(tài),一方面,由于微生物不能利用Cl-,所以不能通過生物法來去除Cl-,并且廢水中氯離子含量會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng),阻礙生物法處理廢水效率,許多研究表明,當(dāng)廢水含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%以上時(shí),廢水的生物處理效率明顯下降;另一方面,因?yàn)樗新入x子會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕作用,因此廢水回用時(shí)必須去除過量的氯離子,達(dá)到循環(huán)水氯化物標(biāo)準(zhǔn)。


目前專門為了去除氯離子使其達(dá)標(biāo)排放而研發(fā)的技術(shù)是很少的,去除氯離子的目的大致有兩種:一是為了使廢水能滿足后續(xù)生物處理生物活性要求;二是為了達(dá)到廢水回用氯化物含量標(biāo)準(zhǔn)。


氯離子去除原理主要有兩種:要么被其它陰離子替代;要么同其它陽離子一起去除。根據(jù)不同性質(zhì)大體歸類為四種方式:沉淀鹽方式、分離攔截方式、離子交換方式、氧化還原方式。


2.1沉淀鹽方式


采用Ag+或Hg+等與Cl-生成沉淀,再將沉降過濾,從而去除Cl-。沉淀鹽方式主要有化學(xué)沉淀法,關(guān)于該方法研究也很多。


金艷等發(fā)明了處理一種氯堿行業(yè)高氯含汞廢水的系統(tǒng),由于廢水中含氯離子濃度高達(dá)50000-60000mg/L,由于配合作用,汞主要以HgCl3+與Hg-Cl2-的非汞離子形態(tài)存在,經(jīng)過一系列處理后,出水汞濃度可達(dá)1.5ppb,Cl-也得到了一定的去除。


李文歆等利用化學(xué)沉淀法做了專業(yè)特征廢液中氯離子的處理的研究,氯離子去除率高達(dá)90%以上。該法具有操作簡(jiǎn)單、污染小、去除率高等特點(diǎn)。


化學(xué)沉淀法由于要加入沉淀試劑,如硝酸銀、硝酸汞等,這些沉淀劑的價(jià)格往往較高,導(dǎo)致其工業(yè)成本很高,應(yīng)用不廣泛,基本僅限于實(shí)驗(yàn)室使用。


如果開發(fā)價(jià)格低廉的沉淀劑,由于化學(xué)沉淀法反應(yīng)過程簡(jiǎn)單、易操作,所以還是有很大的應(yīng)用前景的。


2.2分離攔截方式


主要采用蒸發(fā)濃縮、電吸附、膜過濾、溶劑萃取和復(fù)合絮凝劑絮凝等方法將Cl-分離去除。


2.2.1蒸發(fā)濃縮法


對(duì)廢水升溫,由于無機(jī)鹽類氯化物沸點(diǎn)高于水,最后被濃縮結(jié)晶;氯化氫沸點(diǎn)相對(duì)較低,同水蒸氣等易揮發(fā)物質(zhì)一同被去除。從而實(shí)現(xiàn)了氯離子與廢水的分離。


江西理工大學(xué)材化學(xué)院科研人員發(fā)明了含銨含氯廢水處理并回收利用銨和氯的方法,利用該方法使得銨鹽和氯不僅得到有效分離,還能回收利用。該法有效去除了有色金屬冶煉過程中含銨含氯廢水中氯離子,并實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的統(tǒng)一。


泡菜生產(chǎn)過程主要產(chǎn)生的廢水類型有腌漬廢水、脫鹽廢水及脫鹽水、清洗水、沖洗水等,其中以腌漬廢水氯離子濃度可達(dá)153000mg/L,對(duì)部分量少的廢水可采用蒸發(fā)法。


丁文軍等采用三效濃縮設(shè)備將鹽漬水濃縮至飽和狀態(tài),再經(jīng)結(jié)晶、離心分離等工序制得食鹽并回用于泡菜腌制。


蒸發(fā)濃縮法適合于小水量高濃度的廢水,其操作簡(jiǎn)單,效果明顯,在泡菜等行業(yè)應(yīng)用較多;但對(duì)于水量較大廢水,其成本很高,相比其他處理方法不實(shí)用。


2.2.2電吸附法


電吸附技術(shù)結(jié)合了電化學(xué)理論和吸附分離技術(shù),通過對(duì)水溶液施加靜電場(chǎng)作用,在電極上加上直流電壓,在兩電級(jí)表面形成雙電層,由于雙電層具有電容的特性,因而能夠進(jìn)行充電和放電過程,且溶液中離子不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。


在充電過程中吸附并保存溶液中離子,在放電過程中釋放能量和離子,使雙電層再生。其目前應(yīng)用也比較多。


魏鴻禮做了電吸附工藝去除再生水中氯離子的研究,結(jié)果表明,含氯離子平均為307mg/L的原水,產(chǎn)水平均為91mg/L,氯離子平均去除率為70.4%。


電吸附法相比電解法,由于不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),相對(duì)成本較低,且處理效果良好,而在回用水凈化中,其相對(duì)常規(guī)石灰軟化法工藝去除氯離子等鹽類效果更明顯,所以其回用水凈化中應(yīng)用很廣。


2.2.3絮凝沉淀、溶劑萃取法


絮凝沉淀主要利用絮凝劑作用氯離子,將其絮凝以至沉淀去除,如復(fù)合絮凝劑;溶劑萃取是利用萃取劑將含氯離子的化合物萃取去除。


汪巍發(fā)明了一種用聚合硫酸亞鐵對(duì)含氯廢水進(jìn)行絮凝沉淀的方法,該方法可把進(jìn)水為500~1000mg/L含氯廢水,降低到0.4mg/L以下。雷春生等發(fā)明了一種由有機(jī)酸和無機(jī)鹽復(fù)配而成的復(fù)合除氯劑,實(shí)驗(yàn)表明,該法可去除99.9%以上的氯離子。


絮凝沉淀和溶劑萃取受試劑的影響,溶劑萃取僅適用于小水量情況,更多應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室;絮凝沉淀法在其成本較低的情況下,可能可應(yīng)用于較大水量氯離子的去除,但目前應(yīng)用并不廣泛。


2.3離子交換方式


采用離子交換劑與氯離子進(jìn)行交換替代氯離子,利用該方式的方法有離子交換樹脂法、水滑石法等。值得說明的是水滑石法,由于水滑石(LDHs)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其層間陰離子可與各種陰離子,包括無機(jī)離子、有機(jī)離子、同種離子、雜多酸離子以及配位化合物的陰離子進(jìn)行交換。


胡靜等也研究了焙燒鎂鋁碳酸根水滑石(CLDH)對(duì)廢水中氯離子的去除效果。實(shí)驗(yàn)表明,Cl-的去除率可達(dá)97%。


水滑石法目前研究較多,其對(duì)氯離子的去除效果也較好,但多停留在實(shí)驗(yàn)階段,工程應(yīng)用很少。離子交換樹脂法用復(fù)床或混床,將氯離子去除,屬傳統(tǒng)工藝,設(shè)備投資較低,但陰離子交換樹脂容易飽和,需要再生。


2.4氧化還原方式


采用電解或電滲析、還原方式將Cl-去除。應(yīng)用方法有電解、電滲析、加氧化劑等。


電解是當(dāng)污水通電后,電解槽的陰陽級(jí)之間產(chǎn)生電位差,趨使污水中陰離子向陽極移動(dòng)發(fā)生氧化反應(yīng),陽離子向陰極移動(dòng)發(fā)生還原反應(yīng),從而使得廢水中的污染物在陽極被氧化,在陰極被還原,或者與電極反應(yīng)產(chǎn)物作用,轉(zhuǎn)化為無害成分被分離除去。


2.4.1電滲析法


電滲析以離子交換膜為滲析膜,以電能為動(dòng)力。電滲析過程是電解和滲析擴(kuò)散過程的組合。在外加直流電場(chǎng)作用下,陰、陽離子分別往陽極和陰極移動(dòng),由于陽離子膜理論上只允許陽離子通過,陰離子膜只允許陰離子通過,如果膜的固定電荷與離子電荷相反,則離子可以通過,反之則被排斥。由此來實(shí)現(xiàn)氯離子的去除。


錢學(xué)玲等采用味精廢水-預(yù)處理-電滲析-厭氧-好氧工藝流程,整個(gè)工藝流程既保證了COD等的去除,又可使Cl-濃度從進(jìn)水16.776g/L降至6g/L以下,從而達(dá)到了很好的綜合去除效果。


電滲析法適合處理低濃度含氯廢水,水耗和電耗較大,成本較高,其對(duì)小水量的處理還是比較實(shí)用的。


2.4.2電解、氧化劑法


電解是當(dāng)污水通電后,電解槽的陰陽級(jí)之間產(chǎn)生電位差,趨勢(shì)污水中陰離子向陽極移動(dòng)發(fā)生氧化反應(yīng),陽離子向陰極移動(dòng)發(fā)生還原反應(yīng),從而使得廢水中的污染物在陽極被氧化,在陰極被還原,或者與電極反應(yīng)產(chǎn)物作用,轉(zhuǎn)化為無害成分被分離除去;氧化劑法是通過與氯離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)將氯離子去除的方法。


李長(zhǎng)俊等采用混凝絮凝-電解法聯(lián)用技術(shù),實(shí)驗(yàn)表明,Cl-濃度能從原水的136698.2mg/L降低到54205.5mg/L,能達(dá)到較好的去除效果。


電解法去除氯離子同樣存在成本高的問題,對(duì)小水量廢水應(yīng)用有較好效果,相對(duì)于電滲析法其不存在膜堵塞問題,但運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高,一般在廢水預(yù)處理后采用。氧化劑法目前應(yīng)用也較少。


3結(jié)束語


氯離子的去除技術(shù)主要有物理、化學(xué)和物理化學(xué)方法,生物法不能去除氯離子。目前工業(yè)廢水去除氯離子主要是為了實(shí)現(xiàn)后續(xù)廢水生物處理和達(dá)到回用水氯化物標(biāo)準(zhǔn),單獨(dú)為了去除氯離子而實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的做法很少,這也是人們對(duì)氯離子危害不重視的一種表現(xiàn)。


總的來看,氯離子的去除技術(shù)多適用于小水量和中水量情況,電吸附和電滲析由于操作簡(jiǎn)單,對(duì)較大水量可能將是氯離子去除技術(shù)的趨勢(shì)和熱點(diǎn),相信未來會(huì)出現(xiàn)更多更經(jīng)濟(jì)更環(huán)保的氯離子去除技術(shù)。



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