模拟高盐水中氯离子去除的影响因素及机理研究

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随着工业技术的不断革新发展,各工业企业生产排放的废水量也逐渐增多。而排放出的很多废水中含有大量的氯离子会对周边河流水域、土壤、动植物及人类正常生产生活等造成严重影响。此外,氯离子作为强腐蚀性离子,会对设备及构筑物造成严重破坏,从而增大了投资及运行成本。
  目前,国内外采取了多种物理、化学及物化等方法对高氯废水进行了处理。离子交换法设备运行成本较低,但离子交换树脂会较快达到交换限值,再生操作过程较麻烦且成本高;电渗析法适合处理低浓度含盐废水,耗水耗电导致运行成本较高;反渗透法相比于电渗析法具有更好的除氯效果,但反渗透膜由于在运行中易堵塞需要进行定期化学清洗,且不适合处理高盐废水;蒸发浓缩法一般用来处理少量高浓度氯离子废水,大量处理时耗能高,其处理费用较高。化学沉淀法由于处理范围广、操作简便且能在较短时间内达到处理目的等优点,近年来引起了人们的广泛重视。氯化亚铜沉淀法可脱除酸性镀铜液中少量氯离子,反应过程较简单、可操作性强、氯离子浓度可以降到很低。由于实际高盐废水含有阴阳离子,组成十分复杂,水质变化大,可能会对氯化亚铜沉淀法脱氯产生很大的影响。为此,本文利用氯化亚铜沉淀法探索模拟高盐水中氯离子去除的可行性。首先考察了沉淀剂(CuSO4及Na2SO3)用量、反应溶液温度、亚硫酸钠滴加时间、反应时间、反应初始pH、反应过程pH及溶液中氯离子的初始浓度的影响,获得氯化亚铜沉淀法去除高盐水中氯离子的最佳条件。采用了X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对沉淀产物的物相和形貌进行了表征。并探究了最佳反应条件下溶液中Fe3+、Fe2+、Mg2+、Mn2+、Cr6+、NO3-、CO32-及SDS对于氯化亚铜沉淀法去除高盐水中氯离子的影响,结论如下:
  (1)当nCuSO4∶nNa2SO3∶nNaCl=1.3∶1.1∶1、反应溶液温度为80℃、亚硫酸钠滴定时间为20min、滴定后继续反应30min、溶液初始pH为2、反应pH为3时,氯化亚铜沉淀法对高盐水中氯离子的脱除效率达到最佳,可将溶液中的氯离子从初始的15171mg/L去除至458.74mg/L,脱除效率可达到97.19%。
  (2)实验时分别加入硫酸铜及亚硫酸钠作为氧化剂及还原剂,反应时亚硫酸根离子将二价铜离子转换为亚铜离子,并与高盐水中的氯离子反应生成沉淀。对此沉淀进行XRD及SEM表征,结果表明实验所得的沉淀产物为氯化亚铜沉淀,形状大小均不一致,沉淀颗粒表面较粗糙不平整,且各颗粒的形状为不规则的多面体。
  (3)溶液中不同类型的离子会对氯化亚铜沉淀法脱除高盐水中氯离子产生不同程度的影响,其中三价铁离子对脱氯效率产生较大的影响。当溶液中存在3500mg/L三价铁离子时,反应后氯离子的浓度从原先无三价铁离子时的458.74mg/L升至1588.93mg/L,氯离子去除效率从原先的97.19%降至90.23%。镁离子、硝酸根离子、碳酸根离子对脱氯效率产生略微不利影响。当溶液中存在500mg/L镁离子时,反应后氯离子的浓度相较于无镁离子影响时的458.74mg/L上升至489.83mg/L;溶液中存在3000mg/L的硝酸根离子时,反应后氯离子的浓度从原先无硝酸根离子影响时的458.74mg/L升至528.21mg/L;溶液中存在4000mg/L的碳酸根离子时,反应后的氯离子浓度从原先无碳酸根离子影响时的458.74mg/L升至511.46mg/L。亚铁离子、锰离子几乎不影响除氯效果。六价铬离子可促进氯离子去除效率,溶液中存在400mg/L六价铬离子时,反应后氯离子的浓度从原先无六价铬离子影响时的458.74mg/L降至322.84mg/L;SDS可略微促进脱氯效率,少量的SDS存在对氯离子去除影响不大,当溶液中存在0.001mol/L的SDS时,反应后的氯离子浓度从原先无SDS影响时的458.74mg/L降至413.30mg/L。
  (4)三价铁离子通过氧化亚硫酸根离子降低铜的还原率,从而降低氯离子的脱除率;六价铬离子在高温和酸性条件下氧化氯离子为氯气,从而提高氯离子的脱除率。
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