铝盐共沉淀法去除高盐废水氯离子的试验研究

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高盐废水中含有的大量氯离子不易被污水处理厂的常规处理工艺去除,因此残留在排放水体中,对水体环境、动植物生长及人体健康造成危害。本文以高盐废水中的氯离子为研究对象,将铝酸钠(NaAlO2)、硝酸铝(Al(NO3)3)、氢氧化铝(Al(OH)3)三种铝盐应用于铝盐共沉淀法中,对不同铝盐在共沉淀法及铝盐沉淀循环利用中氯离子的去除效果及机理进行了比较研究;探究了工艺条件及水中其他阴离子对铝盐共沉淀法除氯效果的影响并进行了动力学拟合;优化了铝盐共沉淀法应用于榨菜废水除氯的工艺条件。本文的研究内容及结果如下:(1)对不同铝盐的除氯效果和除氯机理进行了比较研究。铝盐共沉淀法及铝盐沉淀循环利用中,铝盐除氯效果的大小顺序均为NaAlO2>Al(NO3)3>Al(OH)3。对三种铝盐在水中铝的形态进行分析可知,水中能向[Al(OH)6]3-转化的单体铝(Ala)和多核羟基络合物或聚合物(Alb)的相对含量越多越有利于除氯反应,因此NaAlO2和Al(NO3)3表现出优于Al(OH)3的除氯效果。NaAlO2共沉淀法除氯机理为Cl-通过阴离子交换、表面吸附进入钙铝层状双金属氢氧化物(Ca-Al-LDHs)或与Ca-Al-LDHs的前驱体Ca3Al2(OH)12水解产物发生共沉淀等方式生成沉淀。Al(NO3)3共沉淀法除氯机理中还存在着NO3-LDHs向Cl-LDHs的转化。Al(OH)3共沉淀法则可能是通过Al(OH)3的物理吸附实现除氯。(2)研究了铝盐共沉淀法除氯的工艺条件(Ca/Al、Al/Cl、反应时间、反应温度、初始p H、初始氯离子浓度)及水中其他阴离子浓度对除氯效果的影响,并拟合了该反应过程的动力学曲线。单因素试验结果表明,除初始p H值外,其余影响因素均对除氯效果产生了显著影响。三种水中常见的阴离子对除氯效果的抑制作用的强弱顺序为:SO42->F->NO3-。三者均可通过阴离子交换及表面吸附进入Ca-Al-LDHs,置换出Ca-Al-LDHs中的Cl-,进而导致Cl-去除率的降低。由反应动力学模型拟合结果可知,在不同的反应时间段内,铝盐共沉淀法除氯反应的快慢由不同控制机理主导。反应时间为0~30 min时反应过程符合由固体产物层扩散控制的反应动力学模型;反应时间为30~60 min时反应过程符合由液体边界层扩散控制的反应动力学模型;反应时间为60~120min时反应过程符合由界面化学反应控制的反应动力学模型。(3)确定了铝盐共沉淀法应用于榨菜废水除氯的优化工艺条件,考察了优化条件下铝盐沉淀循环除氯的效果,提出了既有榨菜废水处理工艺的改造方案建议。依次采用Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验以及Box-Behnken试验对Al/Cl、反应时间、反应温度影响的显著性进行检验。结果表明,三者对Cl-去除率影响的显著程度依次为反应时间>Al/Cl>反应温度。优化后的工艺条件为Al/Cl=3.30、反应温度=37.50℃、反应时间=130 min,Cl-去除率预测值为82.33%。对优化条件下的沉淀物的物相组成进行分析可知,共沉淀法应用于榨菜废水除氯的沉淀物的主要组分与应用于试验废水中沉淀物的主要组分一致,Cl-以Ca4Al2Cl2(OH)12的形式进入沉淀后得以去除。在上述优化条件下对榨菜废水进行铝盐沉淀循环利用试验,得到铝盐沉淀可循环利用次数为3次。铝盐沉淀循环过程中,其他水污染物(化学需氧量、氨氮、总磷)的浓度没有明显变化。对既有榨菜处理工艺进行改造时,可增加前端预沉淀工艺及末端共沉淀法除氯工艺,并设置末端沉淀回用。
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