高氯含量废水去除氯离子

《高氯含量废水去除氯离子》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高氯含量废水去除氯离子（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、高氯含量废水去除氯离子之研究高氯含量废水去除氯离子之研究*A Study on Removing Chlorine Ions from High Chlorine Containing Wastewater*曾淑 满1 ?郑 大 伟2*九十九年十月七日中国鑛冶工程学会九十九年年会宣读之论文 国立台北科技大学资源工程研究所 1硕士生 2教授 工业上所排放之废水常含有许多有害性之物质，如重金属或高浓度之盐类，若 未经处理而排放，将会对环境造成伤害。而垃圾掩埋场之渗出水、鞣革业或底渣再利用时所 排放之洗涤废水，经常含有高浓度之氯盐。由于高氯含量之废水会对输送之管路造成腐蚀， 直接排放时亦会对农渔产业

2、之灌溉或养殖造成不良之影响，目前并无适当之处理方法。因 此，高氯含量之废水处理成为一个重要之研究课题。 本研究利用添加铝系、钙系化合物于含氯之水溶液中，使钙、铝离子与水中之 氯离子结合，形成不溶性之弗氏盐(Ca2Al(OH)6Cl2H2O)，以达到去除水中氯离子之效果。 并且探讨钙系化合物与铝系化合物之添加量，对于去除溶液中氯离子之影响。实验结果显 示，经二阶段除氯后，氯离子去除率可达85%以上，沉淀合成之固体成份为钙铝氯化合物之弗 氏盐。因此可证实本方法确实可有效去除水中之氯盐，以减少后续之废水处理问题。 关键词:除氯、含氯废水、弗氏盐Industrial wastewater often

3、contains many hazardous substances, such as heavy metals or high concentration of salts. Landfill, tanning industry or bottom ash treatment wastewater usually contain a high concentration of chlorine. Therefore, removing chlorine from high chlorine concentration wastewater becomes an important issue

4、.This study investigated chloride removal from water. A series of aluminum compounds and calcium compounds were added in a chlorinecontaining water solution to precipitate insoluble Ca-Al-Cl compounds. XRD analysis results show that this compound was Friedels salt. The chlorine removal increased wit

5、h increasing amount of calcium ions. The best chlorine removal ratio can reach 85% in a two-stage removal system. This chlorine removal method has a great potential for treating high chlorine containing wastewater.Key words: chlorine removal, high chlorine containing wastewater, Friedels salt、八、前言随着

6、时代与科技的进步发展，因此产生许多的废弃物、废水等污染物。而工业 上排放之废水中常含有许多会对环境造成伤害之物质，如重金属或高浓度的盐类。去除废水 中重金属污染为主题之研究相当多;相对来说，去除废水中氯离子之研究，则略显不足。含 氯废水的来源为垃圾掩埋场之渗出水、鞣革业、酸洗、海鲜罐头加工业(1) 或焚化底渣之洗 涤废水(2) 等。由于氯盐具有腐蚀性，因此会妨碍水生动植物之生长(3)，导致环境危害。处理 高氯盐废水最简单之方法，系以大量的水稀释高氯盐浓度之废水，使其浓度降低达到可排放之 标准。但因水资源之浪费，以大量水稀释废水易导致承受水体之负担，亦会导致水资源之匮 乏;所以此方法不适用于处理

7、高含氯废水。一般可将含氯盐之高浓度废水分离收集，分离后 之废液采用蒸发浓缩方式处理，但此法成本高，含氯废水分离运送过程中会导致污水运输管 线之腐蚀，增加其处理与运输成本(4)，因此运送含氯废水至废水处理厂之前处理，成为处 理工业废水重要课题之一。一般来说，去除水中氯离子之研究，通常以吸附(5) 或是离子交换(1) 进行探 讨。目前以高温焙烧后之水滑石材料去除氯离子最为常见(1)。水滑石与类水滑石 可统称为层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs),此种化合物 属于阴离子型层状化合物。其指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合 物。一般型态可以式(

8、1)表之2-式中M2+可为Mg2+、Ni2+等二价阳离子;M3+可为Al3+、Fe3+等三价阳离 子，An-则可为O3、Cl-等阴离子，当x值介于0.20.33时，可得到较稳定之结构;其层间夹层中含有结晶水。层间之阴离子是藉由氢键进行键结，使得LDHs层间之阴离子具有可交换性(6-8)。利用此特性，以达到去除氯离子之效果(9)。本研究以直接形成钙铝氯化合物为目的。因此实验中将添加铝系化合物、钙系 化合物于含氯溶液中，使钙、铝离子与水中之氯离子进行键结，形成不溶性的钙铝 氯化合物沉淀，弗氏盐(Ca2Al(OH)6Cl2H20)，以达到去除水中氯离子之效果。实 验中所添加之氧化钙与铝酸钠为废水处理

9、厂常用之药剂(10)，可降低成本之消耗。 除氯后所形成之弗氏盐亦有吸附其他种类重金属离子之能力(11，12)，如此可能可 以解决本方法所产生大量废泥的处理问题。二、实验方法与材料本研究使用之含氯溶液系以氯化钙配制 而成，氯离子浓度控制为2600 ppm ( 此 浓度接近某实厂之排水含氯浓度)，实验 使用之钙系化合物为氧化钙与氢氧化 钙，铝系化合物则为铝酸钠。首先取600mL之含氯溶液，分别加入钙系化合物与铝系化合物，设定搅拌时间(t)为1小时，搅拌速率(v) 150 rpm，在室温下进行实验。实验后进行过滤;将沉淀固体 物置于60?烘箱中烘干24小时，将烘干 之固体物研磨后，以X光绕射分析仪(

10、X-ray Diffrac tion, XRD)进行晶相分析； 液体部分则以感应耦合电浆分析仪(Induetive Couple Plasma, ICP)测定残余之钙离子与铝离子浓度，并以硝酸银滴定法测定残余之氯离子浓度(NIEAW407.51C)。实验中之添加量以理论莫耳数15倍之钙系化合物、铝酸钠进 行搭配添加，以探讨钙系化合物与铝酸钠之添加量对溶液中氯离子去除效果的影 响。其添加量以式(2)与式(3)计算。实验之流程如图1所示。门如七+_： XaAlO.Tii tL,O - J 2 (.lJklC.ltOHjd - 2 ilXJ-2 M3UH口口5丄 JMaAHJ.-r Wj-U f 2

11、 匚念AX nuMb Z 乩口 A 3U-HO)为增加去除效果，随后再将前项残余溶液进行第二阶段之除氯实验。首先将剩 余溶液进行滴定和ICP分析，分别测得氯离子、钙离子与铝离子之残余浓度。取 400 mL之残余溶液，以氯离子残余浓度为基准，配合残余钙、铝离子之浓度，计 算出钙、铝系化合物所需之添加量，进行第二阶段除氯。第二阶段除氯之步骤与第一阶段相同。三、实验结果与讨论3.1 添加量对去除氯离子之影响图 2、图 3 为含氯溶液中添加不同钙系化合物与铝酸钠以去除溶液中氯离子实验结果。图2为添加氧化钙与铝酸钠(0A)系列;图3为添加氢氧化钙与铝酸钠(HA) 系列。图2(a)及3(a)为固定Ca/C

12、l莫耳比为210的范围内改变Al的添加量；图 2(b)及3(b)为固定Al/Cl莫耳比为210的范围内改变Ca的添加量。由图2(a), 3(a)可发现，当Al/Cl莫耳比为1时，增加钙系化合物之添加量对氯离子之去除 无明显之影响。其原因为溶液中之铝离子已完全消耗殆尽,无多余之铝离子与氯离 子、钙离子进行键结。因此即使增加钙系化合物添加量时，亦无法提升去除率。此 时 OA 系列之氯离子去除率约为 54%；HA 系列之氯离子去除率约为 52%。当 Al/Cl 莫耳比增加至 2 以上时，可发现钙系化物的添加量对去除氯离子之影响开始逐渐 增强。由图2(a)与图3(a)中发现，当Ca:Al:Cl莫耳比为

13、2:1:1、4:2:1、 6:3:1、8:4:1、10:5:1 时，为一区分点，此时期除氯效果增加显著。然而当 Ca/Al?2时，钙离子添加量之影响逐渐减缓。图2(b)、3(b)中则可发现，在固定钙 系化合物添加量时，Al/Cl2时除氯效果有开始下降之现象，且Ca/Cl越大时，铝 离子添加量之影响逐渐减缓。由实验结果中显示，需添加较多之钙系化合物，能有效提升氯离子之去除率。 推测其原因为所添加之钙系化合物其溶解度较低，因此导致整体钙系化合物利用率 偏低。然而随着铝酸钠之添加量增加时，因水溶液中之钙不足，无法有效进行键 结，所以氯离子去除率有减少之现象，因此需要添加较多之钙系化合物才能提升去 除

14、率。当钙系化合物与铝酸钠添加量皆增加时，易产生较多之钙铝化合物，造成弗 氏盐形成的数量下降，导致无法有效提升氯的去除率。因此在铝酸钠添加量较高时，去除率反而有下降之趋势。由图2、3中显示，AO系列Ca:Al:Cl莫耳比为10:3:1时（图2中，号处），有较佳之去除率，达到81.1%;HA系列Ca:Al:Cl莫耳比为10:4:1时（图3中号处），亦有较佳之去除 率，达到84.0%。3.2实验前后之pH值变化髭】宜砂町电社洛讹龙金忧hriChijpHOSA-1Ijt .1A3CJ= 1 J(Lii iR2A1(i. A.rci=?E i)H l i?A5Ifa Al tt=1E? S I)U.4i

15、.-厮? !A貳Mbj-斤._ F或爲启:台nmiijA厂枫罔5芒嵐ZT.r. 表1为含氯溶液中添加钙、铝系化合物实验前后之pH值变化。药品之添加量 分别为:氧化钙与氢氧化钙之添加量控制为Ca/Cl莫耳比2、4、6、8、10,铝酸钠 之添加量为Al/Cl莫耳比1、2、3、4、5。由表1中可得知，原始之含氯溶液（氯 离子浓度为2600 ppm） pH值为8.7，当含氯溶液中添加钙系化合物与铝系化合物 后，随着钙系化合物、铝系化合物之添加量增加，pH值有上升的现象，由8.7 上 升至12以上。OA系列pH之变化由理论添加量时的pH=12.3至5倍理论添加量的 pH=12.4;HA系列pH之变化由理论添加量的pH=12.4至5倍理论添加量的 pH=12.6。然而由表1中可发现，随着添加之钙系化合物不同，pH值有些微之不 同。其原因为氢氧化钙的溶解度于1 atm、20?下为0.173 g/100 mL，微溶于水;而 氧化钙于水中则产生反应作用，反应成些许微溶于水之氢氧化钙，因此相对于直接 添加氢氧化钙之pH值低。由文献中得知，弗氏盐生成之pH值为12,而pH?12弗 氏盐较稳定(13)，不易溶解。本实验之pH值皆高于12，符合弗氏盐之稳定生成条 件，不需额外以药剂调整pH值。实验所产生之沉淀固体经XRD分析结果如图4、图5所示。图4为添加氧化钙 与铝酸钠(OA)所产生之沉淀