水中氯離子去除技術(shù)與機理研究進展

張鵬宇,李文洋,肖麟童,馮立明

(山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,山東濟南 250101)

Cl-是氯在自然界中最穩(wěn)定的存在形式[1],占地球總水量97%的海水是Cl-含量最高的水體,含鹽量高達35%,地表水、地下水中也含有一定量的Cl-。此外,礦石開采、食品加工、皮革生產(chǎn)、醫(yī)藥和化工等行業(yè)所排放的廢水中也含有大量的Cl-。我國人均淡水資源遠低于世界平均水平,淡水資源較為匱乏,所以水資源的再生利用對于我國來講十分重要,為此,我國制定了相應(yīng)的法規(guī)限制各行業(yè)污水的排放。按地表水域使用功能要求和廢水排放去向,不同場景下含氯廢水的排放都應(yīng)遵守相應(yīng)的標準。如根據(jù)國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)規(guī)定的氯化物(以Cl-計)排放量,集中式生活飲用水地表水源地補充項目標準限值為250 mg/L;河北省《氯化物排放標準》(DB 13/831—2006)中規(guī)定,鹽化工產(chǎn)業(yè)的氯化物最高排放質(zhì)量濃度在類別Ι中一級排放限值為300 mg/L;在《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(GB/T 31962—2015)中規(guī)定,污水排放氯化物質(zhì)量濃度不得大于500 mg/L,甚至有些地方性法規(guī)要求排放質(zhì)量濃度小于400 mg/L,可見國家對控制污水中Cl-濃度的重視。

在工業(yè)發(fā)展迅速、廢水排放量日益增加的嚴峻背景下,選擇適合于特定環(huán)境下對水中除氯的方法具有急迫性和重要性。由于各種工業(yè)活動和對海水的直接利用,時刻都有大量含Cl-的廢水產(chǎn)生;在沿海地區(qū)、鹽堿地區(qū)地表水及地下水中,天然存在的Cl-含量很高,若不加處理將對生產(chǎn)、生活造成不良影響。工業(yè)用水中含量過高的Cl-會加速工業(yè)設(shè)施的腐蝕破壞[2-7];建筑施工用水Cl-含量過高,將會加速鋼筋腐蝕,影響施工質(zhì)量,進而影響建筑物安全;飲用水中過高含量的Cl-會對人體造成一定損害;如果科學(xué)試驗用水中的Cl-含量過高,會影響試驗準確性,甚至?xí)率箤嶒炇沂鹿?。由此可?無論是工業(yè)生產(chǎn)用水還是生活、試驗用水,控制Cl-含量具有重要意義。因此,尋求高效去除Cl-的方法,降低水中Cl-含量,既能夠提高工業(yè)用水回用率,有效緩解我國淡水資源短缺的壓力,又可以滿足人民對水質(zhì)的不同需求。目前常用的Cl-的去除方法有化學(xué)沉淀法、吸附法、分離法、氧化法等[8-9]。本文旨在總結(jié)常用去除含有Cl-水體中Cl-的方法機理及優(yōu)缺點,提出適配的水中除氯方法,為水中除氯方法的深入研究及工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 水中Cl-的去除方法研究進展及綜合應(yīng)用

水中去除Cl-的主要方法如表1所示。

表1 水中除氯方法分類Tab.1 Classification of Dechlorination Methods in Water

1.1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是Cl-與其他離子或者化合物進行反應(yīng),生成難溶性氯化物或者沉淀達到去除Cl-的目的[10-11]?；瘜W(xué)沉淀法除氯通常用于Cl-濃度較高的廢水,處理周期短、操作簡單、見效快,但是沉淀劑價格通常較高,使得化學(xué)沉淀法除氯的成本偏高,推廣應(yīng)用受到局限?；瘜W(xué)沉淀法中應(yīng)用較多的有鈣鋁鹽沉淀法、氯化亞銅法、硝酸銀法等。

鈣鋁鹽沉淀法又稱超高石灰鋁法,是化學(xué)沉淀法中應(yīng)用最廣泛的一種方法,且因操作簡單、成本較低、去除率高等優(yōu)點深受科研工作者的喜愛并被廣泛研究。鈣鋁鹽沉淀法是向含氯廢水中加入一定比例的鈣鹽和鋁酸鹽,生成一種難溶性的弗里德爾氏鹽沉淀[12-13],以此達到去除Cl-的目的。目前,常用的鈣鹽為CaO,常用的鋁酸鹽為NaAlO2[14-17]。鈣鋁鹽沉淀法整個過程的具體反應(yīng)方程如式(1)～式(5)。

CaO+H2O → Ca(OH)2

(1)

NaAlO2+2H2O → Al(OH)3+Na++OH-

(2)

4Ca(OH)2+2Al(OH)3→ Ca4Al2(OH)14↓

(3)

Ca4Al2(OH)14+2Cl-→ Ca4Al2Cl2(OH)12↓+2OH-

(4)

(5)

以選擇的鈣鹽是CaO為例,CaO和NaAlO2在水中與水反應(yīng),分別生成了Ca(OH)2和Al(OH)3,然后兩者在堿性環(huán)境下繼續(xù)反應(yīng)生成Ca2Al2(OH)14,而Ca2Al2(OH)14的沉淀平衡常數(shù)為1×10-25,難溶于水,可以與水中的Cl-進行反應(yīng),生成一種沉淀平衡常數(shù)更小的氯鋁酸鈣沉淀[16],即Ca4Al2Cl2(OH)12。Ca2Al2(OH)14以[Ca2Al(OH)6]+為主體層,OH-為層間陰離子,其與Cl-反應(yīng)生成Ca4Al2Cl2(OH)12,模型如圖1所示。

圖1 Ca2Al2(OH)14結(jié)合Cl-的過程Fig.1 Process of Ca2Al2(OH)14 Bonding Cl-

值得注意的是,CaO的NaAlO2的投加比例需要嚴格控制,如果NaAlO2過量,結(jié)合Cl-生成的Ca4Al2Cl2(OH)12則會再度參與反應(yīng),釋放出已經(jīng)吸收的Cl-,導(dǎo)致去除效率降低。唐寶玲等[17]針對廢水中高濃度Cl-的去除進行試驗,對比例、時間、投加量等因素對吸附效率的影響進行深入研究,結(jié)果表明,n(Al3+)∶n(Ca2+)為1∶3.3、攪拌時間為30 min時的去除效果最佳,最終可使Cl-的質(zhì)量濃度降到400 mg/L以下。但研究的局限在于該試驗在Cl-質(zhì)量濃度低于10 000 mg/L的條件下進行[18-20],另外引入的Al3+也需要進一步處理。該方法去除廢水中的Cl-具有環(huán)保、原料易得、操作簡便的優(yōu)點,其主要成本支出是用于原材料,相比之下,其原料價格也較低廉,且與Cl-反應(yīng)后生成的沉淀物能吸附廢水中的重金屬離子,所以可將沉淀物進行煅燒后回收處理。該方法可以應(yīng)用于大體積的廢水處理,具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景和深入研究的價值。

氯化亞銅法是利用Cl-與Cu+進行反應(yīng)生成CuCl沉淀的原理來去除Cl-。比如銅、鋅粉法,一般應(yīng)用在酸性鍍銅溶液中除氯,銅粉法主要進行反應(yīng)如式(6)～式(7)。鋅粉法處理Cl-的機理的研究仍比較模糊,但目前主要的觀點是鋅粉將Cu2+還原成Cu+,Cu+與Cl-生成CuCl沉淀,同樣如式(7)。

Cu+Cu2+→ 2Cu+

(6)

2Cl-+Cu2++Cu → 2CuCl↓

(7)

郭崇武[21]利用這個方法對酸性鍍銅廢液中的Cl-進行去除,加入銅粉時去除效率可達到58.9%,加入鋅粉時去除效率為47.0%。該方法與Cl-反應(yīng)迅速,原料易得,方法簡便,但對Cl-的去除效率偏低,且成本昂貴。過量的銅粉投入可能會使廢水中金屬Cu2+的含量增多,所以控制添加量尤為重要。此方法通常應(yīng)用于小規(guī)模低濃度的含氯廢水的處理。

硝酸銀法是利用Cl-與銀離子反應(yīng)生成不溶于水的氯化銀沉淀。由于硝酸銀沉淀劑價格昂貴,僅用于水質(zhì)中取樣檢測Cl-含量,不適于工業(yè)化去除Cl-[22]。

化學(xué)沉淀法反應(yīng)迅速、反應(yīng)過程簡單、操作容易,開發(fā)成本低的沉淀劑是水中去氯的重要方向,具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 吸附法

吸附法一般是采用離子交換劑與水中的Cl-交換,以交換吸附的方式固定Cl-[23],但交換離子量有限,很容易達到飽和,交換劑需要再生利用,此方法多用于小水量廢水的Cl-的去除處理。吸附法中常用的有離子交換樹脂法[24]、水滑石法、改性粉煤灰法、電吸附法等。

離子交換樹脂具有優(yōu)異的離子交換作用,尤其是717型硫酸根陰離子交換樹脂和201×7型離子交換樹脂應(yīng)用較廣,能對Cl-進行穩(wěn)定吸附,其成本在7 000元/t左右。據(jù)報道[25],201×7型離子交換樹的再生利用率可高達83.40%,可以大大降低成本。離子交換樹脂不僅可以應(yīng)用于廢水中的Cl-去除,還能作為建筑材料的吸氯添加劑使用。Qu等[26]利用SBAE樹脂(強堿陰離子交換樹脂),將它添加到鋼筋混凝土中,所制備的砂漿能有效地吸附砂漿內(nèi)部的Cl-,從而達到長效防腐效果,延長混凝土使用壽命。離子交換樹脂法去除Cl-一般適用于Cl-濃度較低的情況,而且需要考慮樹脂的再生費用。

圖2 焙燒水滑石對Cl-的吸附過程Fig.2 Adsorption Process of Calcined Hydrotalcite for Cl-

粉煤灰是一種工業(yè)廢棄物,具有較強的可改性能力,且本身疏松多孔,可作為吸附劑使用。粉煤灰的主要成分為石英(SiO2)和莫來石(3Al2O3·2SiO2),改性后Al-O鍵和Si-O鍵打開,增加Cl-與硅、鋁離子交換的機會,從而可以有效固定Cl-。此外,改性后的粉煤灰其表面的吸附位點增多,更能有效地吸附Cl-。對粉煤灰進行改性早已成為了粉煤灰吸附領(lǐng)域的熱點,劉凌寒等[29]將改性的粉煤灰用于脫硫廢水中除氯,最佳投入量為25 g/L,反應(yīng)約280 min達到平衡,對Cl-的吸附率達到56%。施云芬等[30]利用類水滑石和改性粉煤灰協(xié)同在脫硫廢水中除氯,類水滑石與改性粉煤灰的質(zhì)量比為2∶1,對Cl-的去除率可達到88.89%。粉煤灰法是一種較為理想的廢水除氯方法,以“廢”治“廢”,并且原料易得、成本低廉,價格在200元/t左右,跟其他添加劑協(xié)同使用可能會有較好的效果。同時,粉煤灰也含有一些微量金屬元素,如As、Se、Cd等,在使用過程中粉煤灰中的微量元素可能浸出,導(dǎo)致環(huán)境污染。粉煤灰法在國內(nèi)主要應(yīng)用于脫硫廢水和重金屬廢水中的污染物處理。因為實際的工業(yè)廢水中組分復(fù)雜,各種離子之間可相互影響,處理的效果會大大降低,現(xiàn)階段的研究主要在模擬廢水中進行。因此,繼續(xù)深入研究粉煤灰對實際廢水中Cl-的吸附具有重要意義。一般可以通過高溫、助溶劑、發(fā)泡劑等手段對粉煤灰進行改性,使其能夠在實際廢水中對Cl-進行有效的吸附。

電吸附法是一種基于靜電吸附原理的脫鹽方法,主要用于水質(zhì)的凈化和淡化。主要采用活性炭作為電極,具有良好的導(dǎo)電性和一定的吸附能力。在兩電極上施加電壓,溶液中的正負離子在電場力和濃度梯度的驅(qū)動下向兩極移動,吸附在溶液與電極的表面形成雙電層電容,達到去除Cl-的目的。該方法對廢水中Cl-的處理效果主要取決于電容的大小。王紅兵[31]利用電吸附原理,選用活性炭為電極材料,在水處理過程中有效脫鹽,并對電壓、鹽溶液濃度、流速等因素進行了試驗研究,最終活性炭電極可達到的最大吸附容量為5.6 mg/g。電吸附法不僅能夠吸附鹽離子,而且廣泛用于吸附水質(zhì)中的各種有害物質(zhì)?？蒲腥藛T[32]利用電吸附活性炭,對水中的醫(yī)用高分子污染物進行去除,研究發(fā)現(xiàn)活性炭通電壓后的吸附容量比沒通電壓時提高了44%。電吸附法雖然能耗較高,但處理過程不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),可以避免生成二次污染物,并且效果良好,是一種非常有前景且具有成本效益的方法,適合用于農(nóng)業(yè)污水、地下水處理、回用水凈化等。電吸附法電極材料的選擇能決定其吸附能力,所以研發(fā)一種新型高效的電極材料迫在眉睫。

1.3 分離法

分離法是采用物理或者物理化學(xué)方法,使Cl-以氯化物形式從水中分離出來,以達到Cl-脫離水的目的。分離法對氯化物去除效率較高,但成本也偏高,需要專用設(shè)備,目前工業(yè)化應(yīng)用的主要有蒸發(fā)濃縮法、膜分離法等。

蒸發(fā)濃縮法是將不含可揮發(fā)溶質(zhì)的水分子沸騰汽化、冷凝,使水分子與鹽分離,該方法主要用于高純水制備及高氯鹽水處理[33-34]。通過多級蒸餾可以獲得高純度蒸餾水,用于科研需要。對于高氯鹽水,通過蒸餾既可獲得蒸餾水用于生產(chǎn),又可獲得氯化物鹽,實現(xiàn)鹽、水分離,如將Cl-從多晶硅產(chǎn)生的高氯廢水中進行分離,多次地蒸發(fā)且循環(huán)利用,將Cl-以結(jié)晶鹽的形式排出體系外,實現(xiàn)水、鹽的二次利用。蒸發(fā)濃縮法工藝簡單、效率較高,但是長期蒸餾導(dǎo)致高氯鹽溶液對設(shè)備的腐蝕加劇,受電費、蒸汽、不同的處理設(shè)備等因素的影響,處理廢水的成本在50元/m3左右,耗能和成本較高,限制了大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

膜分離法在工業(yè)污水處理和純水制備中應(yīng)用前景廣闊,特別是隨著膜材料、膜技術(shù)的快速發(fā)展,極大帶動了膜分離法在Cl-的去除、脫鹽領(lǐng)域的應(yīng)用,如純水制備、廢水處理,特別是海水淡化領(lǐng)域,前景廣闊。但該方法由于膜對水質(zhì)要求高,需要對水進行預(yù)處理,工序復(fù)雜,主要包括預(yù)過濾、預(yù)吸附、氧化、絮凝、還原等前處理工序,以及對水中的其他組分進行分離[35-36],如圖3所示。目前膜分離技術(shù)在海水淡化方面應(yīng)用廣泛,具有分離效果好、能耗低等優(yōu)點,該方法成本包括電費、樹脂費、藥劑費和濾芯的清洗或者更換維護的費用,處理廢水的成本在40元/m3左右。但是在Cl-濃度較高的環(huán)境下,由于滲透壓過高,難以應(yīng)用;同時,廢水中的其他雜質(zhì)會對膜層造成一定的污染和損壞,從而限制了其應(yīng)用。分離后產(chǎn)生的高濃度鹽水如何處理也是難題。

圖3 滲透膜法除氯工藝Fig.3 Process of Chlorine Removal by Osmotic Membrane Method

1.4 氧化法

氧化法是利用電解、電滲析、還原等方式將Cl-從溶液中去除,主要包括電解法、氧化劑法、電滲析法等。

電解法除氯的原理是將含有Cl-的水體通電,電解槽產(chǎn)生電位差,水體中的陰離子向陽極移動發(fā)生還原反應(yīng),Cl-在陽極被氧化,如圖4所示。但是陽極電位很正,如果水體中的其他離子或雜質(zhì)含量較多,則會夾雜著很多副反應(yīng),所以一般情況下很少應(yīng)用直接電解法去除復(fù)雜水體中的Cl-。并且電解法的成本較高,不建議處理大水量水體,通常在預(yù)處理后采用電解法二次處理。氧化劑法是通過與Cl-發(fā)生氧化還原反應(yīng)將Cl-去除的方法。添加氧化劑將Cl-氧化為氣態(tài),從而達到去除Cl-的效果。添加氧化劑法在處理廢水中極少應(yīng)用,原則上可行,但是存在諸多的問題。

圖4 電解法去除Cl-的工作原理Fig.4 Working Principle of Electrolytic Process for Dechlorination

電滲析法除氯的原理是以電能為動力,離子交換膜為滲透膜,通電使陰、陽離子分別向陽極、陰極移動,由于滲透膜只能通過陰離子或者是陽離子,從而使陰、陽離子分離,實現(xiàn)Cl-的去除。閆虎祥等[37]針對高濃度Cl-采用電滲析工藝,對廢水中Cl-的去除率高達85%以上,處理后的Cl-質(zhì)量濃度降至600 mg/L以下。電解法處理廢水操作簡單,無污染,且生成OH-可以與廢水中的有機物進行反應(yīng),有利于后續(xù)處理,但是存在能耗高、成本高等缺點,常在廢水預(yù)處理后應(yīng)用或者小規(guī)模的污水處理。

1.5 各除氯方法綜合應(yīng)用

各種Cl-的去除技術(shù)具有不同的特點,適用的水質(zhì)也不相同,應(yīng)根據(jù)用水規(guī)模、水質(zhì)要求、運行成本控制等方面綜合考慮。幾種常用Cl-的去除方法優(yōu)缺點如表2所示。

表2 水中除氯方法對比Tab.2 Comparison of Dechlorination Methods for Wastewater Treatment

由此可見,每種Cl-的去除方法原理、效果、適合的水質(zhì)不同,如何發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢,形成組合技術(shù),是值得探討的問題?？偨Y(jié)各方法的特點和發(fā)展方向、不同的除氯方法可形成組合技術(shù)如下。

(1)沉淀法、氧化劑氧化等化學(xué)法除氯,設(shè)備簡單、效率高,對高濃度含氯水除氯具有顯著優(yōu)勢,但試劑消耗大,運行成本高,而且為了有效降低水中Cl-濃度,必須投放過量的沉淀劑或者氧化劑,會對水質(zhì)帶來不良影響,尤其是導(dǎo)致全鹽量大幅度提高。因此,開發(fā)用量小、效率高的沉淀劑與氧化劑是該領(lǐng)域重要研究方向。化學(xué)法處理后的清水可以采用膜處理法進一步凈化處理,實現(xiàn)水的高效利用。

(2)膜分離法對于低鹽水去除Cl-的優(yōu)勢突出,適合規(guī)?；a(chǎn),經(jīng)濃縮后的高鹽水可以結(jié)合蒸發(fā)濃縮法、電解法等進一步處理,實現(xiàn)水及金屬等物質(zhì)的資源化利用,在工業(yè)廢水處理中是實現(xiàn)廢水閉路循環(huán)、“零排放”的重要途徑。

(3)離子交換樹脂、水滑石及粉煤灰受交換容量的限制,僅適合于低氯、低鹽水的凈化處理,但離子交換樹脂與反滲透膜法組合處理,在高純?nèi)ルx子水制備、重金屬回收利用等方面優(yōu)勢突出。反滲透后的淡水經(jīng)離子交換樹脂進一步處理,可以有效脫鹽,獲得高純水;反滲透后的濃水經(jīng)離子交換樹脂選擇性交換吸附,可以富集重金屬離子,實現(xiàn)資源化利用。

2 常見含氯水體Cl-的去除方法及綜合應(yīng)用

為了面向具體水體成分的處理方法、耦合技術(shù)選擇,提供更有益的技術(shù)依據(jù),以下總結(jié)了常見典型水體的主要組成數(shù)據(jù),并針對幾類典型含Cl-的水體特征及處理排放要求,介紹了相關(guān)脫氯技術(shù)研究、應(yīng)用進展。最后,為相關(guān)技術(shù)及耦合方法的適用性、待提升之處給出了建議,對相關(guān)水體適用的處理技術(shù)進行了總結(jié)。

2.1 煤化工高鹽氯水Cl-的去除

表3 煤化工產(chǎn)業(yè)廢水主要成分及含量Tab.3 Main Components and Contents of Coal Chemical Industry Wastewater

考慮到煤化工高鹽廢水中的鹽離子質(zhì)量濃度比較高,通?？蛇_3 000～15 000 mg/L[38]。如果直接將廢水進行蒸發(fā)濃縮,大量的含氯廢水需要很大的能耗和較長的處理時間。如果先將含氯廢水進行濃縮,然后集中對濃縮鹽水進行蒸發(fā)結(jié)晶,則會有較好的效果,雖然增加設(shè)備會提高成本,但是其Cl-的去除效率會大大提高,且長效配合應(yīng)用會有良好的成效。對含氯廢水進行濃縮常用的方法是離子交換法,一般使用離子交換膜或者離子交換柱將含氯水進行處理[39],得到濃縮高氯鹽水和低氯鹽水,再將高氯鹽水配合應(yīng)用蒸發(fā)濃縮法,使Cl-析出并結(jié)晶。高氯鹽廢水最后轉(zhuǎn)化為低鹽廢水、水蒸氣、固體鹽結(jié)晶。具體流程如圖5所示。而低氯鹽水如果達到排放標準可以直接排放,如果氯含量仍然超標,則可以利用離子交換樹脂或者水滑石法等再處理。國內(nèi)有多個煤化工高鹽處理項目采用了多種工藝技術(shù)組合處理Cl-,如久泰能源(準格爾)煤制甲醇項目采用了機械壓縮蒸發(fā)、自然蒸發(fā)、多效蒸發(fā)等工藝技術(shù)的一種或幾種工藝組合[40]。煤制甲醇項目主要處理工藝為高效澄清池+V型濾池+超濾+鈉床+陽床+反滲透,這樣不僅可以有效地對Cl-進行去除,同時還能廣泛地去除其他鹽離子,但是處理后得到的混合鹽離子沒有市場價值,通常進行填埋處理。國家能源投資集團新疆化工有限公司在高氯鹽水的處理上取得較大的進展,通過分步結(jié)晶的方式,可以分步得到較為純凈的各種鹽離子,如氯化鈉、硫酸鈉等,并且對Cl-的去除效率較高,基本可以達到高鹽廢水的零排放標準,平均廢水的處理費用約為10.5元/m3。

圖5 煤化工高鹽廢水處理流程Fig.5 High Salt Wastewater Treatment Process in Coal Chemical Industry

2.2 電鍍含氯廢水Cl-的去除

電鍍廢水中Cl-主要來源于電鍍的3個環(huán)節(jié):前處理、電鍍、后處理[41]。在鍍前處理中需要用到鹽酸等無機酸來清洗鍍件表面,電鍍過程中使用的氯化鎳、氯化鋅等氯化物,以及鍍后處理使用氯酸鹽的鈍化液等都會將Cl-引入到廢水中。以山東某機械工具廠處理電鍍廢水的方案為例,該廠采用先分質(zhì)分流預(yù)處理進行濃縮,最后進行蒸發(fā)結(jié)晶[42]。首先通過生化系統(tǒng)對廢水內(nèi)的有機物進行去除,防止污染物對膜濃縮系統(tǒng)造成堵塞。處理后的廢水進入到膜濃縮裝置,通過三段濃縮處理進行脫鹽,通過三段的濃縮處理,整體的回收率可以達到90%以上。最后,濃縮后的廢液用蒸汽壓縮機蒸發(fā),使用全自動離心機進行離心出鹽。最終經(jīng)處理的廢水達到了零排放項目的要求,總運行成本約為48.5元/m3,略高于同類廢水的處理標準。

電鍍含Cl-廢水中Cl-的去除可應(yīng)用的方法還有很多,但同時也要面臨各方法的弊端,如果想要達到較好的處理效果,同時想要降低成本,使用各方法的組合技術(shù)是必然的。煤化工高鹽廢水Cl-去除的組合技術(shù)同樣也可應(yīng)用于電鍍含Cl-廢水中Cl-的去除處理,但相對于煤化工高鹽廢水,電鍍廢水中的鹽離子種類較少且已知,可以使用化學(xué)添加劑對Cl-和其他鹽離子進行準確地去除。將含氯廢水用化學(xué)沉淀法處理后,再使用離子交換樹脂法或膜分離法再次處理可能會有更好的效果。

2.3 海水淡化

隨著水資源的匱乏,積極開發(fā)海水淡化技術(shù)可以有效緩解水資源短缺的壓力。Cl-作為海洋中含量最高的鹽離子,在淡化過程中勢必作為重點脫除對象。海水主要的組成成分如表4所示。常見的海水淡化的技術(shù)大致有蒸餾法、電滲析法、反滲透法(膜分離法)等[43]。

表4 海水中主要成分及含量Tab.4 Main Components and Contents in Sea Water

化學(xué)沉淀法和離子交換法不適用于海水中脫鹽、除氯。海水是一個Cl-含量非常高且龐大的水體,任何使用添加劑的Cl-去除方法效果有限,并可能對水體進行污染。通過蒸餾法處理過的海水,得到的淡水質(zhì)量優(yōu)異,但需要消耗大量能量。電滲析法則是通過分離膜技術(shù),使用離子交換膜將海水分為低濃度鹽水和高濃度鹽水。反滲透法通過滲透膜淡化海水,經(jīng)濟環(huán)保。此外,海水具有一定的腐蝕性,可對設(shè)備造成破壞,滲透膜價格昂貴,且3～5年就需要更換一次,并且容易損壞,所以目前海水淡化主要以蒸發(fā)濃縮法為主。目前的關(guān)鍵仍然是提高海水淡化技術(shù),降低淡化成本。某沿海鋼鐵企業(yè)探索并建設(shè)了海水淡化濃鹽水綜合利用中試生產(chǎn)線[44],該廠海水淡化裝置技術(shù)比較領(lǐng)先,且運行平穩(wěn)。采用熱法低溫多效蒸餾工藝,充分利用鋼鐵廠的蒸汽對海水進行加熱蒸餾,得到蒸餾水和濃縮海水,再將濃縮海水通過反滲透濃縮技術(shù)繼續(xù)處理,最終可以將氯化鈉的質(zhì)量濃度濃縮為746 000 mg/L左右。該方法需要較高的能耗,利用鋼鐵廠所富有的余熱進行對海水進行處理可有效地降低成本。

3 展望

現(xiàn)階段的環(huán)保政策對水中Cl-含量進行了更加嚴格的管控,深度處理含有Cl-的水體意義重大。對處理水中除氯的方法工藝進行科學(xué)研究,既能有利于水資源的再生利用,又能緩解環(huán)境壓力,符合可持續(xù)發(fā)展觀念?，F(xiàn)存的各種除氯技術(shù)大部分都處于實驗室研究階段,且在適應(yīng)性方面都存在一定的局限性,主要應(yīng)用于中小水量除氯處理。若要在大水量水體中進行除氯處理,需將改善Cl-的處理效果作為研究重點,兼顧節(jié)約成本和環(huán)保意識,而后針對各類水的具體情況匹配最佳的除氯工藝方法,形成組合技術(shù),最終建立起一套完整的除氯標準,朝著低成本、高效率且更環(huán)保的方向發(fā)展?？傊?隨著工業(yè)科技的發(fā)展和科研工作者的努力,水中Cl-去除的工藝方法也會不斷進步。