車(chē)春波

(哈爾濱商業(yè)大學(xué) 環(huán)境工程系,哈爾濱 150076)

離子交換法被廣泛應(yīng)用于制備軟化水和除鹽水.在離子交換樹(shù)脂再生過(guò)程中要排出大量的含鹽廢水.含鹽廢水由于礦化度高、電導(dǎo)率高、能加速電化學(xué)反應(yīng),使設(shè)備腐蝕速度加快;如排入周?chē)r(nóng)田,可能造成土地鹽漬化、土壤板結(jié)、農(nóng)作物爛根、死苗等[1].有研究表明,含鹽廢水的化學(xué)組成、農(nóng)田利用狀況等因素均對(duì)地下水水質(zhì)有重要影響[2].因此,對(duì)這部分廢水進(jìn)行有效的處理,使處理后廢水能夠回用,從而達(dá)到含鹽廢水重復(fù)利用,具有十分重要的意義.

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)用水 取自離子交換樹(shù)脂再生過(guò)程中的再生廢水.采樣時(shí)間統(tǒng)計(jì):陽(yáng)床每間隔 4 min取 1次水樣;陰床每間隔 7min取 1次水樣,各取 20個(gè)水樣.

沉淀方法 陽(yáng)床:取水樣 50 mL于 100 mL小燒杯中,充分?jǐn)嚢钘l件下加入沉淀劑或混凝劑,反應(yīng) 15 min后靜沉 30min取上清液測(cè)定各離子質(zhì)量濃度.陰床:取水樣 50 mL于 100 m L小燒杯中,用HCl調(diào)節(jié)至中性,充分?jǐn)嚢钘l件下加入沉淀劑或混凝劑,反應(yīng) 15min后靜沉 3 h取上清液測(cè)定各離子質(zhì)量濃度.

分析方法 鈣、鎂離子:EDTA滴定法測(cè)定;氯離子:硝酸銀滴定法測(cè)定;可溶性二氧化硅:分光光度法測(cè)定;鐵離子:分光光度法測(cè)定;硫酸根離子:EDTA滴定法測(cè)定;pH值:PHS-3C型精密 pH計(jì)測(cè)定[3].

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)分析

用于制備軟化水、除鹽水的水源水水質(zhì)情況如表1所示.

表1 水源水水質(zhì)分析

根據(jù)水源水水質(zhì)情況可以預(yù)知,陽(yáng)床再生廢水中存在的主要離子有:鈉離子、鈣離子、鎂離子、鐵離子、氯離子;陰床再生廢水中存在的主要離子有:重碳酸根、硫酸根、硅酸根、氯離子.對(duì)再生廢水的水質(zhì)測(cè)定結(jié)果如圖1、2所示.

圖1 陽(yáng)床再生廢水各離子隨時(shí)間的變化情況

圖2 陰床再生廢水各離子隨時(shí)間的變化情況

由圖1、2可知,在整個(gè)再生過(guò)程中,陽(yáng)床在再生第 16～60m in之間出現(xiàn)高含鹽量廢水區(qū);陰床在再生第 35～98min之間出現(xiàn)高含鹽量廢水區(qū)其他部分廢水水質(zhì)接近水源水,故取這部分高含鹽廢水進(jìn)行沉淀處理.通過(guò)對(duì)圖1、2中高含鹽量時(shí)間段的曲線進(jìn)行回歸計(jì)算,可得出:陽(yáng)床鈣、鎂、鐵、氯離子平均質(zhì)量濃度分別為 3 757、1 146、46.7、7 452 mg/L,pH值 ＜1.0;陰床硫酸根、硅酸根、氯離子平均質(zhì)量濃度分別為 2 032、337、1 224 mg/L,pH值＞12.0.

3.2 沉淀劑的篩選

3.2.1 陽(yáng)床沉淀劑的篩選

根據(jù)陽(yáng)床水質(zhì)特點(diǎn)選擇沉淀劑石灰乳(A)100 g/L、碳酸鈉(B)200 g/L、氫氧化鈉(C)100 g/L、氯化鋁(D)20 g/L、聚合氯化鋁 (E)20 g/L、氯化鈣(F)200 g/L進(jìn)行沉淀實(shí)驗(yàn).沉淀劑配方見(jiàn)表2.

表2 陽(yáng)床沉淀劑篩選實(shí)驗(yàn) m L

由于沉淀物 Fe(OH)3的溶度積 KSP=3.5×10-38遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 Mg(OH)2的溶度積 KSP=1.8×10-11,在加入 OH-時(shí) Fe3+首先沉淀下來(lái).因此,在篩選沉淀劑時(shí)只考慮沉淀劑對(duì)鈣、鎂離子沉淀效果的影響.

由圖3可知,配方 3、4、5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明混凝劑對(duì)鈣離子的去除效果不明顯,且由于混凝劑的加入鈣離子質(zhì)量濃度隨藥劑的用量下降較緩慢.由圖4可知,配方 1與配方 2都能有效去除鎂離子,但是配方 2對(duì)鎂離子的平均去除率為 81.1%,比配方 1的 71.6%要高.

圖3 陽(yáng)床鈣離子質(zhì)量濃度隨沉淀劑加入量變化曲線

圖4 陽(yáng)床鎂離子質(zhì)量濃度隨沉淀劑加入量變化曲線

沉淀劑篩選的結(jié)果表明:以碳酸鈉(B)和氫氧化鈉(C)為沉淀劑的配方 2可以有效去除鈣、鎂、鐵離子.由于廢水的特點(diǎn)是鹽質(zhì)量濃度高、懸浮物和其他雜質(zhì)含量很低,因此混凝劑的處理效果均較差[4-5].

3.2.2 陰床沉淀劑的篩選

根據(jù)陰床水質(zhì)特點(diǎn)選擇沉淀劑石灰乳(A)100 g/L、氯化鋁 (D)20 g/L、聚合氯化鋁 (E)20 g/L、氯化鈣(F)200 g/L進(jìn)行沉淀實(shí)驗(yàn).沉淀劑配方見(jiàn)表3.

由于沉淀劑的加入使廢水中產(chǎn)生的鈣離子用碳酸鈉(B)沉淀去除 .

表3 陰床沉淀劑篩選實(shí)驗(yàn) m L

由圖5、6可以看出,配方 1對(duì)硫酸根、硅酸根的去除效果最好.由于生成的 CaSO4是微溶物,在高質(zhì)量濃度鹽溶液中,隨著沉淀劑的加入鹽效應(yīng)增強(qiáng),增大了 CaSO4的溶解度,所以沉淀后出水硫酸根質(zhì)量濃度仍然超標(biāo)(≤250 mg/L),采用以氧化鈣(A)為沉淀劑的二次沉淀對(duì)硫酸根進(jìn)一步處理,其結(jié)果見(jiàn)圖7.

圖5 陰床硫酸根隨沉淀劑加入量變化曲線

圖6 陰床硅酸根隨沉淀劑加入量變化曲線

圖7 陰床二次沉淀離子隨沉淀劑加入量變化曲線

沉淀劑篩選的結(jié)果表明:以石灰乳(A)為沉淀劑的配方 1可以有效地去除硫酸根、硅酸根,而混凝劑的處理效果均不理想.

3.3 沉淀實(shí)驗(yàn)

根據(jù) CaCO3的溶度積 KSP=8.7×10-9,Mg(OH)2的溶度積 KSP=1.8×10-11可以看出,可采用分步沉淀法處理陽(yáng)床再生廢水:在充分?jǐn)嚢璧臈l件下加入第 1種沉淀劑 C,過(guò)濾并測(cè)定濾液中鈣、鎂、鐵、氯離子質(zhì)量濃度;在濾液中繼續(xù)加入第2種沉淀劑 B,過(guò)濾并測(cè)定濾液中上述離子的質(zhì)量濃度.根據(jù) CaSO4的溶度積 KSP=2.45×10-5,Ca SiO3的溶度積 KSP=1.14×10-8可以看出,陰床再生廢水在加入沉淀劑 A后的硫酸根和硅酸根將以共沉淀的形式析出,見(jiàn)表4、5。

表4 陽(yáng)床水樣離子質(zhì)量濃度及沉淀試驗(yàn)結(jié)果 (單位:mg/L)

表5 陰床水樣離子濃度及沉淀試驗(yàn)結(jié)果(單位:mg/L)

由表4、5可以看出,陽(yáng)離子的去除效果隨水樣中離子質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng),鈣、鎂、鐵離子平均去除率為 99.6%、97.4%、100%;陰離子的去除效果隨水樣中離子質(zhì)量濃度的增大而減弱,硫酸根和硅酸根平均去除率為 92.6%、95.8%.

4 結(jié) 語(yǔ)

用沉淀法處理離子交換樹(shù)脂高含鹽再生廢水,采用分步沉淀法可有效地去除陽(yáng)床再生廢水中鈣、鎂、鐵、氯離子;采用二次沉淀法可有效地去除陰床再生廢水中硫酸根和硅酸根.處理后分離出沉淀后的上清液以氯化鈉為主,可回用為鈉離子交換樹(shù)脂的再生液,從而減少了廢水的排放量,具有一定的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益.

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[3] 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法.國(guó)家環(huán)?？偩諿M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1989:98-289.

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