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高氯废水处理技术研究

1引言(Introduction)

近年来，我国很多城市面临“垃圾围城”的困境.根据《2015年城乡建设统计公报》，2015年我国城市生活垃圾、粪便产量高达2.06×108t.生活垃圾处置的常规方式有填埋、焚烧和堆肥等其中，焚烧法因具有无害、减容、减量的特点，越来越成为我国垃圾处理的主流趋势之一.然而垃圾焚烧过程中会产生大量的飞灰，产量约为焚烧量的3%~5%飞灰中富集了大量的重金属和二英，会对环境造成危害，世界各国都将飞灰列为危险废弃物.实现飞灰的无害化和资源化利用成为飞灰处置的方向，资源化利用的途径有堤坝、水泥、骨料等.生活垃圾焚烧飞灰中氯盐含量很高，主要以NaCl、KCl、CaCl2为主.飞灰中的无机氯盐会降低资源化产品的品质，由于飞灰中的大部分氯以可溶性氯盐的形式存在，因此，水洗常作为飞灰资源化利用前经济、有效的预处理方式.流化床飞灰水洗液中Cl-浓度高达6000~28000mg·L-1,高氯盐废水不仅会在生产过程中对设备产生腐蚀作用，未处理直接排放还会造成土壤生物、植物脱水死亡及土壤碱化.因此，深度处理高氯盐飞灰水洗液，降低其Cl-含量势在必行.

目前，国内外去除废水中Cl-的方法有焚烧法、化学处理法、生物法、电渗析和反渗透等.其中，焚烧法处置中废水中的盐类对装置腐蚀严重，化学处理法处理不完全，生物法耗时长，电渗析存在高耗能等问题.因此，研究高效、经济、无二次污染的Cl-去除工艺具有重要意义.

化学处理法通过加入化学试剂形成不溶性的沉淀以去除溶液中的Cl-，操作简单，但不能去除完全.膜分离具有分离效率高、设备简单、操作方便等特点，但高氯含量的废水对膜分离设备和工作压力的要求较高，且容易造成膜污染影响去除效果.基于此，本研究以飞灰水洗液为研究对象，采用化学沉淀法和反渗透膜分离技术相结合去除飞灰水洗液中的Cl-，考察化学处理对飞灰水洗液的初步处理效果，再探究反渗透中浓淡比、操作压力、pH、Cl-浓度等工艺参数对飞灰水洗液的最终处理效果的影响.

2实验材料及方法(Materialsandmethods)2.1飞灰水洗液

实验所用的飞灰采自天津某垃圾焚烧厂流化床炉的布袋除尘器排灰口，氯含量为6.69%.按液固比(液体的体积与飞灰的质量比，如4mL去离子水洗1g飞灰液，固比为4)为4、6、8二次循环水洗产生飞灰水洗液.工艺流程如图1所示，即飞灰经过两级水洗过程，二级水洗过程用去离子水洗经过一级水洗后烘干的飞灰，二级过程产生的水洗液循环用作一级水洗过程的进水，水洗过程用磁力搅拌器搅拌，转速为0r·min-1，每级水洗时间为30min.水洗后通过抽滤分离水洗液和飞灰，分离后的飞灰烘干测量其氯含量及质量损失.其中，一级水洗产生的水洗液为实验所用飞灰水洗液.

图1水洗工艺流程图

2.2试剂及仪器

试剂：氢氧化钙(Ca(OH)2)、偏铝酸钠(NaAlO2)、去离子水均为分析纯，购自于国药集团化学试剂有限公司.

仪器：电子天平、磁力搅拌器、离心机、实验用膜分离装置、离子色谱仪(瑞士万通，883型)、X射线荧光光谱仪(XRF，ARLADVANT′XIntelliPowerlM4)、电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS(美国Thermo，XeriesⅡ)等.

2.3化学法预处理原理

Ca2+、Al3+与飞灰水洗液中的Cl-反应生成不溶性钙铝氯化合物Ca2AlOH6Cl，以去除水洗液中的Cl-,反应方程式如下：

(1)

2.4反渗透装置

实验所用反渗透膜是台湾某公司生产的芳香聚酰胺卷式膜，装置参数如下：有效面积0.4m2，水通量16.8L·h-1,操作压力0.4~1.2MPa，装置流程如图2所示.经过初步处理的飞灰水洗液经泵压入分渗透膜，透过膜的淡水收集待测，浓水回流到浓水槽.

图2反渗透膜处理装置

2.5实验过程

取液固比为4、6、8的水洗液各1L，测定飞灰水洗液中的Cl-浓度.控制Ca:Al:Cl物质的量比为2:1:1，确定CaOH2和NaAlO2的添加量，搅拌时间为1h，充分反应生成沉淀后，通过离心机使得固液分离，测定经初步处理后水洗液中Cl-浓度.分离后的液体进入膜分离装置的原料液槽，通过操作流量阀和压力阀改变实验工况，分别进行浓淡比(浓水和淡水的流量比)为1、2、3、4、5和操作压力为0.6、0.8、1.0、1.2MPa条件下的膜分离实验，对液固比为6的水洗液通过加酸或加碱改变水洗液的pH进行不同pH下的膜分离实验，收集不同条件下分离后的淡水并测定其Cl-含量.

2.6氯离子去除率

两级处理后Cl-的去除率R的计算公式如下：

(2)

式中，C0为飞灰水洗液中Cl-的浓度(mg·L-1)，CP为淡水中Cl-的浓度(mg·L-1).