復合二氧化氯制備裝置在硝基甲苯廢水處理中的應用
[摘要]對較難處理的硝基甲苯廢水,通過試驗表明,采用復合二氧化氯處理該廢水效果較理想。在首次工業化應用中,使用研發的二氧化氯制備裝置進行廢水處理,脫色效果較好,COD降幅大。該裝置運行穩定、安全可靠、投資少,對廢水處理可起到積極的促進作用。
[關鍵詞]復合二氧化氯;廢水處理;脫色
二氧化氯(ClO2)是一種新型的強氧化劑,廣譜強力殺菌劑,隨著人們對它的不斷認識,已被廣泛的應用到飲用水、工業循環水、食品衛生、空氣凈化及水產養殖等領域。近幾年來,隨著ClO2在油田注水及工業廢水處理領域的成功應用,為ClO2開辟了更廣泛的應用領域。江蘇淮河化工總廠(以下簡稱淮化)排放的硝基甲苯工業廢水,由于色澤深(深紅黑色),成分復雜多變、處理達標難度大,是近年來一直困擾企業發展的難題之一。根據國外的經驗,利用復合ClO2氣體特有的強氧化性(復合氣體的協同作用),可以進行廢水的脫色及降低COD處理。為此,我們做了一系列的實驗,并進行了工業化廢水處理的嘗試。
1ClO2氣體的作用
復合ClO2(ClO2與Cl2混合)氣體,是以NaClO3、NaCl為原料,在酸性介質中反應生成的,其主要成分是ClO2氣體。據文獻〔1〕介紹,ClO2性質極不穩定,它遇水迅速分解,生成多種強氧化劑如HClO3、HClO、Cl2、O3、H2O2等。這些氧化物組合在一起產生多種氧化能力極強的活性集團(即自由基),它能激發有機環上的不活潑氫,通過脫氫反應生成R·自由基(RH代表有機物),成為進一步氧化的誘發劑,自由基還能發生羥基取代反應,將芳烴環上的—SO3H、—NO2等基因取代下來,從而生成不穩定的羥基取代反應中間體,易發生開環裂解,直至完全分解為無機物。ClO2的氧化活性是HClO的9倍多,且無AOX之類物質生成。同時,它還能將還原性物質如S2-、SO32-、AsO32-、SbO32-、S2O32-、NO22-、CN-等氧化,降低其排放濃度。
2試驗
2.1試驗工藝路線
工藝路線參照淮化廢水處理流程制定:(1)廢水→加復合氣體→活性炭吸附2h→沉淀或過濾→出水;(2)廢水→加復合氣體→活性炭(淘洗后)吸附2h→出水。
廢水水質:原廢水中主要含硝基苯、酚等,深紅黑色,CODCr為5~20g/L;廠家提供原處理后的參比水樣出水色度<80倍,CODCr為2728mg/L。
2.2實驗內容
(1)采用穩定性ClO2(純ClO2)溶液處理。穩定性ClO2溶液經活化劑(鹽酸)活化后加入到廢水中,其處理結果見表1。
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(2)采用復合ClO2氣體處理。華特908發生器現場制備復合ClO2氣體溶液,直接投加到廢水中,其處理結果見表2。
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2.3結論
(1)從處理效果上發現,復合ClO2氣體比純ClO2氣體(在相同有效氯下)處理后的廢水CODCr較低,脫色效果好。
(2)復合ClO2氣體處理每m3廢水成本為20~25元,低于廠家原工藝技術的成本。
(3)達到最佳處理效果時,純ClO2投加質量分數每小時可控制在2.0×10-3(折有效氯為5.26×10-3)較適宜;復合氣體每小時有效氯投加質量分數可控制在4.0×10-3~5.0×10-3較適宜。
3在工業廢水中的應用
3.1廢水處理
據文獻〔2〕報道,對含酚類廢水的處理,活性炭—ClO2(+Cl2)法比活性炭和ClO2單獨除酚具有投資少、成本低和效果好等優點。2001年1月,淮化曾上過若干臺某廠家的復合ClO2發生器,但由于在六個月的運行中,其安全性無法保證、轉化率低、產量小,而停止使用。2001年底,在廢水小試的基礎上,淮化采用了新研發的成套復合ClO2制備裝置,并于2002年1月21日正式投料運行(處理流程見圖1)。通過工業化廢水處理,制備裝置運行正常,其各項工藝指標穩定、安全性能可靠,而且廢水處理的效果一直穩定良好(見表3),用戶十分滿意。
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從表3看出,CODCr由5~20g/L(平均7.5g/L)降低至<1.4g/L,而且色度得到了很大的降低,非常利于生化處理達到排放標準。通過新型ClO2制備成套裝置在淮化的工業化應用,說明對該種較難處理的工業廢水,采用復合ClO2還是比較理想的,可以說,也是目前治理該種廢水的有效方法之一〔3〕。
3.2復合ClO2的制備
供處理廢水而配套的復合ClO2制備成套裝置,是近幾年研發的負壓曝氣法工業型制備裝置,也是國內首次用于工業廢水R3配方的工業型制備裝置。
(1)設計能力:105.2kg/h(折有效氯)。
(2)生產原料:氯酸鈉工業品GB/T1618—1995,優等品;氯化鈉(工業鹽)GB/T5462—2003,優等品;硫酸工業品GB/T534—2002,優等品。
(3)生產工藝:以氯酸鈉為氧化劑、氯化鈉為還原劑,在硫酸介質中進行反應,生成ClO2和氯氣的混合氣體;該氣體經吸收系統后進入被處理廢水中其工藝流程見圖2。
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在一定的反應溫度及負壓條件下,向反應器中按比例連續加入氯酸鈉和氯化鈉的混合溶液及濃硫酸進行反應,生成ClO2和氯氣的混合氣體。反應方程式為:
2NaClO3 + 2NaC l+ 2H2SO4 → 2ClO2 + Cl2 + 2Na2SO4 + 2H2O
由反應系統產生的混合氣體,經吸收系統后進入被處理廢水中。處理過程中,以廢水量來調節原料的投加量,以確保廢水的處理效果及處理成本。
4結語
(1)對于硝基甲苯廢水的處理,在其他處理方法還不很成熟的情況下,采用復合ClO2進行處理,是現階段最佳的選擇。
(2)處理廢水每噸需有效氯為4×10-3~5×10-3時,其CODCr可控制在<1400mg/L,色度可控制在<80倍,能夠滿足生化處理的要求。
(3)工業型復合ClO2制備成套裝置工業化應用
實踐表明,運行穩定、安全可靠、成本低,完全可以滿足用戶需要,每克有效氯的藥劑費用可控制在0.004元。
(4)工業型復合ClO2制備成套裝置的研發及應用,對我國的環境保護可起到積極的促進作用。
(5)由于該廠廢水情況不太穩定,因此,在處理過程中,會產生一種帶有刺激性的不明氣體,處理工藝還可另外配套完善。
參考文獻
[1]雷樂成.水處理高級氧化技術[M].北京:化學工業出版社,2001:1-10.
[2]黃君禮.新型水處理劑———二氧化氯技術及其應用[M].北京:化學工業出版社,2002:1-10.
[3]許雪記,韓永忠.一硝基甲苯生產廢水處理研究進展[J].工業水處理,2004,24(5):13-16.
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