工業(yè)除氯是指通過(guò)物理、化學(xué)或生物方法去除水、氣體或固體物料中氯元素或其化合物的過(guò)程。氯在工業(yè)廢水中常以氯離子(Cl?)、次氯酸鹽(ClO?)或有機(jī)氯化物形式存在,可能腐蝕設(shè)備或污染環(huán)境。常見(jiàn)技術(shù)包括化學(xué)沉淀、離子交換、膜分離和吸附法。例如,電鍍廢水中的氯離子可通過(guò)銀鹽沉淀生成AgCl去除,但成本較高。近年來(lái),新型復(fù)合材料如負(fù)載型納米零價(jià)鐵(nZVI)因高效還原性成為研究熱點(diǎn)。
氯污染主要來(lái)自化工、制藥、造紙和冶金行業(yè)。農(nóng)藥生產(chǎn)中含氯有機(jī)物(如DDT)、聚氯乙烯(PVC)加工釋放的氯乙烯單體(VCM)以及海水淡化濃鹽水均含高濃度氯。例如,氯堿工業(yè)每生產(chǎn)1噸燒堿約排放2.5kg氯氣。這些污染物需通過(guò)尾氣洗滌(如堿液吸收Cl?生成NaClO)或深度氧化(如UV/ClO?工藝)處理,以符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)的氯離子限值(500mg/L)。 氯離子超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致藥劑投加翻倍。青海工業(yè)除氯
Cl?是嗜鹽菌(如Halomonas)生長(zhǎng)的必需元素,其存在導(dǎo)致:生物膜厚度增加3倍,形成缺氧腐蝕微環(huán)境垢下Cl?濃度可達(dá)本體水的20倍(局部腐蝕速率>3mm/年)常規(guī)殺菌劑穿透生物膜效率下降70%某煉油廠(chǎng)循環(huán)水系統(tǒng)在Cl?>400mg/L時(shí),碳鋼管道微生物腐蝕穿孔事故頻發(fā),年檢修費(fèi)用增加¥500萬(wàn)。
Cl?與Ca2?、Mg2?形成的沉積物具有特殊危害:導(dǎo)熱系數(shù)0.5W/(m·K),是不銹鋼的1/30多孔結(jié)構(gòu)吸附腐蝕產(chǎn)物,形成惡性循環(huán)1mm厚氯鹽垢層使換熱效率降低25%某熱電廠(chǎng)的蒸汽冷凝器因Cl?沉積,年多耗標(biāo)煤8000噸,直接經(jīng)濟(jì)損失¥640萬(wàn)。 甘肅海水淡化除氯除硬系統(tǒng)電吸附除氯能耗低,適合小規(guī)模。
頭孢類(lèi)生產(chǎn)廢水含二氯甲烷(DCM)500-2000mg/L,傳統(tǒng)空氣吹脫法能去除30%且易造成VOCs污染。某藥廠(chǎng)采用厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)+好氧顆粒污泥工藝:ABR階段在HRT=24h、Eh=-350mV時(shí),脫鹵球菌(Dehalococcoides)通過(guò)還原脫氯將DCM轉(zhuǎn)化為CH?+Cl?,降解率92%;好氧段進(jìn)一步氧化殘余有機(jī)物。系統(tǒng)對(duì)Cl?總?cè)コ蔬_(dá)99.8%,沼氣產(chǎn)率0.35m3/kgCOD。需注意pH需維持在6.8-7.2,否則脫鹵酶活性受抑制。
活性炭對(duì)Cl?的吸附容量通常低于5mg/g,但可有效去除余氯(HOCl/OCl?)。木質(zhì)炭在pH=6時(shí)對(duì)HOCl吸附量達(dá)28mg/g,其機(jī)理為表面羧基的催化分解:C=O + HOCl → COOH + Cl?。某自來(lái)水廠(chǎng)用椰殼炭濾柱(EBCT=10min)將余氯從2mg/L降至0.05mg/L以下。當(dāng)水中存在有機(jī)物時(shí),腐殖酸會(huì)占據(jù)50%以上孔隙,導(dǎo)致Cl?吸附量下降70%。微波再生(800W,2min)可恢復(fù)90%吸附容量,但重復(fù)使用5次后比表面積從1200降至800m2/g。
強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂(如Amberlite IRA-900)的季銨基團(tuán)(-N?(CH?)?)對(duì)Cl?選擇性系數(shù)達(dá)2.5,交換容量1.8-2.2eq/L。某熱電廠(chǎng)循環(huán)水處理中,樹(shù)脂柱在流速20BV/h時(shí)可將Cl?從1500mg/L降至50mg/L,但SO?2?共存時(shí)會(huì)競(jìng)爭(zhēng)吸附(選擇性比SO?2?:Cl?=9:1)。再生采用5%NaOH溶液,消耗量約為Cl?摩爾量的1.2倍。新型耐氧化樹(shù)脂(如接枝聚乙烯亞胺)在余氯10mg/L環(huán)境下使用壽命延長(zhǎng)至7年,但交換容量降低15%。實(shí)際運(yùn)行需監(jiān)控樹(shù)脂溶脹率,溫度超過(guò)40℃會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)結(jié)構(gòu)破壞。膜污染使除氯效率季度性下降。
提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)是節(jié)水關(guān)鍵,但Cl?的積累會(huì)制約這一措施。某化工廠(chǎng)原設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)5倍,因Cl?超標(biāo)(>800mg/L)被迫降至3倍,年補(bǔ)水量增加50萬(wàn)噸(成本¥75萬(wàn))。必須在節(jié)水與防腐之間尋找平衡點(diǎn)。
中水回用、海水淡化等節(jié)水措施會(huì)引入大量Cl?。某濱海電廠(chǎng)采用海水淡化水作補(bǔ)充水,使循環(huán)水Cl?達(dá)650mg/L,所有碳鋼設(shè)備需更換為鈦合金,總投資增加¥1.2億。不解決除氯問(wèn)題,非常規(guī)水源難以大規(guī)模應(yīng)用。
系統(tǒng)停用時(shí),局部Cl?可能濃縮至正常值的10倍。某化工廠(chǎng)檢修后發(fā)現(xiàn),碳鋼管線(xiàn)低點(diǎn)處Cl?濃度達(dá)5000mg/L,造成深度點(diǎn)蝕(>3mm)。必須采用氮?dú)饷芊?干燥劑保護(hù),單次停機(jī)成本增加¥20萬(wàn)。 氯腐蝕引發(fā)設(shè)備突發(fā)性泄漏風(fēng)險(xiǎn)。寧夏工業(yè)除氯
循環(huán)水氯超標(biāo)會(huì)加速微生物腐蝕。青海工業(yè)除氯
氯離子與Ca2?、Mg2?等形成的沉積物(如CaCl?·6H?O)會(huì)明顯降低換熱系數(shù)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)管壁結(jié)垢厚度達(dá)1mm時(shí),蒸汽機(jī)組熱效率下降8%,相當(dāng)于年多耗標(biāo)煤1500噸(損失¥120萬(wàn))。且氯鹽垢層疏松多孔,更難通過(guò)常規(guī)化學(xué)清洗去除。
氯離子會(huì)加速橡膠密封材料的老化。EPDM橡膠在Cl?>300mg/L的水中,3年后硬度(Shore A)從60升至75,密封性能完全喪失。某化工廠(chǎng)泵用機(jī)械密封平均壽命從5年縮短至2年,年更換費(fèi)用增加¥80萬(wàn)。改用氟橡膠雖可改善,但材料成本增加5倍。 青海工業(yè)除氯