二氧化氯高级氧化技术及其在废水处理中的应用

随着制工业的发展, 一些高浓度的有机有害废水产生量也大大增多, 常规的水处理方法很难处理这些高浓度废水。因此, 需要寻找一种新的水处理方法十分迫切。二氧化氯高级氧化技术, 可以将这些高浓度有机化合物直接氧化或者降解成容易生物降解的中间产物。作为一个高效、价格适中的强氧化剂, 在处理这些废水方面具有很大的研究价值和实际意义[1]。

1 二氧化氯的氧化原理

二氧化氯是一种很强的氧化剂, 它的有效氯是氯气的2.6倍左右, 其氧化还原电位E0=-1.5V[2]。二氧化氯分子中有19个价电子, 同时还存在一个未成对的价电子。这一个未成对的价电子可以在两个氧原子与氯之间互相靠近吸引及可以随意接近这两个电子并且影响其活性。于是由于这个未成对电子存在, 二氧化氯本身就像一个游离基, 而游离基本身就是具有很强的氧化性。这些结构决定了二氧化氯具有很强的氧化性。

2 二氧化氯的氧化特点

2.1 二氧化氯与无化合机物的反应

二氧化氯可将水中的Fe2+氧化成为Fe3+, 最终以Fe (OH) 3沉淀形式将水中的Fe2+去除[4]。在除锰的时候也是将Mn2+氧化成Mn4+, 以MnO4沉淀去除。二氧化氯在去除硫化物方面也具有很强的适用性。可以与单质硫、二价硫离子、硫化氢、氢硫化物、四价硫离子等发生氧化反应并且去除。另外二氧化氯还可以与氰化物、含氮化合物、主族氢化物等化合物发生氧化反应, 将这些无机化合物降解去除。

2.2 二氧化氯与有机化合物的反应

二氧化氯可以与大多数的有害有机化合物发生反应, 例如酚类化合物、多环芳香烃、有机硫化物、胺、不饱和的有机化合物、醇、醛、碳水化合物、少数氨基酸等有机物。另外, 二氧化氯还可以与农药、杀虫剂发生反应, 尤其在处理高毒性的对硫磷方面的处理效果更为明显, 同时还可以与腐殖质、显色剂、染料等发生氧化反应。

2.3 二氧化氯的制备

由于二氧化氯是一种极不稳定的气体, 可以分解成氯气和氧气, 并放出热, 当其分压达到300mmHg时分解速度极快。因此实际应用中多采取现场制备现场使用的方法。根据二氧化氯制取所用的原料和工艺特点, 大致可分为:氯酸盐还原法、亚氯酸盐氧化法和电解法。其中在我国应用最广泛的是氯酸盐还原法, 化学反应式如下。

二氧化氯发生技术在中国已有十余年的历史, 然而多年来, 大部分二氧化氯发生器仍采用手动控制。随着水厂的自动化技术、控制设备和机电仪表设备的发展, 要求对生产过程进行严密监控和优化运行, 提高其自动化程度将势在必行。

3 二氧化氯在废水处理中的应用

3.1 二氧化氯处理印染废水

印染废水是指棉、毛、化纤等纺织品在预处理、染色及印花和后整理过程中所排放的废水。印染废水中含纤维杂质、染料、浆料、助剂等, 其色度大, 并且COD值高, 碱性大, 难生化降解, 属难处理的工业废水之一。

对于不易氧化的水不溶性染料如还原染料、分散染料和涂料等, 脱色效果较差。对于废水中的染料如淀粉、海藻酸钠、聚乙烯醇、梭甲基纤维素等去除效果很差。因此通常ClO2氧化法需与混凝、气浮、吸附、过滤和生化法等组合使用才能达到处理标准。目前, 利用二氧化氯来处理印染废水已得到一定的进展, 尤其在脱色方面去除率高, 因而是具有广阔的推广应用前景的。

邓丽等人利用ClO2进行印染废水的脱色试验结果表明:2种活性染料 (活性艳红X-3B、活性艳红K-2BP) 的模拟废水均极易被ClO2氧化脱色, 当染料与二氧化氯的质量浓度比为1∶0.124时, 两种活性染料的脱色率均可超过90%;在二氧化氯的量足够时, 脱色率与染料的初始浓度基本上没有关系;活性艳红X-3B的脱色率随pH的变化增幅较小, 而活性艳红K-2BP的脱色率随pH的变化增幅很大, pH在7~10这一范围脱色率最高;二氧化氯与染料之间的反应速度较快, 反应15min可基本完成;温度对活性艳红X-3B影响不大, 但对活性艳红K-2B P的脱色反应有较大的影响。

3.2 在油田废水处理中的应用

在油田水处理系统中微生物污染十分严重, 产生生物膜和粘泥的大量细菌形成粘着物而堵塞油田系统, 不仅产油量下降, 而且垢下腐蚀严重。采用强氧化性能的ClO2杀生剂, 不仅能杀灭微生物, 而且能氧化Fe2+、FeS等还原性物质, 清除堵塞, 具有明显的增产效果。

魏宏晓在中原油田水质改性技术的基础上, 应用二氧化氯配套技术对油田污水进行预处理, 在较低pH条件下即能有效去除污水中的Fe2+, 杀灭和控制细菌, 实现了减少污泥50%以上, 控制腐蚀和结垢、水质长期稳定达标。

3.3 在含酚废水处理中的应用

含酚废水主要来自于煤加工工业、石油工业和其他化学工业部门, 焦化厂和煤气发生站的废水含酚质量浓度最高分别可达3000mg/L和2000mg/L。赵振业将二氧化氯应用在煤气废水治理中, 对二氧化氯投量与COD的比例关系、反应时间对酚类物质去除的影响、反应过程中ClO2的消耗与ClO2-的形成做了比较研究。结果表明, 反应进行30min后, 可以使废水中可降解的酚类物质基本去除。GC/MS表明, 在处理过程中基本没有氯代有机物生成。

3.4 二氧化氯在煤气废水处理中的应用

煤气废水中的主要有机物质是高浓度的酚类化合物含量能够高达2000mg/L, 常规的生物处理也能够对这些有机化合物进行有效的去除, 但是在最终排放的时候经常出现排放不达标, 废水中的酚类物质含量超标, 还需要进行1∶1的稀释后才能够排放。经过研究, 将二氧化氯投加进煤气废水中后, 能够将废水中的酚类完全去除同时有一部分物质还能够被完全的矿化回收。在整个研究的体系中, COD与ClO2浓度比为5.5时可以将挥发酚完全去除, 投加量比较少。

4 结语

二氧化氯作为一种强氧化剂, 在处理高浓度有机废水中具有常规工艺所没有的优势。一些难降解的有机化合物, 能够完全去除的同时还能够进行回收。二氧化氯作为一种价格适中、氧化能力较强、处理效果良好、少有毒处理副产物的氧化剂, 在未来的废水处理行业中将会得到更好的应用和发展。

摘要：本文介绍了二氧化氯 (ClO2) 的氧化原理、特点及制备, 以及在废水处理行业中的应用。重点介绍其在废水处理行业中与其它同类的试剂所表现出的优势, 最终说明二氧化氯在水处理高级氧化的一个研究方向是有很大前景的。

关键词：二氧化氯,废水处理,高级氧化技术,应用

参考文献

[1] 姜岩, 周建平, 胡宗定.工业废水处理新技术与新方法的研究进展[J].化工进展, 2004, 23 (3) , 256～259.

[2] 张金松, 尤作亮, 等.饮用水二氧化氯净化技术[M].北京:化学工业出版社, 2003.

[3] 雷天成, 汪大翚.水处理高级氧化技术[M].北京:化学工业出版社, 2001.

[4] 黄君礼.新型水处理试剂——二氧化氯技术及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2002.

[5] 陈鸿林.混凝沉淀——二氧化氯氧化法处理印染废水[J].化工环保, 1999, 19 (4) .