劉 蘭，周明清

（廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000）

H-103大孔樹脂吸附廢水中氯離子的實(shí)驗(yàn)研究

劉 蘭，周明清

（廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000）

采用離子交換技術(shù)，選用H-103大孔離子交換樹脂，對(duì)煉廠難降解廢水中氯離子的去除進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。分別在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下，對(duì)H-103大孔樹脂處理廢水中氯離子的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究表明，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，氯離子的脫除率升高，但吸附20min后，延長(zhǎng)吸附時(shí)間氯離子脫除率保持不變。隨著吸附溫度的升高，氯離子脫除率升高，但35℃之后繼續(xù)升高溫度氯離子脫除率變化緩慢。隨著樹脂用量和攪拌速度的增加，氯離子脫除率升高。本實(shí)驗(yàn)合適的樹脂用量為2.50g，最佳攪拌速度為30r·min-1。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究表明，流量越小處理效果越好，但必須考慮單位時(shí)間的處理量，選擇流量0.3mL·min-1。溫度對(duì)氯離子脫除率的影響并不十分顯著。隨著離子交換柱高徑比的增加，氯離子脫除率升高，最佳高徑比為12.67。

H-103大孔樹脂；吸附；氯離子；工藝優(yōu)化

工業(yè)廢水中氯化物含量較高，如不經(jīng)處理直接排入水體，將嚴(yán)重危害水環(huán)境，破壞水平衡,影響人類健康[1-4]。去除氯離子能使廢水滿足后續(xù)處理的生物活性要求，或是達(dá)到廢水回用的氯化物含量標(biāo)準(zhǔn)。氯離子的去除原理主要有兩種，即被其它陰離子替代，或與其它陽離子一起被去除，可以分為以下4種方式[1]：沉淀鹽方式、分離攔截方式、氧化還原方式、離子交換方式。

化學(xué)沉淀法由于要加入沉淀試劑，導(dǎo)致其工業(yè)成本很高，應(yīng)用不廣泛。分離攔截方式主要采用蒸發(fā)濃縮、電吸附、膜過濾、溶劑萃取和復(fù)合絮凝劑絮凝等方法將氯離子分離去除。蒸發(fā)濃縮法適合于小水量高濃度的廢水，但對(duì)于水量較大的廢水，其成本很高。絮凝沉淀和溶劑萃取受試劑的影響，溶劑萃取僅適用于小水量情況，絮凝沉淀法目前應(yīng)用并不廣泛。氧化還原方式采用電解或電滲析、還原方式將氯離子去除。

大孔樹脂是一種具有大孔結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子共聚體，是一類人工合成的有機(jī)高聚物吸附劑，因其具多孔性結(jié)構(gòu)而具篩選性，又通過表面吸附、表面電性或形成氫鍵而具吸附性[5-7]。采用離子交換劑與氯離子進(jìn)行交換替代氯離子，相關(guān)的方法有離子交換樹脂法、水滑石法等。離子交換樹脂法用復(fù)床或混床將氯離子去除，屬傳統(tǒng)工藝，設(shè)備投資較低，但陰離子交換樹脂容易飽和，需要再生。

1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)所用的離子交換樹脂，其性能見表1。

表1 H-103大孔樹脂技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)所用的主要化學(xué)試劑有氯化鈉、硝酸銀、氫氧化鈉、鉻酸鉀（均為分析純）。

實(shí)驗(yàn)所用的主要儀器有DF-Ⅱ集熱式磁力攪拌器、電子天平、JA2003型電子天平、電熱恒溫干燥箱、蠕動(dòng)泵。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樹脂預(yù)處理

取95%以上的乙醇溶液加入樹脂中，浸泡12h以上。浸泡過后用蒸餾水進(jìn)行沖洗至沒有任何乙醇味。再配制4%的氫氧化鈉溶液，倒入洗干凈的樹脂中進(jìn)行浸泡，12h過后清洗至中性，烘干至恒重。

2.2 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

取預(yù)處理后的樹脂放入錐形瓶中，加入含氯離子的廢水，一定溫度下恒溫振蕩，使樹脂與廢水充分接觸，每隔一定時(shí)間取樣，準(zhǔn)確測(cè)定溶液中的氯離子濃度，直至平衡[8-9]。

2.3 動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

動(dòng)態(tài)下，在離子交換柱內(nèi)裝滿一柱樹脂，廢水經(jīng)過離子交換柱后，分別在不同流量、不同時(shí)間下接取一定量處理后的水樣，用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)液滴定水樣中的氯離子濃度。

3 數(shù)據(jù)分析與討論

3.1 H-103大孔樹脂吸附氯離子的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

3.1.1 吸附時(shí)間對(duì)氯離子脫除率的影響

表2是吸附時(shí)間對(duì)氯離子脫除率的影響。從表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出， 1min時(shí)氯離子脫除率為85.47%，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，氯離子脫除率增加，15min時(shí)氯離子脫除率達(dá)到91.74%，但繼續(xù)延長(zhǎng)吸附時(shí)間，氯離子脫除率保持不變。這是因?yàn)殡S著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，氯離子與樹脂的接觸時(shí)間延長(zhǎng)，越有利于氯離子的脫除。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考慮20min后吸附達(dá)到平衡和時(shí)間因素，吸附時(shí)間采用20min。

表2 不同吸附時(shí)間下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.1.2 吸附溫度對(duì)氯離子脫除率的影響

表3是吸附溫度對(duì)氯離子脫除率的影響。從表3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，20℃時(shí)氯離子的脫除率為91.51%，隨著吸附溫度升高，氯離子脫除率隨之增加，35℃時(shí)氯離子脫除率達(dá)到92.62%，但繼續(xù)升高溫度，氯離子脫除率保持不變。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加快，吸附加快，氯離子脫除率升高；但達(dá)到一定時(shí)間后樹脂吸附達(dá)到平衡，氯離子脫除率保持不變。但溫度對(duì)氯離子脫除率影響并不十分顯著。

表3 不同吸附溫度下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.1.3 樹脂用量對(duì)氯離子脫除率的影響

表4是樹脂用量對(duì)氯離子脫除率的影響。從表4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，0.50g樹脂的氯離子脫除率為89.36%，隨著樹脂用量的增加氯離子脫除率上升，3.00g樹脂用量時(shí)氯離子脫除率達(dá)到94.18%。這是因?yàn)殡S著樹脂用量的增加，參與吸附的吸附劑增多了，相同時(shí)間下氯離子脫除率上升；但樹脂用量增加到一定程度時(shí)，廢水中的氯離子已基本被吸附，氯離子脫除率上升緩慢，而且樹脂用量增加導(dǎo)致成本增加。故針對(duì)本實(shí)驗(yàn)廢水中的氯離子濃度，選用2.50g樹脂。

表4 不同樹脂用量下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.1.4 攪拌速率對(duì)氯離子脫除率的影響

表5是攪拌速率對(duì)氯離子脫除率的影響。從表5的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，10r·min-1的轉(zhuǎn)速下氯離子脫除率達(dá)到94.01%，隨著攪拌速度增加氯離子脫除率上升，30r·min-1的轉(zhuǎn)速下氯離子脫除率達(dá)到95.00%，繼續(xù)增大攪拌速度氯離子脫除率基本保持不變。這是因?yàn)殡S著攪拌速度的增加，樹脂和氯離子的接觸更充分，更有利于氯離子的吸附；但攪拌速度繼續(xù)增加，樹脂對(duì)氯離子吸附達(dá)到平衡，氯離子脫除率基本保持不變。故針對(duì)本實(shí)驗(yàn)廢水中氯離子的吸附，選用30r·min-1的攪拌速度。

表5 不同攪拌速率下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.2 H-103大孔樹脂吸附氯離子的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究

3.2.1 流量對(duì)氯離子脫除率影響

表6是流量對(duì)氯離子脫除率的影響。從表6的數(shù)據(jù)可以看出，0.1mL·min-1流量時(shí)氯離子脫除率為95.35%，0.3mL·min-1時(shí)氯離子脫除率為94.77%。0.4～0.6mL·min-1時(shí)氯離子脫除率略有下降。這是因?yàn)殡S流速增加，固液接觸時(shí)間減少，吸附柱床層穿透加快，大孔樹脂的飽和吸附量逐漸減少；特別是速率過大時(shí)，H-103大孔樹脂對(duì)氯離子還沒有完全吸附，就被沖出柱子，從而造成吸附量下降。但流速太低，易造成柱內(nèi)液體的縱向返混，處理量降低[9]，同時(shí)速率過低又會(huì)影響到吸附效率，使吸附周期延長(zhǎng)，成本增大。綜合考慮吸附量及效率，選取較佳流速為0.3mL·min-1。

表6 不同流量下氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.2.2 吸附溫度對(duì)氯離子脫除率影響

表7是吸附溫度對(duì)氯離子脫除率的影響。從表7的數(shù)據(jù)可以看出，20℃時(shí)氯離子脫除率為91.51%，35℃時(shí)氯離子脫除率為92.62%。隨溫度的升高，H-103大孔樹脂對(duì)氯離子的吸附效率升高，吸附柱的床層穿透加快，降低溫度不利于吸附的進(jìn)行，但溫度對(duì)其影響并不十分顯著。故從實(shí)際應(yīng)用考慮，為方便操作，降低能耗，吸附在常溫下進(jìn)行即可。

表7 不同吸附溫度氯離子脫除率數(shù)據(jù)

3.2.2 離子交換柱高徑比對(duì)氯離子脫除率的影響

表8是離子交換柱高徑比對(duì)氯離子脫除率的影響。從表8的數(shù)據(jù)可以看出，離子交換柱高徑比為3.17時(shí)氯離子脫除率為91.92%。隨著離子交換柱高徑比增大，氯離子脫除率增大，離子交換柱高徑比為15.64時(shí)氯離子脫除率達(dá)到95.52%。這是因?yàn)殡S著離子交換柱高徑比的增加，在交換柱床層上的吸附位點(diǎn)和停留時(shí)間增加，從而增加了吸附時(shí)間。兩相接觸時(shí)間越充足，越有利于離子交換，且能使柱內(nèi)流體分布均勻，有利于樹脂對(duì)氯離子的吸附。但若離子交換柱高徑比過大，會(huì)增加吸附阻力和操作成本。綜合考慮，選擇離子交換柱高徑比為12.67作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的較佳操作參數(shù)。

表8 不同離子交換柱高徑比氯離子脫除率數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

1）靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)氯離子脫除率升高，但20min后氯離子脫除率保持不變。隨著吸附溫度的升高氯離子脫除率升高，但35℃后繼續(xù)升高溫度氯離子脫除率變化緩慢。隨著樹脂用量的增加氯離子脫除率升高，本實(shí)驗(yàn)合適的樹脂用量為2.50g。隨著攪拌速度的增加氯離子脫除率升高，最佳攪拌速度為30r·min-1。

2）動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，流量越小處理效果越好，但必須考慮單位時(shí)間的處理量，選擇流量為0.3mL·min-1。溫度對(duì)氯離子脫除率影響并不十分顯著。隨著離子交換柱高徑比的增加氯離子脫除率升高，最佳高徑比為12.67。

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Adsorption of Chloride Ions in Wastewater with H - 103 Macroporous Resin

LIU Lan, ZHOU Mingqing
(College of Chemical and Environmental Engineering, Guangdong Institute of Petrochemical Industry, Maoming 525000, China)

The removal experiment of chloride ion in refinery refractory wastewater was studied with H-103 macroporous ion exchange resin. The treatment process of H-103 macroporous resin was optimized under static and dynamic condition.Static experimental results showed that with the increase of adsorption time, chlorine ions removal rate increased, after 20min, chlorine ions removal rate remained the same. With the increase of adsorption temperature, chlorine ions removal rate was increased, up to 35℃chlorine ions removal rate changed slowly.With the increase of resin dosage and stirring speed, chlorine ions removal rate increased. The proper resin dosage was 2.50g and the stirring speed was 30r/min. Dynamic experimental studies showed that the smaller the fl ow rate, the better the treatment effect, but the capacity of per unit time must be considered, and the suitable fl ow rate was 0.3 mL/min. The effect of temperature on chloride ion removal rate was not very signif i cant. With the increase of height diameter ratio of ion exchange column, chlorine ion removal rate increased, and the best height diameter ratio was 12.67.

H-103 macroporous resin; adsorb; chloride ion; process optimization

X 703.1

A

1671-9905(2017)10-0053-04

劉蘭（1981-），女，廣東石油化工學(xué)院教師，主要從事化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)室教學(xué)工作。話：18898517797，E-mail:383733546@qq.com

2017-06-14