【摘要】： 重金屬和營養鹽是當前最受關注的水體污染物之一，同時也是寶貴的資源。重金屬廢水和營養鹽廢水的大量排放，不僅造成嚴重的環境污染，也導致了資源的極大浪費。傳統的重金屬廢水處理方法和脫氮除磷工藝各有優勢，但仍不同程度地存在投資大、產水水質偏低、易產生二次污染等缺點。特別是當廢水濃度較低時，傳統處理工藝在技術、經濟等方面受到很多限制而很難做到凈化和回收兼顧，難以滿足廢水資源化的要求。 電去離子(Electrodeionization，EDI)是一種清潔高效的新型分離技術，可深度去除并回收廢水中的離子態物質。現有的研究雖然證明了EDI處理低濃度重金屬廢水的可行性，但無法徹底避免過程中普遍存在的重金屬氫氧化物沉淀，裝置運行的長期穩定性有待提高，關于EDI處理含多種重金屬離子廢水和營養鹽廢水的研究更少有報道。由此，本論文對EDI技術處理低濃度重金屬廢水和營養鹽廢水進行了較為系統的研究。 以Ni~(2+)離子為模型離子與樹脂進行靜態吸附交換，考察了EDI裝置對失效樹脂的電再生特性。結果表明，增大電極液導電性、升高電壓及提高樹脂預載離子量可顯著提高樹脂再生效果。電極液中加入的少量Na_2SO_4電解質是電極反應的引發劑，可促使電極反應快速進行，產生大量的H~+對樹脂進行再生。離子交換樹脂的持續再生由電極反應產生的H~+和OH~-離子來實現。陰、陽離子交換樹脂的分別填充及電性相同的離子交換膜靠近排列使得樹脂電再生過程中EDI裝置的濃室溶液始終呈酸性，pH值低至3左右，抑制了Ni(OH)_2沉淀在陰膜表面產生，樹脂表面亦未有Ni(OH)_2沉淀附著，避免了傳統EDI過程容易出現的金屬氫氧化物沉淀現象，有望實現長期運行和重金屬廢水的連續處理。 考察了不同實驗條件下EDI過程對Ni~(2+)離子的脫除和濃縮性能。過程的主要影響因素包括離子交換樹脂、離子交換膜、膜堆電壓和原水Ni~(2+)離子濃度等。在優化的操作條件下，對含Ni~(2+)離子濃度50 mg/L的原水進行EDI處理，Ni~(2+)離子濃縮倍數8．5～14．7，脫除率大于98％，出水Ni~(2+)離子濃度低于1．0mg/L，電流效率23．6～37．9％，長時間運行穩定性能良好。表明EDI能夠在不需要化學再生樹脂的情況下，實現對重金屬離子的深度脫除和濃縮。 探討了水中共存Ni~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)離子在EDI膜堆中的行為差異及選擇分離性，結合Nernst-Planck方程對EDI過程的離子傳遞機理進行的分析表明，樹脂對離子的親合力和選擇性順序為Ni~(2+)＞Cu~(2+)＞Zn~(2+)，離子在EDI膜堆中的遷移能力順序和濃縮倍數順序為Zn~(2+)＞Cu~(2+)＞Ni~(2+)。說明樹脂對不同離子的親合力有差別，樹脂將優先選擇混合液中親合力大的離子進行吸附交換，但是親合力越大，離子從樹脂解吸即樹脂電再生的阻力也越大，樹脂對離子選擇性的提高必然導致離子在樹脂內遷移能力的降低及濃縮倍數的下降。 離子傳遞機理描述表明，分離系數β實質上是混合離子在樹脂中的電遷移率或者擴散系數之比，β值越大，離子之間的電遷移率差別越大，從而可分離性越高。混合離子的分離系數大小順序為β_((Zn2+-Ni2+))＞β_((Zn2+-Cu2+))＞β_((Cu2+-Ni2+))，說明在定向遷移過程中共存離子之間產生競爭。Zn~(2+)的競爭力最強，因此其電遷移率最大，由于Zn~(2+)的競爭，Cu~(2+)和Ni~(2+)的遷移速率下降，與Cu~(2+)相比，Ni~(2+)受Zn~(2+)競爭的影響較大，因此Cu~(2+)的電遷移率次之，Ni~(2+)的最小。 探索了營養鹽陰離子在EDI膜堆中的遷移與濃縮的基本特性。裝置運行4h后NO_3~-、PO_4~(3-)的濃縮倍數即分別達到4．8～6．8和2．7～4．0，出水離子濃度均低于0．1mg/L，去除率大于97％。表明EDI能夠對水中營養鹽離子進行濃縮和深度去除。不同實驗條件下樹脂對PO_4~(3-)的親合力均大于對NO_3~-的親合力，NO_3~-通過陰樹脂床層的電遷移率是PO_4~(3-)的3．6倍左右，這直接導致了PO_4~(3-)濃縮倍數的降低。 上述結果表明，采用改進的EDI裝置，不僅能濃縮和脫除低濃度重金屬陽離子，而且對低濃度營養鹽陰離子亦能進行濃縮和深度去除，，這對資源回收利用及環境保護意義重大。
【圖文】：

2.1.5.2反滲透法反滲透 (Reverseosmosis，簡稱Ro)是一種采用半透膜進行高壓過濾的濃縮分離技術，其原理如圖2.1所示[4]。用一張半透膜將淡水和某種濃溶液隔開，由于淡水中水分子的化學位比溶液中水分子的化學位高，淡水中的水分子自發透過膜進入溶液，這種現象叫做滲透。在滲透過程中，淡水一側液面不斷下降，溶液一側液面不斷上升，當兩液面不再變化時滲透達到平衡狀態，此時兩液面高度差稱為此種溶液的滲透壓二。如果在溶液一側施加大于滲透壓二的壓力p，則溶液中的水分子就會通過半透膜進入淡水一側，使溶液濃度增加，這種作用被稱為反滲透。反滲透法問世于1953年。1960年Loeb和sourirajan?

中溶質與水分離的膜分離技術【60]。電滲析系統由若干陰、陽離子交換膜交替排列于一對端電極之間，組成許多由膜隔開的小水室，圖2.2簡明地示出電滲析的工作原理。旅水樁水圖2.2電滲析過程原理圖 Fig.2.2SehemeOftheEDPrOCess如圖2.2所示，當原水進入這些隔室時，在通電情況下，以電位差為推動力，原水中陽離子向陰極方向遷移，陰離子向陽極方向遷移，由干離子交換膜具有選擇透過性
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X703

【引證文獻】

相關期刊論文 前2條

1 榮梅;劉紅斌;王建友;;EDI水處理技術的研究進展與展望[J];城市道橋與防洪;2015年03期

2 吳祖成;馮道倫;常園園;邊磊;任瓊;廖文;;微藻反應器用于水氣凈化與產氧的功能驗證[J];載人航天;2014年03期

相關會議論文 前1條

1 榮梅;劉紅斌;王建友;馬軍;;EDI水處理技術的研究進展與展望[A];第四屆中國膜科學與技術報告會論文集[C];2010年

相關碩士學位論文 前2條

1 廖文;絡合劑對陽離子在EDI中遷移的影響與多級回用的研究[D];浙江大學;2013年

2 常園園;尿液和城市廢水應用于微藻的培養[D];浙江大學;2013年

本文編號：2607892