發(fā)布時(shí)間：2020-03-30 18:29

【摘要】： 重金屬和營(yíng)養(yǎng)鹽是當(dāng)前最受關(guān)注的水體污染物之一，同時(shí)也是寶貴的資源。重金屬?gòu)U水和營(yíng)養(yǎng)鹽廢水的大量排放，不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，也導(dǎo)致了資源的極大浪費(fèi)。傳統(tǒng)的重金屬?gòu)U水處理方法和脫氮除磷工藝各有優(yōu)勢(shì)，但仍不同程度地存在投資大、產(chǎn)水水質(zhì)偏低、易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)。特別是當(dāng)廢水濃度較低時(shí)，傳統(tǒng)處理工藝在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)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(shù)，可深度去除并回收廢水中的離子態(tài)物質(zhì)�，F(xiàn)有的研究雖然證明了EDI處理低濃度重金屬?gòu)U水的可行性，但無(wú)法徹底避免過(guò)程中普遍存在的重金屬氫氧化物沉淀，裝置運(yùn)行的長(zhǎng)期穩(wěn)定性有待提高，關(guān)于EDI處理含多種重金屬離子廢水和營(yíng)養(yǎng)鹽廢水的研究更少有報(bào)道。由此，本論文對(duì)EDI技術(shù)處理低濃度重金屬?gòu)U水和營(yíng)養(yǎng)鹽廢水進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。 以Ni~(2+)離子為模型離子與樹(shù)脂進(jìn)行靜態(tài)吸附交換，考察了EDI裝置對(duì)失效樹(shù)脂的電再生特性。結(jié)果表明，增大電極液導(dǎo)電性、升高電壓及提高樹(shù)脂預(yù)載離子量可顯著提高樹(shù)脂再生效果。電極液中加入的少量Na_2SO_4電解質(zhì)是電極反應(yīng)的引發(fā)劑，可促使電極反應(yīng)快速進(jìn)行，產(chǎn)生大量的H~+對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生。離子交換樹(shù)脂的持續(xù)再生由電極反應(yīng)產(chǎn)生的H~+和OH~-離子來(lái)實(shí)現(xiàn)。陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的分別填充及電性相同的離子交換膜靠近排列使得樹(shù)脂電再生過(guò)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(chǎn)生，樹(shù)脂表面亦未有Ni(OH)_2沉淀附著，避免了傳統(tǒng)EDI過(guò)程容易出現(xiàn)的金屬氫氧化物沉淀現(xiàn)象，有望實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行和重金屬?gòu)U水的連續(xù)處理。 考察了不同實(shí)驗(yàn)條件下EDI過(guò)程對(duì)Ni~(2+)離子的脫除和濃縮性能。過(guò)程的主要影響因素包括離子交換樹(shù)脂、離子交換膜、膜堆電壓和原水Ni~(2+)離子濃度等。在優(yōu)化的操作條件下，對(duì)含Ni~(2+)離子濃度50 mg/L的原水進(jìn)行EDI處理，Ni~(2+)離子濃縮倍數(shù)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定性能良好。表明EDI能夠在不需要化學(xué)再生樹(shù)脂的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jié)合Nernst-Planck方程對(duì)EDI過(guò)程的離子傳遞機(jī)理進(jìn)行的分析表明，樹(shù)脂對(duì)離子的親合力和選擇性順序?yàn)镹i~(2+)＞Cu~(2+)＞Zn~(2+)，離子在EDI膜堆中的遷移能力順序和濃縮倍數(shù)順序?yàn)閆n~(2+)＞Cu~(2+)＞Ni~(2+)。說(shuō)明樹(shù)脂對(duì)不同離子的親合力有差別，樹(shù)脂將優(yōu)先選擇混合液中親合力大的離子進(jìn)行吸附交換，但是親合力越大，離子從樹(shù)脂解吸即樹(shù)脂電再生的阻力也越大，樹(shù)脂對(duì)離子選擇性的提高必然導(dǎo)致離子在樹(shù)脂內(nèi)遷移能力的降低及濃縮倍數(shù)的下降。 離子傳遞機(jī)理描述表明，分離系數(shù)β實(shí)質(zhì)上是混合離子在樹(shù)脂中的電遷移率或者擴(kuò)散系數(shù)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�；旌想x子的分離系數(shù)大小順序?yàn)棣耞((Zn2+-Ni2+))＞β_((Zn2+-Cu2+))＞β_((Cu2+-Ni2+))，說(shuō)明在定向遷移過(guò)程中共存離子之間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。Zn~(2+)的競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)，因此其電遷移率最大，由于Zn~(2+)的競(jìng)爭(zhēng)，Cu~(2+)和Ni~(2+)的遷移速率下降，與Cu~(2+)相比，Ni~(2+)受Zn~(2+)競(jìng)爭(zhēng)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(yíng)養(yǎng)鹽陰離子在EDI膜堆中的遷移與濃縮的基本特性。裝置運(yùn)行4h后NO_3~-、PO_4~(3-)的濃縮倍數(shù)即分別達(dá)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?qū)λ�中營(yíng)養(yǎng)鹽離子進(jìn)行濃縮和深度去除。不同實(shí)驗(yàn)條件下樹(shù)脂對(duì)PO_4~(3-)的親合力均大于對(duì)NO_3~-的親合力，NO_3~-通過(guò)陰樹(shù)脂床層的電遷移率是PO_4~(3-)的3．6倍左右，這直接導(dǎo)致了PO_4~(3-)濃縮倍數(shù)的降低。 上述結(jié)果表明，采用改進(jìn)的EDI裝置，不僅能濃縮和脫除低濃度重金屬陽(yáng)離子，而且對(duì)低濃度營(yíng)養(yǎng)鹽陰離子亦能進(jìn)行濃縮和深度去除，，這對(duì)資源回收利用及環(huán)境保護(hù)意義重大。
【圖文】：

2.1.5.2反滲透法反滲透 (Reverseosmosis，簡(jiǎn)稱Ro)是一種采用半透膜進(jìn)行高壓過(guò)濾的濃縮分離技術(shù)，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(kāi)，由于淡水中水分子的化學(xué)位比溶液中水分子的化學(xué)位高，淡水中的水分子自發(fā)透過(guò)膜進(jìn)入溶液，這種現(xiàn)象叫做滲透。在滲透過(guò)程中，淡水一側(cè)液面不斷下降，溶液一側(cè)液面不斷上升，當(dāng)兩液面不再變化時(shí)滲透達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)兩液面高度差稱為此種溶液的滲透壓二。如果在溶液一側(cè)施加大于滲透壓二的壓力p，則溶液中的水分子就會(huì)通過(guò)半透膜進(jìn)入淡水一側(cè)，使溶液濃度增加，這種作用被稱為反滲透。反滲透法問(wèn)世于1953年。1960年Loeb和sourirajan?

中溶質(zhì)與水分離的膜分離技術(shù)【60]。電滲析系統(tǒng)由若干陰、陽(yáng)離子交換膜交替排列于一對(duì)端電極之間，組成許多由膜隔開(kāi)的小水室，圖2.2簡(jiǎn)明地示出電滲析的工作原理。旅水樁水圖2.2電滲析過(guò)程原理圖 Fig.2.2SehemeOftheEDPrOCess如圖2.2所示，當(dāng)原水進(jìn)入這些隔室時(shí)，在通電情況下，以電位差為推動(dòng)力，原水中陽(yáng)離子向陰極方向遷移，陰離子向陽(yáng)極方向遷移，由干離子交換膜具有選擇透過(guò)性
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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1 榮梅;劉紅斌;王建友;;EDI水處理技術(shù)的研究進(jìn)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(yīng)器用于水氣凈化與產(chǎn)氧的功能驗(yàn)證[J];載人航天;2014年03期

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1 榮梅;劉紅斌;王建友;馬軍;;EDI水處理技術(shù)的研究進(jìn)展與展望[A];第四屆中國(guó)膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2010年

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1 廖文;絡(luò)合劑對(duì)陽(yáng)離子在EDI中遷移的影響與多級(jí)回用的研究[D];浙江大學(xué);2013年

2 常園園;尿液和城市廢水應(yīng)用于微藻的培養(yǎng)[D];浙江大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2607892