特种分离edi过程处理低浓度重金属离子废水的研究

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1、特种分离EDI过程处理低浓度重金属离子废水的研究*卢会霞王建友傅学起任安娟(南开大学环境科学与工程学院,天津300071)摘要:对常规的用于超纯水生产的EDI内部构造进行了适应性改进,研制成功新型EDI膜堆装置。以模拟的低浓度含镍废水为研究对象,研究了填充树脂类型对过程分离性能的影响。结果表明,使用大孔型强酸、强碱性混床树脂较凝胶型树脂能有效强化过程传质。关键词:电去离子;低浓度重金属离子废水;离子交换树脂[1-2]以电镀漂洗水为代表的低浓度重金属离子废水属于对环境危害极大的一类污染物。传统的重金属废[3-6]水处理方法有化学法、离子交换法、电渗析、反渗透、纳滤等。它们各有优点,但也不同程度

2、的存在二次污染、效率偏低、工艺复杂、高能耗、高成本等缺陷。近年来,随着电去离子(EDI)技术的不断发展,[7-11]已有一些研究者开始尝试将EDI用于处理低浓度重金属离子废水,并取得了一定的成效。本文则对通常用于深度脱盐生产超纯水的EDI装置内部构造进行了适应性改进。以模拟电镀镍漂洗水为原水,研究了淡水室中填充树脂类型对该特种分离EDI过程的影响,继而评估EDI技术用于重金属废水处理的可能性。1实验部分1.1材料与试剂离子交换树脂:大孔型强酸、强碱性树脂D072、D296,凝胶型强酸、强碱性树脂001×7、201×7,大孔型弱酸、弱碱性树脂D152、D301,南开大学化工厂;离子交换膜:低渗

3、透EDI专用膜,浙江千秋环保水处理有限公司;NiSO4·6HO2:分析纯,天津市文达稀贵试剂化工厂;去离子水:实验室自制,电阻率为10MΩ·cm。1.2EDI膜堆设计在EDI深度脱盐生产超纯水过程中,通常采用如图1所示的膜堆结构。基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)(2007AA06Z330)及天津市应用基础研究计划(06YFJMJC04800)资助。作者简介:卢会霞(1977-),女,博士,主要从事膜分离与水处理技术方面的研究。联系电话:022-66229563,E-mail:huixialu@nankai.edu.cn*通讯联系人:(1972-),男,博士后,副教授,主要从事膜

4、分离与水处理技术方面的研究。联系电话:022-66229536,E-mail:wangjy72@nankai.edu.cn图1EDI膜堆内部构造(1)C-阳离子交换膜A-阴离子交换膜由图1可知,靠近阴极的浓水室与阴极室之间为阴离子交换膜,当膜堆在较高电流下操作时,阴极发-生比较剧烈的还原反应,其产生的OH离子在直流电场作用下将朝向正极方向迁移,可透过此阴离子交换膜进入浓水室。若将该膜堆结构用于低浓度重金属离子废水的处理,由于特种分离EDI过程浓水室中金属-离子的浓度远远高于深度脱盐生产超纯水过程,因此,迁移进入靠近阴极的浓水室中的OH离子与其中高浓度的金属离子相结合,易形成金属氢氧化物沉淀,

5、影响过程的分离性能。另外,由于离子交换膜的选择性并非100%,在此处可发生同名离子迁移。金属离子透过阴离子交换膜进入阴极室,可在阴极处发生还原反应,在较长时间操作时,阴极金属还原现象会导致电极室流动阻力增大,极水流量下降,破坏装置的稳定运行。因此,针对以上问题,对膜堆的内部结构进行了适当的改进,以消除上述不利影响。改进后的膜堆结构如图2所示。图2EDI膜堆内部构造(2)C-阳离子交换膜A-阴离子交换膜根据图2,在靠近阴极的阴膜与阴极之间,加入了一张阳膜;而在靠近阳极的阳膜与第一个淡水室的阴膜间,则再加入一张阴膜。这两张离子交换膜的加入分别在正负电极与靠近电极的浓缩室间增加了一个隔室,并在隔室

6、中通以电极水,作为极室保护室。阴极保护室的设置,有效减少了金属离子在阴极的还原,-并可阻止电极反应产生的OH离子向靠近阴极的浓水室中迁移;而阳极保护室的设置,其连续安排的两张阴离子交换膜可以充分防止电极水中的阳离子,以及正极反应产物向第一个淡水室的迁移扩散,或是长期运行中对淡水室阴膜的氧化破坏作用,有利于过程的长期稳定运行。实验中所用淡水室隔板规格:300×100×3mm;浓水室隔板规格:300×100×0.9mm,有效膜面积为2160cm。浓水采用闭路循环工艺运行,电极水采用单独配置的0.3%Na2SO4溶液以提高电极室的导电性,并由正极室流向负极室。在浓缩水进出水,淡化产品水管路上设置有

7、相应的在线监测电导率仪,酸度计和电阻率仪。实验过程中,各股水流的流量、压力、水质参数和EDI的工作电压、电流可方便调整或监测,其2+中浓缩水出水pH在线监测,淡化产品水pH则取样检测。浓、淡水进出水中Ni离子含量分析采用火焰原子吸收分光光度法。2结果与讨论2.1树脂类型对膜堆电流的影响实验前阴、阳树脂均用NiSO4溶液充分转型,将阴、阳树脂按照1:1的比例均匀混合后填充,组成EDI2+膜堆。实验所配制的模拟电

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