離子交換膜化學反應器去除水中鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的研究.pdf

1、水溶性污染物鉻(Ⅵ)和磷若超標,會對環(huán)境和人體健康產(chǎn)生嚴重的危害。目前對于水中鉻(Ⅵ)去除的研究報道絕大多數(shù)是針對工業(yè)廢水中鉻(Ⅵ)的去除,而專門針對飲用水中鉻(Ⅵ)去除的研究報道則相對較少。污水處理廠出水中總磷以磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷的形式存在,而磷酸鹽為主要存在形式,對二沉池出水中磷酸鹽進行深度處理對于控制總磷排放含量有著極其重要的意義。本研究通過構(gòu)建離子交換膜化學反應器,并用于水中鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的去除。
　　陰離子交換膜

2、分離鉻(Ⅵ)和磷酸鹽試驗結(jié)果表明,當原水中鉻(Ⅵ)初始濃度為1.0mg/L,pH值為6.95左右,補償溶液NaCl濃度為0.1mol/L,原水和補償溶液進水流量為2.5mL/min,膜兩側(cè)溶液攪拌強度為500r/min,水溫為25℃時,陰離子交換膜對鉻(Ⅵ)的分離去除率為86.4％,相同試驗條件下陰離子交換膜對磷酸鹽的分離去除率為84.3%。采用Na2SO4作為補償溶液時,陰離子交換膜對鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離去除率降低,且其對磷酸鹽分離

3、效果的影響較大。不同補償溶液NaCl濃度條件下陰離子交換膜對鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離去除率相差不大,但離子通量隨NaCl濃度的增加而增大。當原水pH值分別為11.0和3.0時,陰離子交換膜對鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離去除率降低。膜兩側(cè)溶液攪拌強度和水溫增大時,鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離效果提高。增加原水進水流量,陰離子交換膜對鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離去除率降低。二價共存離子SO42-對鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子競爭作用大于一價共存離子NO3-和Cl-,共

4、存離子濃度越高,離子交換競爭作用越強。正交試驗結(jié)果表明,各因素中原水進水流量和補償溶液種類分別對鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離影響最大,其對分離試驗結(jié)果有顯著影響。
　　在最佳分離運行參數(shù)條件下,單位時間內(nèi)化學反應池鉻(Ⅵ)和磷酸鹽富集含量均隨原水初始濃度的增加而增加。鉻(Ⅵ)最佳還原劑投加量為FeSO4·7H2O:Cr(Ⅵ)=20:1,可適當過量投加硫酸亞鐵,不調(diào)節(jié)原水pH值。投藥量系數(shù)增加時,磷酸鹽化學沉淀去除效果增加。在3種不同運行

5、方式條件下,離子交換膜化學反應器對鉻(Ⅵ)和磷酸鹽處理水中濃度均小于或接近于相應的水質(zhì)標準要求。
　　鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子交換動力學試驗結(jié)果表明,陰離子交換膜對鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的飽和交換容量分別為1.59mmol/g(干膜)和0.51mmol/g(干膜)。鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子交換過程均符合顆粒擴散控制(PDC)動力學模型,增加鉻(Ⅵ)和磷酸鹽初始濃度和溫度,離子交換表觀速率常數(shù)和顆粒擴散系數(shù)增大。鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子從給體池通過陰

6、離子交換膜至化學反應池的遷移交換過程從宏觀上可分為3步,膜采用NaCl溶液浸泡預處理和增加補償Cl-離子濃度,分別促進鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子的第1步和第3步遷移交換過程,而鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子第2步遷移交換過程主要取決于交換離子和陰離子交換膜的基本特性。補償溶液NaCl濃度增加時,陰離子交換膜內(nèi)鉻(Ⅵ)和磷酸鹽含量明顯降低。兩層膜試驗中,鉻(Ⅵ)含量基本都分布在膜1內(nèi),膜2內(nèi)鉻(Ⅵ)含量較少;補償溶液NaCl濃度較低和較高時,膜內(nèi)磷酸鹽含