【摘要】：水溶性污染物鉻(Ⅵ)和磷若超標(biāo)，會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。目前對(duì)于水中鉻(Ⅵ)去除的研究報(bào)道絕大多數(shù)是針對(duì)工業(yè)廢水中鉻(Ⅵ)的去除，，而專門針對(duì)飲用水中鉻(Ⅵ)去除的研究報(bào)道則相對(duì)較少。污水處理廠出水中總磷以磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷的形式存在，而磷酸鹽為主要存在形式，對(duì)二沉池出水中磷酸鹽進(jìn)行深度處理對(duì)于控制總磷排放含量有著極其重要的意義。本研究通過(guò)構(gòu)建離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器，并用于水中鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的去除。 陰離子交換膜分離鉻(Ⅵ)和磷酸鹽試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)原水中鉻(Ⅵ)初始濃度為1.0mg/L，pH值為6.95左右，補(bǔ)償溶液NaCl濃度為0.1mol/L，原水和補(bǔ)償溶液進(jìn)水流量為2.5mL/min，膜兩側(cè)溶液攪拌強(qiáng)度為500r/min，水溫為25℃時(shí)，陰離子交換膜對(duì)鉻(Ⅵ)的分離去除率為86.4%，相同試驗(yàn)條件下陰離子交換膜對(duì)磷酸鹽的分離去除率為84.3%。采用Na2SO4作為補(bǔ)償溶液時(shí)，陰離子交換膜對(duì)鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離去除率降低，且其對(duì)磷酸鹽分離效果的影響較大。不同補(bǔ)償溶液NaCl濃度條件下陰離子交換膜對(duì)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(dāng)原水pH值分別為11.0和3.0時(shí)，陰離子交換膜對(duì)鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離去除率降低。膜兩側(cè)溶液攪拌強(qiáng)度和水溫增大時(shí)，鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離效果提高。增加原水進(jìn)水流量，陰離子交換膜對(duì)鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離去除率降低。二價(jià)共存離子SO42-對(duì)鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子競(jìng)爭(zhēng)作用大于一價(jià)共存離子NO3-和Cl-，共存離子濃度越高，離子交換競(jìng)爭(zhēng)作用越強(qiáng)。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，各因素中原水進(jìn)水流量和補(bǔ)償溶液種類分別對(duì)鉻(Ⅵ)和磷酸鹽的分離影響最大，其對(duì)分離試驗(yàn)結(jié)果有顯著影響。 在最佳分離運(yùn)行參數(shù)條件下，單位時(shí)間內(nèi)化學(xué)反應(yīng)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(dāng)過(guò)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(shí)，磷酸鹽化學(xué)沉淀去除效果增加。在3種不同運(yùn)行方式條件下，離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器對(duì)鉻(Ⅵ)和磷酸鹽處理水中濃度均小于或接近于相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。 鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子交換動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，陰離子交換膜對(duì)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(guò)程均符合顆粒擴(kuò)散控制(PDC)動(dòng)力學(xué)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(kuò)散系數(shù)增大。鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子從給體池通過(guò)陰離子交換膜至化學(xué)反應(yīng)池的遷移交換過(guò)程從宏觀上可分為3步，膜采用NaCl溶液浸泡預(yù)處理和增加補(bǔ)償Cl-離子濃度，分別促進(jìn)鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子的第1步和第3步遷移交換過(guò)程，而鉻(Ⅵ)和磷酸鹽離子第2步遷移交換過(guò)程主要取決于交換離子和陰離子交換膜的基本特性。補(bǔ)償溶液NaCl濃度增加時(shí)，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(yàn)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(bǔ)償溶液NaCl濃度較低和較高時(shí)，膜內(nèi)磷酸鹽含量的分布由給體池至化學(xué)反應(yīng)池分別呈遞增和遞減趨勢(shì)。原水中存在帶電膠體顆粒是造成膜污染的主要原因，陰離子交換膜可采用酸堿化學(xué)清洗。 離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器分離和去除技術(shù)在給水、飲用水源鉻(Ⅵ)突發(fā)性應(yīng)急處理以及污水中磷酸鹽的處理等方面，尤其在有自然咸水可利用的地區(qū)，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

圖 1.5 電解質(zhì)的鹽擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定裝置示意圖強(qiáng)度換膜的機(jī)械強(qiáng)度包括爆破強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。爆破強(qiáng)度是指向壓力，爆破時(shí)所能承受的最大壓力，以單位面積上所受壓爆破法來(lái)測(cè)定。拉伸強(qiáng)度是指離子交換膜受到水平方向度，以單位面積上所受應(yīng)力來(lái)表示[116]。離子交換膜的交聯(lián)，離子交換容量和含水量增加，機(jī)械強(qiáng)度降低。交換膜的應(yīng)用換膜主要應(yīng)用于水處理、濕法冶金與電化學(xué)、化工分離、能工業(yè)等領(lǐng)域。根據(jù)分離目的與對(duì)象的不同，離子交換膜電滲析、擴(kuò)散滲析以及 Donnan 滲析，下面分別進(jìn)行敘述析換膜的工業(yè)應(yīng)用最初開始于電滲析。電滲析過(guò)程是在直流

圖 1.6 電滲析基本原理示意圖脫鹽成本與原水含鹽量有關(guān)，原水含鹽量越高，單位膜面電量增加，生產(chǎn)單位淡水成本越高[118]。電滲析脫鹽的最佳/L，苦咸水含鹽量一般在此范圍內(nèi)，而海水含鹽量是其 10~與原水含鹽量的 0.6 次方成正比。Sadrzadeh M 等[119~120]研果，采用 4 因素 3 水平正交試驗(yàn)評(píng)價(jià)鹽分離效果的影響。含鹽量和產(chǎn)水量最低（分別為 10000mg/L 和 0.07mL/s）、9V 和 55℃）時(shí)，電滲析脫鹽效果最佳。方差分析結(jié)果表效果都有一定的影響，其中原水含鹽量影響最大，影響程度濃度高于 10000mg/L 時(shí)，原水含鹽量為主要影響因素，而時(shí)，產(chǎn)水量為主要影響因素。楊浩等[121]采用電滲析脫鹽處銨，硫酸銨脫鹽率隨產(chǎn)水量的增加而降低，產(chǎn)水量越大，時(shí)間越長(zhǎng)。電壓增加，硫酸銨脫鹽率升高，但當(dāng)電壓增加脫鹽率隨電壓的變化不明顯，溫度升高有利于電滲析脫鹽過(guò)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU991.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2582312