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电去离子技术同步纯化与浓缩电镀镍漂洗水的研究

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第一章 绪论

第一节 电镀重金属废水的环境影响

第二节 我国含重金属电镀废水的治理过程

第三节 重金属废水治理的研究现状

1.3.1 化学法

1.3.2 物理化学法

1.3.3 生物修复技术

1.3.4 膜分离技术

第四节 电去离子技术处理低浓度重金属废水的研究进展

1.4.1 研究背景

1.4.2 电去离子技术及其工作原理

1.4.3 电去离子技术处理低浓度重金属废水的研究进展

第五节 本文主要研究内容

1.5.1 可行性分析

1.5.2 研究内容

1.5.3 研究目标

第二章 实验设计与分析方法

第一节 实验装置与流程

2.1.1 膜堆材料

2.1.2 膜堆设计

2.1.3 EDI流程的选择

2.1.4 实验流程与装置

第二节 实验材料与仪器

2.2.1 离子交换树脂

2.2.2 离子交换膜

2.2.3 实验仪器

第三节 水质分析与检测

2.3.1 常规检测

2.3.2 Ni2+离子浓度的检测

2.3.3 仪器工作条件

2.3.4 检测方法

第三章 膜堆构造设计与树脂填充策略的研究

第一节 膜堆内部水流程对EDI过程的影响

3.1.1 膜堆电压的选择

3.1.2 膜堆内部水流程对EDI过程性能的影响

3.1.3 膜堆内部水流程对膜堆电流和淡水出水pH值的影响

3.1.4 膜堆内部水流程对膜堆淡水出水中Ni2+离子浓度的影响

第二节 淡水室填充树脂比例对EDI过程的影响

3.2.1 实验条件和装置设计

3.2.2 树脂比例对膜堆电流的影响

3.2.3 树脂比例对水解离工况的影响

3.2.4 树脂比对EDI产品水质的影响

3.2.5 阴阳树脂比例的选择

第三节 膜堆结构对EDI过程的影响

3.3.1 实验条件和实验装置

3.3.2 膜堆结构对EDI膜堆电流的影响

3.3.3 膜堆结构对淡水出水中Ni2+离子浓度的影响

3.3.4 膜堆结构对浓水罐中Ni2+离子浓度的影响

本章小结

第四章 操作条件对EDI处理模拟电镀镍漂洗水过程的影响

第一节 升压方式对EDI过程的影响

4.1.1 实验条件和装置设计

4.1.2 升压方式对膜堆电流的影响

4.1.3 升压方式对淡水出水中Ni2+离子浓度的影响

4.1.4 升压方式对浓水出水中Ni2+离子浓度的影响

第二节 工艺条件的影响与操作参数的优化

4.2.1 概述

4.2.1 膜堆电压对EDI过程的影响

4.2.2 浓水pH值对EDI过程的影响

4.2.3 淡水流量对EDI过程性能的影响

4.2.4 新鲜料液流量对EDI过程的影响

4.2.5 原水Ni2+离子浓度和pH值变化对EDI过程性能的影响

本章小结

第五章 EDI长期稳定性和二级纯化实验的研究

第一节 长期稳定性实验研究

5.1.1 概述

5.1.2 实验条件和装置

5.1.3 膜堆电流和膜堆电阻随运行时间的变化

5.1.4 膜堆淡水出水pH值随时间的变化

5.1.5 淡水出水中Ni2+离子浓度随时间的变化

5.1.6 浓水出水中Ni2+离子浓度随时间的变化

5.1.7 小结

第二节 二级EDI纯化过程的研究

5.2.1 实验条件和装置设计

5.2.2 膜堆电流和浓水pH值随时间的变化

5.2.3 淡水出水pH值和电阻率随时间的变化

本章小结

第六章 结论和建议

第一节 结论

第二节 相关建议

第三节 本研究的创新点

参考文献

致谢

个人简历 在学期间参与科研项目及发表论文

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摘要

电去离子(Electrodeionization,EDI)技术,是结合离子交换膜与离子交换树脂,在直流电场作用下实现连续去离子操作的一种复合分离过程。它能够在无需化学酸碱再生的条件下,对低浓度溶液中的离子进行深度脱除与浓缩,具有高效、连续运行、环境友好等显著优点。本文以模拟电镀镍漂洗水为研究对象,考察了EDI对Ni2+离子的脱除和浓缩性能,以期能够实现低浓度重金属废水的零排放与资源化。
   研究了EDI装置淡水室中填充树脂比例、内部水流程以及膜堆构造等对EDI运行过程稳定性的影响。研究发现,淡水室中填充的阴阳树脂比例存在最优值,当淡水室中混合填充阴:阳(A:C)树脂比例为4:6时,最有利于膜堆的长期稳定运行;与一级一段水流程相比,采用一级两段水流程,增加了水流在膜堆中的停留时间,有利于原水中Ni2+离子的脱除;在浓水室增加离子交换膜或填充离子交换树脂,大大增加了重金属离子与水解离产生的OH-离子的横向迁移距离,从而有效地避免膜堆内部金属氢氧化物沉淀的形成。
   考察了EDI的升压方式、膜堆电压、淡水流量、新鲜料液补充水流量,原水浓度和浓淡水pH值等因素对Ni2+离子的脱除和浓缩性能的影响。同时对一级EDI的淡水出水进行二级纯化,对于Ni2+离子浓度为5mg·L-1,pH为4.58的原水,经二级EDI处理后,淡水出水电阻率可达3.5MΩ·cm。
   利用浓、淡水均为一级两段,且浓、淡水室均混合填充树脂比例为4:6(A:C)的EDI膜堆装置,采用浓水部分循环的操作方式,在27.5V的工作电压下,考察EDI处理电镀镍漂洗水过程的长期运行稳定性。结果表明,在长达200小时的运行时间内,对于Ni2+离子浓度为50.3mg·L-1的原水,淡水出水中镍离子浓度在3.0mg·L-1左右,而浓水中Ni2+离子浓度则可达3.749g·L-1,单级浓缩倍数达75倍。即通过EDI膜堆构造的改进、工艺参数的控制和操作方式的选择,可有效地避免膜堆内部金属氢氧化物沉淀的形成,使该过程能够长期高效、稳定的运行。
   在本文的研究工作中,建立了可用于电镀镍漂洗水同步纯化与浓缩的EDI工作模型,确立了连续稳定运行的操作条件,为EDI技术在重金属废水处理中的工业应用提供了技术支撑,对开发重金属废水的零排放和资源化新技术有重要促进作用。

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