特種分離電去離子（EDI）過程處理低濃度重金屬離子溶液的研究.pdf

1、電去離子(Electrodeionization，EDI)技術(shù)，是電滲析和離子交換有機結(jié)合而形成的新型復(fù)合分離過程，它可在非化學(xué)再生的條件下，對低濃度溶液中的離子進行脫除與濃縮。該技術(shù)具有連續(xù)運行、高效穩(wěn)定、環(huán)境友好等顯著優(yōu)點，在眾多工業(yè)領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價值。本文以低濃度含Ni<'2+>離子溶液為研究對象，考察了EDI對Ni<'2+>離子的脫除和濃縮性能，以期利用EDI技術(shù)實現(xiàn)對低濃度溶液中的重金屬離子進行回收的同時，獲得高品質(zhì)的淡水產(chǎn)

2、水，從而實現(xiàn)電鍍等行業(yè)中的低濃度重金屬廢水的零排放。 對淡水室中樹脂的填充策略進行了較為系統(tǒng)的分析。研究發(fā)現(xiàn)，在本文所采用的實驗條件下，EDI裝置的淡水室中填充大孔型強酸、強堿性樹脂較凝膠型強酸、強堿性樹脂有更高的分離性能，淡水水質(zhì)能夠更快達到穩(wěn)定，而大孔型弱酸、弱堿性樹脂則不適于該過程；淡水室中填充窄粒徑分布樹脂與標準粒徑分布樹脂相比，更能促進淡水室中離子的傳遞，提高過程的分離效率。對于本文實驗中所采用的厚度為3mm的淡水室隔

3、板而言，當(dāng)所使用樹脂粒徑為0.71-0.90mm時，淡水室隔板厚度與樹脂粒徑之間比例達到最優(yōu)，有效導(dǎo)電樹脂所占比例較大，有利于促進過程傳質(zhì)；淡水室中樹脂床層采用分層填充時，通過合理安排混床與陽、陰樹脂床層的位置與比例，能夠較好地改善樹脂或膜面金屬氫氧化物形成的狀況，有利于過程的長期穩(wěn)定運行。 深入研究了主要工藝操作參數(shù)對過程分離性能的影響。對于一定濃度的NiSO<,4>溶液，在一定的淡水和濃水條件下，EDI過程存在相應(yīng)的最優(yōu)膜堆

4、工作電壓，該最優(yōu)電壓值對應(yīng)于淡水產(chǎn)水達到期望的水質(zhì)而過程中水解離程度最小的工作狀況。淡水流量必存在一個上限，超過此上限值時，由于淡水在淡水室中的停留時間較短，使得部分離子未能及時遷移出淡水室，從而使離子的脫除率下降，淡水出水的電阻率降低。此外，原水的Ni<'2+>離子濃度、pH值與溫度對EDI過程也有重要影響。當(dāng)Ni<'3+>離子濃度降低時，膜堆的負荷降低，淡水出水的電阻率增大；適當(dāng)提高原水溫度有利于離子與樹脂之間的交換以及離子的遷移，

5、淡水出水的電阻率明顯提高。 建立了EDI處理低濃度含Ni<'2+>離子溶液過程的傳質(zhì)動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合能斯特-普朗克和能斯特-愛因斯坦方程，對Ni<'2+>離子在樹脂床層中傳遞的表觀擴散系數(shù)進行了推導(dǎo)；根據(jù)舍伍德關(guān)聯(lián)式，對Ni<'2+>離子在EDI過程中的傳質(zhì)系數(shù)進行了求解。該項研究有利于對EDI過程中離子的傳遞進行定量描述，為EDI處理低濃度重金屬離子溶液過程中，裝置的設(shè)計和工業(yè)應(yīng)用的進一步推廣提供了理論和技術(shù)支撐。在一定

6、操作條件下，對于Ni<'2+>離子濃度為50 mg/L，pH為5.7的原水進水，淡水產(chǎn)水的電阻率可達3.78 MΩ·cm，其中的Ni<'2+>離子濃度低于0.1mg/L，脫除率>99.8％；濃水產(chǎn)品中Ni<'2+>離子濃度可達1583 mg/L，一級濃縮倍數(shù)達到31.7：過程的電流效率達40％。研究結(jié)果表明，通過對裝置內(nèi)部構(gòu)造的改進和操作參數(shù)的控制，EDI過程能夠同時實現(xiàn)對低濃度溶液中Ni<'2+>離子的深度脫除與有效濃縮。 本