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收稿日期院2008-04-01基金项目院863计划资助项目渊2007AA06Z330冤曰天津市应用基础研究计划项目渊06YFJMJC04800冤作者简介院卢会霞渊1977要冤袁女袁博士研究生曰王建友渊1972要冤男袁博士后袁副教授袁导师.E-mail:wangjy72@nankai.edu.cnEDI过程处理低浓度重金属离子废水的研究卢会霞袁王建友袁傅学起袁任安娟渊南开大学环境科学与工程学院袁天津300071冤摘要院为处理低浓度重金属离子废水袁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.以模拟的低浓度含镍废水为研究对象袁研究了填充树脂类型对过程分离性能的影响.结果表明袁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.关键词院电去离子曰低浓度重金属废水曰离子交换树脂中图分类号院TS102.54曰TQ028.8文献标识码院A文章编号院员远苑员原园圆源载渊圆园园8冤园3原园园15原园4StudyondiluteheavymetalionswastewatertreatmentbyEDIprocessLUHui-xia袁WANGJian-you袁FUXue-qi袁RenAn-juan渊CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering袁NankaiUniversity袁Tianjin300071袁China冤Abstract院Applicableconfigurationalterationoftheelectrodeionization渊EDI冤processcommonlyforpurewaterproductionwascarriedouttotreatdiluteheavymetalionswastewater.TheinfluenceofresinstypepackingindilutecompartmentsonperformanceoftheimprovedEDItechnologyforsimulateddiluteheavymetalionswastewatertreatmentwasdiscussed.Itisindicatedthatpackingmacroporoustypestronglyacidic袁stronglybasicmixedbedresinsindilutecompartmentsofEDIdeviceisoneofeffectivepathsforacceleratingmasstransferduringdiluteheavymetalionswastewatertreatmentbyimprovedEDItechnologyforspecificseparation.Keywords院electrodeionization;diluteheavymetalionswastewater曰ionexchangeresins第圆7卷第3期圆园园8年6月天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕允陨晕孕韵蕴再栽耘悦匀晕陨悦哉晕陨灾耘砸杂陨栽再Vol.27No.3June2008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[1袁2].传统的重金属废水处理方法有化学法尧离子交换法尧电渗析尧反渗透尧纳滤等[3~6]袁它们各有优点袁但也存在不同程度的二次污染尧效率偏低尧工艺复杂尧高能耗尧高成本等缺陷.电去离子渊EDI冤技术是将离子交换树脂填充在电渗析渊ED冤器的淡水室中袁从而将离子交换与电渗析内在有机结合而形成的一种新型分离过程.它可在非化学再生的条件下实现连续深度除盐袁在超纯水制备领域已被证明是十分有效的[7~9].近年来袁随着EDI技术的不断发展袁已有一些研究者开始尝试将EDI用于处理低浓度重金属废水袁并取得了一定的成效[10~14].本文针对低浓度重金属离子废水处理过程袁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曰并以模拟电镀镍漂洗水为原水袁研究了淡水室中填充树脂类型对该特种分离EDI过程的影响袁继而评估EDI技术用于低浓度重金属离子废水处理的可能性.1实验部分1.1材料与试剂离子交换树脂院大孔型强酸强碱性树脂D072尧D296袁凝胶型强酸强碱性树脂001伊7尧201伊7袁大孔型弱酸弱碱性树脂D152尧D301袁均为南开大学化工厂产品曰离子交换膜院低渗透EDI专用膜袁浙江千秋环保水处理有限公司产品曰NiSO4窑6HO2院分析纯袁天津市文达稀贵试剂化工厂产品曰去离子水院自制袁电阻率为10M赘/cm.1.2水质分析水中Ni2+离子含量分析采用火焰原子吸收分光光PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建溶液以提高电极室的导电性袁并由正极室流向负极室袁前者的电极反应产生的H+可防止负极室可能产生的氢氧化物沉淀.实验表明袁这种结构的EDI能够较好地用以低浓度电镀镍漂洗水的处理.1.4实验流程实验所用装置及流程如图2所示.其中袁浓水为闭路循环曰极水出水在排放气体后返回极水罐单独循环.实验前袁阴尧阳树脂均用NiSO4溶液充分转型袁将阴尧阳树脂按照1颐1的比例完全混合后填充袁组成EDI膜堆.淡水原水的Ni2+浓度为参考实际的电镀镍漂洗水水质预先配制袁Ni2+浓度为50mg/L袁pH为5.7.原水一次性通过淡水室袁出水进入淡化产品水罐.在浓缩水尧进出水管路以及淡化产品水管路上设置有相应的在线监测电导率仪尧酸度计和电阻率仪.实验流程中袁各股水流的流量尧压力尧水质参数和EDI的工作电压/电流可方便调整或监测袁其中浓缩水出水pH在线监测袁淡化产品水pH则取样检测.实验选取工作电压为10V袁淡水尧浓水和极水的流量分别为6.0L/h尧3.0L/h和2.5L/h.2结果与讨论2.1树脂类型对膜堆电流的影响当在EDI装置的淡水室中分别填充不同类型的树脂时袁膜堆电流随运行时间的变化如图3所示.C-阳离子交换膜A-阴离子交换膜图1EDI膜堆构造Fig.1StackconfigurationofEDIsystem淡水进水浓水进水极水进水极水出水淡水出水浓水出水1.原水贮罐曰2.泵曰3.控制阀曰4.流量计曰5.在线电导率仪曰6.压力表曰7.E鄄DI膜堆曰8.在线电阻率仪曰9.淡化水贮罐曰10.浓水循环罐曰11.在线酸度计曰12.极水罐曰13.直流电源图2实验装置及流程示意图Fig.2FlowdiagramofEDIprocess101231247656115135118图3不同树脂时膜堆电流随操作时间的变化曲线Fig.3Stackcurrentovertimeunderdifferentresins1201008060402000100200300400500时间/minD072袁D296001伊7,201伊7D152,D301916--PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建和OH-离子具有更强的亲和力袁因此袁当淡水室中填充弱酸弱碱性树脂时袁预先吸附在树脂上的盐离子更容易被水解离产生的H+和OH-离子替换袁如实验过程中袁在浓水循环罐中Ni2+离子初始浓度相近的情况下袁经过一段运行时间之后袁当EDI装置的淡水室中填充大孔型弱酸弱碱性树脂时袁其浓水室中Ni2+离子含量较填充凝胶型强酸强碱性树脂时高袁从而增强了浓水室的导电性袁降低了膜堆电阻袁使膜堆电流增大.2.2树脂类型对过程分离性能的影响在EDI装置的淡水室中分别填充不同类型树脂时袁淡水出水中Ni2+离子的浓度随时间的变化关系如图4所示.由图4可知袁当填充大孔型弱酸弱碱性树脂时袁淡水出水中Ni2+离子浓度最高袁淡水出水水质基本达到稳定时袁其Ni2+离子质量浓度在6.170~6.712mg/L的范围内小幅波动.当在淡水室中混床填充凝胶型强酸强碱性树脂时袁开机1h左右后袁淡水出水中Ni2+离子质量浓度即可降低到0.5mg/L以下袁淡水出水水质基本达到稳定后袁其中的Ni2+离子质量浓度小于0.1mg/L.而当在淡水室中混床填充大孔型强酸尧强碱性树脂时袁淡水出水中Ni2+离子质量浓度在开机后几分钟就降低到0.1mg/L以下袁并维持在此水平直至实验结束.淡水出水电导率随时间的变化如图5所示.由图5可见袁当填充D152尧D301大孔型弱酸弱碱性混床树脂时袁淡水出水的电导率最高.实验结束时袁淡水出水的电导率仍高达30滋S/cm曰当在淡水室中填充001伊7尧201伊7凝胶型强酸强碱性混床树脂时袁淡水出水电导率在实验开始运行后迅速下降袁当实验进行到10min时袁淡水出水的电导率已下降到10滋S/cm袁实验结束时袁淡水出水的电导率下降至1.53滋S/cm曰而当在淡水室中填充D072尧D296大孔型强酸强碱性树脂时袁淡水出水的电导率在实验开始的5min内迅速下降至2.28滋S/cm袁在实验进行到155min时袁淡水出水电导率即可达到1.50滋S/cm袁并稳定在此水平直至实验结束.由此可知袁在淡水室中填充大孔型弱酸弱碱性树脂并不适合特种分离EDI处理模拟电镀镍漂洗水过程.这可能是由于弱酸性树脂对H+离子的亲和力比强酸性树脂强袁故在偏酸性的模拟电镀镍漂洗水中不利于镍离子的交换曰同时由于弱酸性树脂D152中的羧基电离性能较弱袁因此袁交换速度较慢袁过程的分离性能下降.而填充大孔型强酸强碱性树脂与凝胶型强酸强碱性树脂相比袁能够在更短的时间内得到较好的淡水出水水质.其原因在于大孔型强酸强碱性树脂与凝胶型树脂相比袁具有更多尧更大的孔道以及更高的比表面积袁更利于Ni2+离子等水合半径较大的离子的迁移.因此袁填充离子迁移阻力小即导电能力强的树脂能够促进离子在淡水室中的迁移袁从而提高该过程的分离性能.3结论本研究得到如下结论院渊1冤利用特种分离EDI过程处理模拟电镀镍漂洗水时袁使用强酸强碱性大孔型树脂较凝胶型树脂有更优的分离效率袁填充大孔型弱酸弱碱性树脂时过程分图4不同树脂时淡水出水中Ni2+离子的浓度随时间的变化Fig.4Concentrationofnickelionsofdilutestreamovertimeunderdifferentresins52.051.551.050.549.549.048.548.086420-20100200300400500时间/minD072袁D296001伊7,201伊7D152,D301图5淡水出水电导率随时间的变化Fig.5Conductivityofdilu