间歇性离子交换—电再生技术去除水中硝酸盐

论文摘要

作为重要的饮用水水源之一,地下水在生产和生活中发挥着越来越重要的作用。然而,近几十年来的监测结果显示,地下水中的硝酸盐污染日益严重。由于与人类健康密切相关,硝酸盐污染已引起各国的普遍重视。与传统的地下水污染处理技术相比,电动力学（EK）和渗透反应墙（PRB）技术具有能持续原位处理、价格相对便宜等优点;另外还减少了地表处理设施,减少了污染物的暴露和对环境的扰动。但在用EK和PRB分别进行硝酸盐去除试验时发现,填充Fe0介质的PRB在去除硝酸盐过程中会生成毒性更强的NH4+,而EK的治理周期很长,往往需要几个月甚至更长时间。本研究拟结合EK和PRB技术的各自优点,通过试验首先筛选出能高效吸附NO3-的阴离子交换树脂,充分发挥PRB填充介质对水中NO3-的高效吸附功能以及EK对PRB介质中NO3-的加速迁移和浓缩功能,使树脂获得再生,恢复交换能力,实现硝酸盐的高效及无害化处理。为了选择合适的吸附填充介质,首先对强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂201×7和硝酸根选择性树脂D407对水中NO3-的吸附效果、两种阴树脂分别与阳离子交换树脂（001×7和D001）不同配比混合条件下对水中NO3-的吸附效果以及SO42-、Cl-与NO3-共存的情况下对树脂吸附NO3-的影响进行了研究,结果发现:201×7比D407有更大的吸附量,两者的吸附量分别为59 mg NO3-/mL树脂和25 mg NO3-/mL树脂;在相同的试验条件下,当阴阳混合树脂的体积比为6:4时,对NO3-的去除率比较高,出水中无NO3--N检出且电导率小于5μs/cm;采用将一半体积的阴树脂填在交换柱下层、另一半体积的阴树脂与阳树脂完全混合后填在交换柱上层的混合方式,出水pH比较稳定,在6-8之间,因此在后面的试验中选择这种方式填充;树脂201×7在受到干扰离子影响的情况下,吸附量仍然比D407要大,并且在实际环境中,必然存在干扰离子,因此选择树脂201×7作为交换吸附的材料较D407更合适。通过一系列的电再生试验表明,当在淡室中填充吸附饱和的混合树脂时,经过10小时静态以及80小时动态的连续电再生,可以实现对NO3-的有效去除,当进水中NO3--N的初始浓度为50 mg/L时,出水中的NO3--N可稳定在10mg/L以下,满足我国有关地下水中硝酸盐的标准要求,经过90个小时的连续再生,树脂的再生率可达到60 %。一系列试验表明:间歇性的离子交换-电再生技术可以实现水中NO3-的稳定去除,并达到减少能耗、避免因化学再生而导致二次污染的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 硝酸盐污染状况
• 1.1.1 硝酸盐污染的来源
• 1.1.1.1 农业施肥造成的污染
• 1.1.1.2 生活污水和工业废水的污染
• 1.1.1.3 固体废弃物的渗滤下渗污染
• 1.1.1.4 污水回灌引起污染
• 1.1.1.5 大气沉降
• 1.1.2 地下水硝酸盐污染转化过程
• 1.1.3 硝酸盐污染的危害
• 1.1.3.1 对人体的危害
• 1.1.3.2 对动植物的危害
• 1.2 国内外地下水硝酸盐污染现状
• 1.2.1 欧美地区地下水硝酸盐污染现状
• 1.2.2 亚洲地区地下水硝酸盐污染现状
• 1.2.3 我国地下水硝酸盐污染现状
• 1.3 硝酸盐污染治理技术
• 1.3.1 物理化学法去除地下水中的硝酸盐
• 1.3.1.1 蒸馏法
• 1.3.1.2 离子交换法
• 1.3.1.3 反渗透法（RO）
• 1.3.1.4 电渗析技术
• 1.3.2 化学法去除地下水中的硝酸盐
• 1.3.3 生物处理技术去除地下水中硝酸盐
• 1.3.3.1 原位生物脱氮
• 1.3.3.2 反应器生物脱氮
• 1.3.4 渗透反应墙技术（PRB）
• 1.3.4.1 地下水硝酸盐污染治理的工程实践
• 1.4 离子交换树脂电再生技术
• 1.4.1 基本原理
• 1.4.2 研究现状
• 1.5 本课题研究思路与内容
• 1.5.1 研究思路
• 1.5.2 研究内容
• 2 试验材料与装置
• 2.1 试验材料及仪器
• 2.1.1 离子交换膜
• 2.1.2 离子交换树脂
• 2.1.3 试剂与仪器
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 离子交换树脂的选择试验
• 2.2.2 离子交换树脂电再生的可行性研究
• 2.3 分析方法
• 3 离子交换树脂的选择试验
• 3.1 试验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3^-的影响'>3.2.1 吸附时间对不同阴离子树脂吸附N0₃^-的影响
• 3^-的去除效果及吸附量'>3.2.2 不同阴离子交换树脂对N0₃^-的去除效果及吸附量
• 3^-的影响'>3.2.3 吸附时间对不同比例阴阳离子交换树脂吸附N0₃^-的影响
• 3^-的去除效果'>3.2.4 不同比例阴阳离子交换树脂对N0₃^-的去除效果
• 3.2.5 阴阳树脂混合方式的影响
• -和S0₄^2-对树脂去除N0₃^-的影响'>3.2.6 Cl^-和S0₄^2-对树脂去除N0₃^-的影响
• 3.3 本章小结
• 4 离子交换树脂电再生的可行性研究
• 4.1 试验方法
• 4.2 饱和树脂的电再生
• 4.2.1 电再生机理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 电再生机理及V-I 曲线考察
• 4.3.2 外加电压对树脂电再生的影响
• 4.3.3 不同极室电导率对树脂电再生的影响
• 4.3.4 流量对树脂电再生的影响
• 4.3.5 树脂类型对树脂电再生的影响
• 4.4 本章小结
• 5 间歇性离子交换-树脂电再生去除水中硝酸盐
• 5.1 试验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 化学再生新树脂吸附试验
• 5.2.2 特征曲线的考察
• 5.2.3 再生电压的选择
• 5.2.4 不同类型混合树脂电再生效果
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文