利用阴离子交换膜去除水中磷的试验研究

论文摘要

本论文基于Donnan分离原理,对阴离子交换膜去除水中磷进行了研究。提出了磷酸盐从给体液（KH2PO4溶液,下同）迁移至受体液（NaCl溶液,下同）的迁移三步骤,分析了对膜进行NaCl溶液浸泡预处理以及改变受体液浓度对磷迁移三步骤的影响,并通过试验初步探讨了温度、受体液浓度、搅拌速度、不同受体液种类、水力停留时间（HRT）、受体液进样速度、给体液初始浓度、给体液共存离子、给体液初始pH值对阴离子交换膜除磷效果的影响。通过试验考察了对膜进行NaCl溶液浸泡预处理以及改变受体NaCl溶液浓度对磷迁移三步骤的影响,研究结果表明：对阴离子交换膜进行NaCl溶液浸泡预处理能促进磷酸根离子第一步迁移,并最终促进整个离子交换的进行、提高磷的去除效果,而提高受体液浓度能促进磷酸根离子第二、三步迁移,但这对整个离子交换的进行和除磷效果影响不大。通过试验考察了各种试验条件对阴离子交换膜除磷效果的影响,研究结果表明：温度从10℃提高至25。C,磷的去除率从56.8%提高至69.3%；受体液浓度对磷的去除效果影响不大；搅拌速度越大越有利于磷的去除,但当搅拌速度提高到500rpm以后,再提高搅拌速度对除磷效果的影响较小；采用Na2SO4溶液作为受体液时,磷的去除效果明显下降,去除率仅为27.8%,而采用NaHCO3作为受体液对去除效果影响不大；降低给体液进样速度,能延长给体液中的磷与阴离子交换膜的接触时间,提高除磷效果；增加受体液进样速度能使受体液中磷浓度保持在较低水平,但对磷的去除效果基本没有影响；提高给体液初始浓度后,虽然给体液中磷的Donnan平衡浓度升高,但去除率依然保持在较高水平,且膜通量大大增加；在给体液中加入共存离子能使膜双电层厚度（K-1）和ζ电位下降,从而降低膜边界层阻力,提高除磷效果；强酸性条件下,给体液中部分磷以H3PO3分子形式存在,由于H3PO3分子不能透过阴离子交换膜,导致磷的去除率显著下降,去除率仅为44.5%,提高pH值至5和7时,磷主要以H2PO4形态存在,去除率提高至67%,进一步提高pH值至9时,给体液中磷主要以HPO42形式存在,磷的去除效果略有提高；给体液初始pH值越高,实验过程其下降趋势越明显,而受体液pH值上升也更明显,这主要是由于给体液中的OH-透过阴离子交换膜进入受体液造成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 膜分离技术及其应用
• 1.1.1 膜分离技术简介
• 1.1.2 膜分离技术的基本原理
• 1.1.3 膜分离过程主要传递机制
• 1.1.4 膜分离技术在水处理中的主要应用
• 1.2 离子交换膜的性能表征及常用制备方法
• 1.2.1 离子交换膜的主要性能表征
• 1.2.2 离子交换膜的分类
• 1.2.3 离子交换膜的常用制备方法
• 1.2.4 离子交换膜的应用
• 1.3 磷污染现状及其常规处理方法
• 1.3.1 磷污染的危害
• 1.3.2 磷污染现状
• 1.3.3 水中磷的主要来源
• 1.3.4 含磷废水的常规处理方法及其优缺点分析
• 1.4 课题研究的意义与内容
• 1.4.1 课题研究的背景与意义
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 1.4.3 创新点
• 第2章 试验装置与检测方法
• 2.1 实验材料与仪器设备
• 2.1.1 阴离子交换膜
• 2.1.2 实验设备与药品
• 2.2 实验装置基本构造及原理
• 2.2.1 实验装置基本构造
• 2.2.2 Donnan分离基本原理
• 2.3 实验方法与检测方法
• 2.3.1 实验方法
• 2.3.2 检测方法
• 2PO₄^-离子的迁移与膜内含磷分析'>第3章 H₂PO₄^-离子的迁移与膜内含磷分析
• 2PO₄^-离子迁移的三个步骤'>3.1 H₂PO₄^-离子迁移的三个步骤
• 2PO₄^-离子迁移促进作用'>3.2 膜预处理对H₂PO₄^-离子迁移促进作用
• 3.3 受体液浓度对膜内含磷的影响分析
• 3.4 膜内磷的分布
• 3.5 本章小结
• 第4章 阴离子交换膜除磷影响因素
• 4.1 温度对阴离子交换膜除磷效果的影响
• 4.2 受体液浓度对阴离子交换膜除磷效果影响
• 4.3 搅拌速度对阴离子交换膜除磷效果的影响
• 4.3.1 膜边界层简介
• 4.3.2 膜边界层厚度的计算
• 4.3.3 搅拌速度对阴离子交换膜除磷效果的影响
• 4.4 不同受体液种类对阴离子交换膜除磷效果的影响
• 4.5 水力停留时间（HRT）对阴离子交换膜除磷效果的影响
• 4.6 受体液进样速度对阴离子交换膜除磷效果的影响
• 4.7 给体液初始浓度对阴离子交换膜除磷效果的影响
• 4.8 给体液共存离子对除磷效果的影响
• 4.8.1 离子交换膜双电层与动电现象
• 4.8.2 给体液共存离子对除磷效果的影响
• 4.9 给体液初始pH值对阴离子交换膜除磷效果的影响
• 4.9.1 磷在溶液中的主要存在形态
• 4.9.2 给体液初始pH值对磷去除效果的影响
• 4.9.3 给体液pH值变化趋势
• 2PO₄和K₂HPO₄的去除效果对比'>4.9.4 阴离子交换膜对KH₂PO₄和K₂HPO₄的去除效果对比
• 4.10 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）