去除地下水硝酸盐PRB介质试验研究 ——离子交换树脂的选择与电再生

论文摘要

近四十年来,地下水硝酸盐污染日益严重,已成为一个世界性难题,修复地下水硝酸盐污染已成为当务之急。本文总结了地下水硝酸盐的污染现状、来源及其危害,并对地下水中硝酸盐的处理方法如物理化学法、生物法、化学法以及渗透反应墙技术进行了分析比较,认为渗透反应墙技术是比较有发展前景的地下水原位修复技术。本文进行了用离子交换树脂作为渗透反应墙的反应介质去除地下水中硝酸盐污染的试验研究。首先对比研究了2种大孔型、2种凝胶型和1种硝酸根专用螯合树脂吸附硝酸根的性能;然后研究了电渗析状态下,极室电解质浓度、电压、硝酸盐负荷等参数对去除硝酸盐的影响;进一步对树脂电再生的效果进行了研究;最后对比研究了离子交换、电渗析、离子交换—电再生3种过程去除硝酸盐的效果。本文研究发现:离子交换选择试验结果表明,树脂717和D407对硝酸根有较好的吸附性能,并且2种树脂对硝酸根的吸附等温线符合Langmuir经验公式,717受温度、氯离子和硫酸根离子的影响都要比D407大;电渗析试验条件下,电压和极室电解质电导率都存在最优值以保证较高的去除效果和较低的能耗,本研究推荐电压梯度1v/cm,极室电解质电导率为淡室溶液电导率的3倍,此研究为以后试验的参数设置提供了依据;树脂静态电再生试验结果表明,单纯717树脂再生2800min时,单位树脂再生量约3.96mg/mL树脂,比阴阳树脂搭配时的单位再生量多,阴阳树脂混合动态电再生试验表明,电压越大、流量越小电再生效果越好,当电压25伏、流量5ml/min时,430min共再生出91.38mg硝酸根;离子交换、电渗析和离子交换—电再生3种过程的对比试验结果分析表明,离子交换—电再生过程中,离子交换树脂一直处于不断吸附—再生过程;离子在树脂通道内的迁移速率要比在溶液中的迁移速率快;当施加25伏电压时,离子交换—电再生出水硝酸盐浓度一直保持在进水硝酸盐浓度的一半左右。综合以上研究表明,离子交换树脂不仅满足渗透反应墙的介质要求,而且利用电再生代替酸碱再生,通过离子交换、电迁移、电再生等作用,将硝酸盐浓缩至极室从而去除。本文认为离子交换树脂作为渗透反应墙介质去除地下水中的硝酸盐在原理上是可行的,通过更进一步的研究,该方法具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 地下水硝酸盐污染现状与危害
• 1.1.1 地下水硝酸盐污染危害
• 1.1.2 我国地下水硝酸盐污染现状
• 1.1.3 地下水硝酸盐污染原因
• 1.2 地下水硝酸盐污染主要修复技术进展
• 1.2.1 化学法
• 1.2.2 生物法
• 1.2.3 吸附法
• 1.2.4 物理化学法
• 1.2.4.1 离子交换法
• 1.2.4.2 电渗析技术
• 1.2.5 渗透反应墙技术
• 1.3 离子交换树脂电再生技术
• 1.3.1 离子交换树脂电再生的基本原理
• 1.3.2 离子交换树脂电再生的研究进展
• 1.4 选题依据
• 1.5 研究内容与技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 1.6 创新点
• 2 离子交换树脂选择试验
• 2.1 试验材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 分析方法
• 2.1.3 试验装置
• 2.1.4 试验方法
• 2.2 结果与讨论
• 3^-的影响'>2.2.1 吸附时间对树脂吸附NO₃^-的影响
• 2.2.2 吸附等温线
• 3^-去除、穿透容量'>2.2.3 树脂对NO₃^-去除、穿透容量
• 2.2.4 温度对717 和D407 树脂吸附硝酸根的吸附等温线影响比较
• -和SO₄^2-对树脂去除硝酸根和再生性能影响'>2.2.5 Cl^-和SO₄^2-对树脂去除硝酸根和再生性能影响
• 2.3 小结
• 3 电渗析去除水中硝酸盐的试验研究
• 3.1 试验材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验装置与分析仪器
• 3.1.3 试验方法
• 3.2 试验结果与讨论
• 3.2.1 极室电解质电导率影响
• 3.2.2 电压影响
• 3.2.3 硝酸盐负荷影响
• 3.3 小结
• 4 树脂电再生试验研究
• 4.1 试验材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验装置与分析仪器
• 4.1.3 试验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 树脂静态电再生
• 4.2.2 树脂动态电再生
• 4.3 小结
• 5 离子交换、电渗析和离子交换—电再生对比试验研究
• 5.1 试验材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验装置与分析仪器
• 5.1.3 试验方法
• 5.2 试验结果与讨论
• 5.3 小结
• 6 结论与进一步研究
• 6.1 结论
• 6.2 进一步研究
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文
• 附录