CN102557195A

CN102557195A - 离子交换膜渗析协同化学沉淀脱除水中重金属的方法

Info

Publication number: CN102557195A
Application number: CN2012100010292A
Authority: CN
Inventors: 万东锦; 孙旭镯; 王宁; 孙晓峰; 陈静; 李波; 张迎明; 刘永德
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提出了一种脱除水中重金属离子的方法，其技术原理是利用离子交换膜的交换作用，使得水中污染物重金属离子由浓度高的一侧渗透至浓度低的一侧，浓度低的一侧施加碱性或碳酸盐或硫化盐溶液，使得重金属离子形成难溶性氢氧化物或碳酸盐或硫化盐得以沉淀去除。本发明将膜分离和化学沉淀过程有机联系在一起，实现了重金属的膜渗析和沉淀去除同步进行。本发明与传统方法相比，反应器结构简单，易于操作，具有广阔的应用前景。

Description

离子交换膜渗析协同化学沉淀脱除水中重金属的方法

技术领域

本发明涉及一种脱除水中重金属的方法，其技术原理是利用离子交换膜的交换作用，使得水中污染物重金属离子由浓度高的一侧渗透至浓度低的一侧，浓度低的一侧施加碱性或碳酸盐或硫化盐溶液，使得重金属离子形成难溶性氢氧化物或碳酸盐类或硫化物得以沉淀去除。

技术背景

重金属离子是水中一类常见污染物。近些年来，特别是由于工业化的加速发展使得重金属向自然界的排放量大大增加，造成了严重的水污染。铜、锌、铅、铬、镍、镉和汞等重金属离子是受到严格控制的污染物。又由于重金属污染物在自然环境中不能自行分解为无害物质，而只能发生形态的改变或在不同相之间进行转移，在这些过程中其毒性并未得到根本性的消除，若处置稍有不当，重金属离子会返溶于水中，重新产生危害，形成“二次污染”；生物体从环境中摄取重金属，经过食物链的生物放大作用，逐渐地在较高级的生物体内富集起来；重金属进入人体后能够和生理高分子物质发生强烈的相互作用而使之失去活性，也可能积累在人体中造成慢性中毒，而这种积累性危害有时需要十多年才显现出来。因此水中重金属离子的污染越来越受到人们的重视。

当前用于处理含有重金属离子的废水的处理方法大致可以分为以下三类：(1)化学沉淀法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法、化学还原法、电化学法和高分子法；(2)物理处理法，包括吸附法、萃取法、离子交换法、膜分离法、蒸发和凝固法等；(3)生物处理法，包括生物絮凝法、生物化学法和植物修复法。其中，化学沉淀法操作简单，但需要对水体进行固液分离，酸碱中和等后续处理。物理法仅仅是将污染物质进行了转移或浓缩，如膜分离法等需要对浓水进行后续处理。生物法操作复杂，生物培养程序繁琐限制了其的应用。

发明内容

本发明基于以上技术背景，建立一种基于离子交换膜渗析协同化学沉淀脱除水中重金属的方法，结合膜分离法和化学沉淀法的优点，使水中污染物重金属离子从浓度高的一侧渗透至浓度低的一侧，在浓度低的一侧添加碱性或碳酸盐或硫化盐溶液，使得重金属离子得以沉淀去除。

本发明的技术原理是基于膜渗析原理，在浓度差的驱动下，水中污染物重金属离子由原水渗透至阳离子交换膜的另一侧，另一侧施加化学药剂将重金属离子沉淀去除。本发明将膜分离和化学沉淀过程有机联系在一起，实现了重金属的膜渗析和沉淀去除同步进行。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

建立离子交换膜分离反应器，采用阳离子交换膜将反应器有效分隔为两室，一室为原水室，另一室为反应室或吸收室。含重金属离子的受污水体进入原水室，在浓度差的作用下，重金属离子向阳离子交换膜的另一侧即反应室或吸收室渗析，在反应室或吸收室中施加碱性或碳酸盐或硫化盐溶液，重金属离子在该室中得以沉淀去除。由于反应室或吸收室中重金属浓度始终低于原水室，原水室中受污水体重金属离子可持续向反应室或吸收室渗析直至被沉淀去除完全。

本发明所述的重金属离子主要包括金、银、铜、铅、锌、镍、钴、汞、镉和锰的氧化态阳离子。

本发明所述的碱性溶液主要包括氢氧化钠和氢氧化钾溶液，碳酸盐或硫化盐溶液主要指钾或钠的碳酸盐及硫化盐溶液，浓度范围为0.1-5M。

本发明中，须及时清理化学沉淀产生的沉淀物，否则沉淀物附着在离子交换膜上易影响重金属离子的迁移效率。另外，沉淀物可用于回收重金属。

本发明所述的重金属的脱除方法，可以建立独立反应器，反应器主要采用反应槽形式，原水室和反应室中需要对溶液进行机械或水力搅拌将溶液充分混合，避免离子交换膜表面产生浓差极化等现象。

反应器采用间歇式操作模式，主要包括充水、沉淀、排水、洗涤等工序，具体是于离子交换膜两侧同时进水，污水进入原水室，化学吸收液流入反应室，原水室中的重金属离子通过离子交换膜渗析至反应室发生沉淀反应，待原水室重金属浓度降低至排放标准要求时，将原水室水达标排放，此后抽排反应室沉淀，采用稀酸溶液清洗离子交换膜和反应室内壁。若重金属初始浓度较高，离子交换膜污染严重影响处理效果时，可采用强化处理模式，即在离子交换膜原水侧添加一档板，当离子交换膜遭受沉淀物污染时，采用档板挡住原水侧待处理水体，将离子交换膜抽出洗涤，同时抽排反应侧底部沉淀底泥，清洗后，插入离子交换膜，抽出档板，使重金属离子继续向反应侧渗析沉淀，直至原水侧重金属浓度降低达标排放。

与现有技术相比，本发明的突出优势是：结合了膜分离法和化学沉淀法各自的优点，重金属的膜渗析和沉淀去除同步进行；膜渗析过程驱动力为浓度差，反应器能耗降低；反应器结构简单，省略去后续沉淀池等构筑物。同时，由于阳离子交换膜的选择性分离特性，反应侧添加的碱性(或碳酸盐或硫化盐)溶液以及沉淀反应产生的沉淀物不会扩散至原水室导致原水pH值上升或二次污染，从而避免了化学沉淀法的固液分离，酸碱中和等后续处理。本发明结合了众多方法的优点，反应器结构简单，易于操作，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1离子交换膜渗析协同化学沉淀脱除水中重金属反应器结构图

图2反应器原理图(以反应室添加NaOH溶液为例)

附图标记：

1原水室；2.原水室档板；3.阳离子交换膜；4.反应室；5.受污水体；6.吸收液；7.吸泥装置；8.循环泵；

具体实施方式

实施例1

建立如图1所示的反应系统，离子交换膜采用GEFC-107(北京金能)，原水室体积300ml，反应室体积400ml。原水室中流入含铜离子为20mg/L的模拟污染水样，反应室添加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，铜离子通过离子交换膜进入反应室而后形成氢氧化铜沉淀，反应5小时，原水室中铜离子去除率达到85％。

实施例2

反应器如实施例1，原水室中流入含铜离子为50mg/L的模拟污染水样，反应室添加浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，铜离子通过离子交换膜进入反应室而后形成氢氧化铜沉淀，每反应2小时，抽排反应室底部沉淀并清洗离子交换膜，反应6小时后，原水室中铜离子去除率达到90％。

Claims

1.离子交换膜渗析协同化学沉淀脱除水中重金属的方法，其特征在于利用离子交换膜的交换作用，使得水中污染物重金属离子由浓度高的一侧渗析至浓度低的一侧，浓度低的一侧施加碱性或碳酸盐或硫化盐溶液，使得重金属离子形成难溶性氢氧化物或碳酸盐或硫化盐得以沉淀去除。

2.根据权利1所述的重金属离子主要包括金、银、铜、铅、锌、镍、钴、汞、镉和锰的氧化态阳离子。

3.根据权利1所述的碱性溶液主要包括氢氧化钠和氢氧化钾溶液，碳酸盐或硫化盐溶液主要指钾或钠的碳酸盐及硫化盐溶液，浓度范围为0.1-5M。

4.根据权利1所述的离子交换膜主要指阳离子交换膜及质子交换膜，采用离子交换膜将反应器分割成原水室和反应室。

5.根据权利1所述的脱除水中重金属的方法，其特征在于须及时清理反应室化学沉淀产生的沉淀物，此外，沉淀物可用于回收重金属。

6.按照权利1所述的脱除水中重金属的方法，可建立反应器，其操作模式为间歇式，包括充水、沉淀、排水、洗涤等工序，具体是于离子交换膜两侧同时进水，污水进入原水室，化学吸收液流入反应室，原水室中的重金属离子通过离子交换膜渗析至反应室沉淀反应，待原水室重金属浓度降低至排放标准要求时，将原水室水达标排放，此后抽排反应室沉淀，采用稀酸溶液清洗离子交换膜和反应室内壁。

7.按照权利1所述的脱除水中重金属的方法，其特征还在于可采用强化处理模式处理重金属初始浓度较高的原水，即在离子交换膜原水侧添加一档板，当离子交换膜遭受沉淀物污染时，采用档板挡住原水侧待处理水体，将离子交换膜抽出洗涤，同时抽排反应侧底部沉淀底泥，清洗后，插入离子交换膜，抽出档板，使重金属离子继续向反应侧渗析沉淀，直至原水侧重金属浓度降低达标排放。