氨基膦酸螯合树脂深度处理重金属废水的研究

摘要

有色金属矿山重金属废水量大、重金属含量高，为了使出水达到回用水质要求和《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水标准，本论文采用氨基膦酸螯合树脂D402对已满足污水综合排放一级标准的废水进行深度处理，并系统地研究了D402树脂对水中Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附和再生性能。
　　(1)静态实验表明，D402树腊对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附量随着pH的升高先增加后略有减小，在pH=6.0时吸附量达到最大，分别为365.6mg/g、239.1mg/g;随着温度的升高，树脂对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附量增大，当温度为313K时，Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附容量分别为370.5mg/g、248.3mg/g;树脂对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附过程均符合Freundlich方程式，相关系数R2均大于0.99;高浓度的Ca(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)与Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)产生竞争吸附，影响D402树脂对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附效果。
　　(2)动态实验表明，D402型树脂材料分别吸附单一含Pb(Ⅱ)(1.09mg/L)或Cd(Ⅱ)（0.098mg/L）的模拟水样，吸附容量分别为7000mg/L、735mg/L;当吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)混合溶液并且浓度均为污水综合排放标准的5倍时，D402对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附容量分别是5800mg/L、715mg/L。D402材料去除Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的过程中，影响其吸附容量的主要因素有pH值、过流速度、原水浓度、其他离子干扰（以盐度、硬度离子为主）等。D402树脂吸附材料对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)两种金属离子的吸附量随着pH值的升高先增加后略有减小，均在pH=6.0附近达到最大吸附量，分别为5800mg/L、710mg/L。在较低运行流速下，D402树脂失效慢、吸附容量大。当原水Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)浓度越高时，穿透时间越早，而且吸附容量越低。
　　(3)D402树脂的再生实验研究表明，最佳再生药剂为6％的HCl，再生方式为先酸后碱再生，再生剂用量为树脂体积的5倍，再生时间为5h，最佳温度为25℃。
　　(4)采用D402吸附工艺，以处理量为200m3/h的某有色金属矿山重金属废水工程为例进行投资估算，工程总投资575.70万元;运行费用包括电费、药剂费、人工费、折旧费共计0.792元/m3;该工程投资成本的回收期约为5年，具有较高的经济效益、社会效益以及环境效益。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 水中重金属污染现状

1．1．2 重金属的来源与危害

1．2 水体重金属污染的处理技术研究进展

1．2．1 现有的处理技术

1．2．2 现有重金属废水处理方法的比较

1．3 吸附类型、影响因素及吸附材料的选择

1．3．1 吸附类型

1．3．2 影响吸附的因素

1．3．3 吸附材料的选择

1．4 研究目标、内容及技术路线

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

1．5 本章小结

第2章 实验装置与方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验仪器

2．1．2 化学试剂

2．1．3 实验原料

2．1．4 实验装置

2．2 实验方法

2．1．1 树脂的预处理

2．2．2 静态吸附实验方法

2．2．3 动态穿透吸附实验方法

2．2．4 静态再生实验方法

2．2．5 动态再生实验方法

2．3 测定方法

2．4 计算方法

2．4．1 吸附容量

2．4．2 Freundlich吸附等温方程

2．5 本章小结

第3章 静态吸附性能研究

3．1 不同浓度酸碱处理对树脂的影响

3．2 不同浓度氧化剂、还原剂处理树脂的影响

3．3 溶液pH值对D402吸附的影响

3．4 温度对D402吸附重金属的影响

3．5 等温吸附方程

3．6 其他重金属离子对吸附的影响

3．6 水中背景阳离子对吸附的影响

3．7 D402树脂对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附机理探讨

3．8 本章小结

第4章 动态吸附性能研究

4．1 动态吸附容量的测定

4．2 最佳pH值范围

4．3 抗高负荷冲击性能

4．3．1 水量冲击的影响

4．3．2 水质冲击对树脂吸附的影响

4．4 盐度和硬度对动态吸附的影响

4．5 反冲洗强度与膨胀率的关系

4．6 本章小结

第5章 再生性能研究及其优化

5．1 静态再生性能研究

5．1．1 不同种类再生剂的再生效果

5．1．2 盐酸浓度对再生效果的影响

5．1．3 酸碱程序处理再生树脂

5．1．4 再生剂用量的影响

5．1．5 时间对再生效果的影响

5．1．6 温度对再生效果的影响

5．2 固定床再生性能研究

5．3 再生的机理

5．4 再生液的处理

5．5 本章小结

第6章 D402树脂深度处理重金属废水的应用研究

6．1 项目简介

6．2 工艺流程

6．3 工艺参数

6．4 技术经济分析

6．4．1 投资估算

6．4．2 运行成本估算

6．5 效益分析

6．3．1 经济效益

6．3．2 环境效益

6．3．3 社会效益

6．6 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加科研项目