碳酸盐体系中诱导结晶法去除铜离子影响因素研究

摘要

近年来，水中重金属污染十分严重，越来越受到人们的关注，随着可持续发展战略的进一步实施，对水中重金属的处理将愈发严格。诱导结晶法是一种处理工艺简单、处理周期短、处理产物可资源化回收的重金属处理技术，在国外已有部分工程实例，国内也有研究者对运行参数如pH、进药浓度、进药比进行优化研究，但是缺乏对运行参数影响方式和影响机理的深入探讨。
　　论文选取水中典型的重金属 Cu2+，通过动态流化床反应器（FBR）和静态连续搅拌式反应器（CSTR）实验对比，研究了诱导结晶的关键影响因素pH、进药浓度、进药比以及成核方式对诱导结晶过程的影响，通过对反应器运行效率、诱导晶体和出水微晶的晶型晶貌以及元素成分测定，探讨了这些因素的影响方式和影响机理，为诱导结晶法的优化和应用提供支撑。
　　FBR系统在10-20h以后能够运行稳定。在进药比为1:1.2，进药浓度200mg/L，pH为10.2时，处理效率能够达到95％以上，运行效果良好，pH为12.5时处理效率降低的原因为发生了复杂的钙镁共结晶现象。在pH为10.2，进药浓度200mg/L时，反应器进药比由1.2提高到3.6过程中，系统微晶由0.5-1%增加到了30%左右，原因为高进药比条件下形成的为机械强度低的小球状晶体。在pH为10.2，进药比为1:1.2时，反应器进药浓度由200mg/L提高到700mg/L的过程中，系统微晶产率由0.5%增加到了8%，反应器效率降低到90%，系统中出水微晶的增加是因为微晶成核速率的增加。通过不同运行条件下FBR中过饱和度对比研究发现，FBR中发生的成核方式为均相和非均相两种成核方式。
　　CSTR中，底部微孔曝气强度为100mL/min时，溶液中离子能混合均匀。在进药比1:1.2，进药浓度10mg/L时，调节pH为8.2、9.2、10.1、11.1、12.5，玻片单位面积结晶量随着pH升高逐渐降低，pH为12.5时，系统中发生了钙镁共结晶现象。在pH为8.2，在进药比1:1.2，调节进药浓度为10mg/L、30mg/L、50 mg/L时，玻片单位面积结晶量分别为0.18 mg/cm2，0.32 mg/cm2，0.48 mg/cm2，玻片结晶量并未与浓度成比例增加，因为浓度的提高增加了微晶成核速率，大量晶核形成沉淀在反应器底部。在pH为8.2，进药浓度为10mg/L时，调节进药比为1:1.2、1:2.4、1:3.6时，玻片单位面积结晶量分别为0.18 mg/cm2，0.16 mg/cm2，0.11 mg/cm2，高进药比条件下，诱导产物为机械强度差的100—200nm的小球状晶体。CSTR反应中，通过参数调节，构建铜离子与碳酸根离子的非均相成核体系，形成了大小为十几微米的杆状晶体。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 重金属的污染和危害

1.1.2 重金属处理方法概述

1.1.3 诱导结晶工艺的理论基础和工艺原理

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的

1.4 研究内容、创新点及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究创新点

1.4.3 研究技术路线

2 实验材料和实验方法

2.1 实验装置和材料

2.1.1 流化床反应器（FBR）

2.1.2 连续搅拌式反应器（CSTR）

2.2 样品采集和分析方法

2.2.1 水样采集和检测

2.2.2 挂玻片结晶量分析测试

2.2.3 结晶产物的采集与分析

2.3 实验内容和操作步骤

2.3.1 流化床反应器实验

2.3.2 CSTR反应器实验

3 FBR中不同诱导条件对结晶过程影响研究

3.1 实验方法

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 FBR反应器启动过程研究

3.2.2 pH值对结晶系统影响

3.2.3 不同进药比对结晶系统影响

3.2.4 不同进药浓度对结晶系统影响

3.2.5 不同诱导条件系统过饱和指数对比

3.3 本章小结

4 CSTR中不同诱导条件对结晶过程影响研究

4.1 实验方法

4.1.1 CSTR运行参数的确定

4.1.2 玻片结晶量测定

4.1.3 诱导条件变化对CSTR结晶系统影响研究

4.2 实验结果与讨论

4.2.1 CSTR运行参数的确定

4.2.2 玻片结晶平行性测定

4.2.3 不同pH对CSTR结晶系统的影响

4.2.4 不同进药浓度对CSTR结晶系统的影响

4.2.5 不同进药比CSTR结晶系统的影响

4.2.6 CSTR非均相成核过程研究

4.3 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

致谢

参考文献

个人简历及论文发表情况