EDTA络合-纳滤技术处理含铜、镉、铅模拟土壤酸性沥出液的研究

摘要

随着城市化和工业化的快速发展，土壤中含有的主要重金属铜、镉和铅污染问题严重，铜镉铅污染因其难降解和持久性长存于土壤中，生物化学法和物理法难以彻底去除。因此，土壤中铜镉铅的去除已成为人们研究的重点和难点。土壤清洗被认为是一项高效的、能彻底治理土壤重金属污染的技术。但土壤酸性沥出液中的重金属离子仍然难以去除，近年来，纳滤技术因对重金属离子的去除率高、操作简单和无相变等优点得到广泛应用，但纳滤技术处理较低浓度废水时去除率相对较低。为了同时提高混合金属离子的去除率，通过近十多年来的研究表明，在纳滤中添加络合剂能提高纳滤低浓度金属离子的去除效果和膜通量，简称络合纳滤工艺，它能高效地去除废水中重金属，对治理土壤重金属污染具有重要意义。论文以EDTA为络合剂，选取含有重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+的模拟土壤酸性沥出液为研究对象，探索络合-纳滤工艺对Cu2+、Pb2+和Cd2+的去除率和膜通量的强化效果。对pH、EDTA与金属离子浓度比和操作压力对络合-纳滤过程的影响进行了研究，并通过正交实验获得最佳操作条件。取得的主要研究成果如下:
　　(1)对含低浓度单一的Cu2+（3mmol·L-1）、Pb2+（0.45mmol·L-1）和Cd2+（0.97mmol·L-1）的模拟土壤酸性沥出液的研究结果表明，在一定的温度、pH、压力条件下，只要添加少量的EDTA同时分别增加Cu2+、Pb2+和Cd2+的截留率和膜通量，添加的EDTA对单一铅铜镉的截留率和膜通量有明显的强化效果。并通过正交实验获得了络合-纳滤工艺的最佳操作条件。
　　(2)对含低浓度的等摩尔（均为0.8 mmol·L-1）比例混合的Cu2+、Pb2+和Cd2+模拟土壤酸性沥出液的研究结果表明，在一定的温度、pH、压力条件下，只要少量添加EDTA，就能达到同时提高铜、镉、铅混合离子去除率，又能保持较高膜通量的双重效果。并通过正交实验获得了络合-纳滤工艺的最佳操作条件。
　　(3)采用金属离子的水合数和EDTA在不同pH下的各存在型体的分布，以及首次利用理论计算EDTA与金属离子的络合物的条件稳定常数等参数，解释了混合Cu2+、Pb2+和Cd2+体系中pH、EDTA与金属离子浓度比和操作压力对络合-纳滤的影响和截留机理。
　　总体说来，无论是单一铅、铜、镉离子体系还是各类铜、镉、铅混合离子体系，只要少量添加EDTA，并且pH与料液相似时，均能达到同时提高铜、镉、铅离子去除率，又能保持较高膜通量的双重效果。因此，采用EDTA络合-纳滤方法能经济和高效的同时去除土壤盐酸性沥出液中的重金属铜、镉、铅，从而同时去除土壤中的铜、镉、铅污染。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 土壤重金属污染

1．1．1 土壤重金属污染现状

1．1．2 土壤重金属的危害

1．1．3 土壤重金属污染的治理方法

1．1．4 重金属分离方法

1．2 纳滤分离技术

1．2．1 纳滤的基本原理

1．2．2 纳滤膜分离技术的特点

1．2．3 纳滤处理重金属废水研究进展

1．3 络合-纳滤技术处理重金属废水的研究

1．3．1 络合-纳滤技术处理重金属废水的原理

1．3．2 影响络合-纳滤处理重金属废水的因素

1．3．3 络合-纳滤技术处理重金属废水研究进展

1．4 本课题研究工作

1．4．1 课题研究背景及研究意义

1．4．2 课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 膜组件及实验装置

2．1．1 膜材料

2．1．2 实验用水

2．1．3 实验装置

2．2 分析测试仪器和主要试剂

2．2．1 主要仪器

2．2．2 主要试剂

2．3 分析方法

2．3．1 铜离子、镉离子、铅离子浓度的测定

2．3．2 葡萄糖含量的测定

2．3．3 纳滤膜通量的测定

2．3．4 压差及溶液pH值的测定

2．4 实验内容

2．4．1 纳滤膜的选择

2．4．2 纳滤膜等电点的测定

2．5 有关参数的计算

2．5．1 膜通量的计算

2．5．2 截留率的计算

2．5．3 络合物的条件稳定常数的计算

第三章 络合-纳滤处理含单一重金属离子模拟土壤酸性沥出液

3．1 络合-纳滤处理含铜离子模拟土壤酸性沥出液

3．1．1 添加EDTA前后和pH对铜离子截留性能的影响

3．1．2 EDTA与铜离子的浓度比对铜离子截留性能的影响

3．1．3 操作压力对铜离子截留率和膜通量的影响

3．1．4 EDTA络合-纳滤铜操作条件的优化

3．2 络合-纳滤处理含镉离子模拟土壤酸性沥出液

3．2．1 添加EDTA前后和pH对镉离子截留性能的影响

3．2．2 EDTA与镉离子的浓度比对镉离子截留性能的影响

3．2．3 操作压力对镉离子截留率和膜通量的影响

3．2．4 EDTA络合-纳滤镉操作条件的优化

3．3 络合-纳滤处理含铅离子模拟土壤酸性沥出液

3．3．1 添加EDTA前后和pH对铅离子截留性能的影响

3．3．2 EDTA与铅离子的浓度比对铅离子截留性能的影响

3．3．3 操作压力对铅离子截留率和膜通量的影响

3．3．4 EDTA络合-纳滤铅操作条件的优化

3．4 小结

第四章 络合-纳滤处理含混合重金属离子模拟土壤酸性沥出液

4．1 络合-纳滤处理含铜、铅金属离子模拟土壤酸性沥出液

4．1．1 添加EDTA前后pH对铜、铅混合金属离子截留性能的影响

4．1．2 CEDTA:CM对铜、铅离子纳滤性能的影响

4．1．3 操作压力对铜、铅混合离子截留率和膜通量的影响

4．1．4 铜、铅混合离子纳滤操作条件的优化

4．2 络合-纳滤处理含铜、镉金属离子模拟土壤酸性沥出液

4．2．1 添加EDTA前后和pH对铜、镉混合金属离子截留性能的影响

4．2．2 CEDTA:CM对铜、镉离子纳滤性能的影响

4．2．3 操作压力对铜、镉混合离子截留率和膜通量的影响

4．2．4 铜、镉混合离子纳滤操作条件的优化

4．3 络合-纳滤处理含镉、铅金属离子模拟土壤酸性沥出液

4．3．1 添加EDTA前后和pH对镉、铅混合金属离子截留性能的影响

4．3．2 CEDTA:CM对镉、铅离子纳滤性能的影响

4．3．3 操作压力对镉、铅混合离子截留率和膜通量的影响

4．3．4 镉、铅混合离子纳滤操作条件的优化

4．4 络合-纳滤处理含铜、镉和铅金属离子模拟土壤酸性沥出液

4．4．1 添加EDTA前后和pH对铜、镉、铅截留性能的影响

4．4．2 CEDTA:CM对铜、镉、铅离子纳滤性能的影响

4．4．3 操作压力对铜、镉和铅离子截留率和膜通量的影响

4．4．4 铜、镉、铅混合离子纳滤操作条件的优化

4．4 小结

第五章 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢