一种自制选择性离子交换树脂脱除饮用水中的硝酸盐的特性研究

作     者：朱菁 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任勇翔

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：离子交换树脂 硝酸盐 选择性 共存离子 再生 

摘      要：饮用水源水中的硝酸盐由于存在致癌、致畸风险已引起了全世界的广泛关注,而传统的给水处理工艺旨在去除胶体物质,对溶解态的硝酸盐去除效果不佳。本文总结了硝酸盐的来源、危害及硝酸盐的去除方法,通过分析比较得出离子交换法具有简单、高效、可再生、费用低等特点,但是离子交换树脂使用周期短,需再生,且再生液中含有高浓度的硝酸盐、硫酸盐等废水,使得后续处理困难。所以,为了获得经济高效的处理方法,本试验采用制备过程绿色安全、成本低廉的大孔型阴离子树脂,研究了间歇性吸附硝酸盐试验、静态吸附动力学、热力学及吸附等温线模型、固定床动态吸附试验等,释明了该树脂吸附硝酸盐的特性及其去除硝酸盐的应用条件,得出结论如下:(1)自制大孔型阴离子交换树脂树脂在初始硝酸盐浓度为100 mg/L时最佳投加量为0.2 g,固液比为4.0 g/L;树脂对硝酸盐的吸附量随温度变化较小,温度升高有利于反应的进行;水中常见的阴离子影响了树脂对硝酸盐的吸附,其影响顺序为:SO42-Cl-HCO3-;选择性系数表明该树脂为硝酸盐选择性树脂;再生试验表明该树脂再生5次后吸附量仅下降5个百分点并趋于稳定,再生10次后再生率高于94.5%,表明该自制树脂具有良好的再生性能。(2)自制树脂对硝酸盐的吸附符合Langmuir等温式和准二级动力学方程,吸附是以熵增加的自发吸热反应;吸附速率由颗粒内扩散速率控制,吸附速率较快。当硝酸盐的初始浓度为100 mg/L时前10 min即可去除总量的50%。(3)固定床动态吸附试验结果为:固定床的穿透时间随流速和进水NO3-浓度的增加而缩短,流速对树脂吸附量的影响较小,固定床最佳高径比为20;最大动态穿透吸附容量为23.11 mg/g,大于静态吸附容量19.47 mg/g。(4)共存离子SO42-、HCO3-及Cl-分别与NO3-共存以及同时存在时,固定床在较高总离子浓度下对NO3-的选择性好,柱利用率为68.8%2.0%;共存离子对树脂的再生洗脱影响较小,NO3-的再生率为80.2%3.4%,表明该自制大孔树脂在复杂的水环境下优先吸附硝酸盐,具有良好的选择性,且处理效果良好。(5)树脂固定床再生最佳氯化钠溶液浓度为8%;固定床树脂再生2 h,解吸效率达98.5%;再生流速越小再生效果越好,但完全再生所需时间越长;负载柱消耗18BV再生液使NO3-解吸效率达99.2%,大大减少再生废液体积和成本。