离子交换膜与改性纤维素海绵组合系统对水体中磷酸根的去除

作     者：鲁丹丹 

作者单位：延边大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李光春;陈国双

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：离子交换膜 纤维素海绵 乙二胺 磷酸根 改性 

摘      要：由于磷的过量排放,对我国水环境造成了严重的污染,与其他除磷方法相比,生物法除磷的运行成本较低,并且可以同时进行脱氮除磷,且在最佳条件下对磷的去除率较高,但生物法除磷的效果不稳定,出水时可能无法达到磷的排放标准。为了解决这一问题,本研究利用阴阳离子交换膜的组合反应器,通过离子浓度强度差,构建出无动力的强化除磷反应器,达到低浓度含磷废水除磷的目的;并且以纤维素海绵为原料,通过环氧氯丙烷和乙二胺对其进行改性,制备成吸附除磷材料,用以加快反应器的除磷效果,同时达到回收磷的目的;探究不同因素对强化除磷反应器与改性纤维素海绵除磷效果的影响。结果表明:强化除磷反应器中加入1%NaCl时,对于5.00 mg/L的磷酸根溶液,4 d去除率可以达到85%,5 d时可以达到92%,磷酸根的含量0.5 mg/L,达到磷排放的一级标准;MgCl2和CaCl2溶液的除磷效果要优于NaCl,同种类的盐溶液,1%的盐溶液除磷效果优于3%和5%的盐溶液。同时,反应器温度在30℃时除磷效果为最佳;并且,磷酸根浓度越低,反应器除磷所需时间越短。对于模拟的生活废水,反应器除磷所需时间要稍长,但去除率仍可达到93%。纤维素海绵的改性试验,首先进行了不同改性条件下,纤维素海绵的除磷实验,确定了各因素下的最优条件,对比单一最优条件和全部最优条件下,改性海绵对磷酸根的去除率,发现全部最优条件下改性的纤维素海绵(10 mL环氧氯丙烷,40℃,60min;2mL乙二胺,70℃,90min),去除率更高,除磷效果更好。未改性的纤维素海绵对磷去除率在3%～6%,改性后的纤维素海绵对磷酸根的去除率可以达到91%,在30 min的时候,吸附速率最快,之后吸附速率迅速降低;温度则对于磷酸根的去除率影响较小;pH在5～7的范围内,改性海绵对磷酸根的去除率最高为76%;在溶液中充入CO2可以提高磷酸根的去除率,流速0.1 m/s,充入8 min,磷酸根去除率为78%。将改性纤维素海绵与反应器相结合,对于5.00 mg/L的磷酸根溶液,3 d的去除率就可以达到90%,达到一级排放标准;对于直接处理生活废水,7 d后磷酸根残余量为0.45 mg/L,去除率达到92%。改性纤维素海绵加快了反应器的除磷效率。1g改性海绵在2 h内,最大吸附量达到20.98 mg/L。综上所述,离子交换膜与改性纤维素海绵组合系统,对于水体中磷酸根去除效果优异,对于解决生物处理废水中,末端低浓度磷去除难的问题,具有实践意义。