離子交換樹脂法去除PIA廢水中Co2+Mn2+的研究

李博偉+酈和生

作者簡介：李博偉（1982—），男，黑龍江齊齊哈爾人,工程師,主要從事污水及工業(yè)水處理領(lǐng)域的相關(guān)工作。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 本溪市環(huán)保局.本溪市集中式飲用水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)報(bào)告［R］.本溪:本溪市環(huán)保局,2012.

［2］ 本溪市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站.本溪市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書［R］.本溪:本溪市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,2012.

［3］ 遼寧省人民政府.遼政［2009］172號(hào)《遼寧省人民政府關(guān)于劃定大伙房飲用水水源保護(hù)區(qū)的批復(fù)》［R］.沈陽:遼寧省人民政府,2009.

Analysis of Major Environmental Issues and Protective Measures of

Urban Centralized Drinking Water Source Protection Areas in Benxi,

Liaoning Province

Teng Li

（Benxi Environmental Monitoring Central Station,Benxi 117021,China）

Abstract:Based on the investigation,assessment of the urban centralized drinking water source and the delineation of protection zone in Benxi,Liaoning Province,this article analyzes the problems in the protection zone such as point-source pollution,diffused pollution and other problems treatening water security,which are caused by lack of environmental supervision.And then it proposes the protection measures such as isolation protection in protected area,cleanup of point-source pollution,control of non-point source pollution,water conservation and ecological restoration,in order to solve the abovementioned problems.

Key words:centralized drinking water source protection areas;major environmental problems;protective measures;Benxi限公司)。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖1實(shí)驗(yàn)裝置

1-活塞;2-離子交換柱;3-樹脂;4-蠕動(dòng)泵;5-進(jìn)水閥門;6-出水閥門;7-進(jìn)水水箱;8-出水水箱2.3實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1基準(zhǔn)樹脂的制備

取50mL樹脂于交換柱中用純水與自來水進(jìn)行反洗,至試樣中無可見機(jī)械雜質(zhì)并出水澄清為止。依次用50mL 1mol/L鹽酸溶液、100mL去離子水、50mL 1mol/L氫氧化鈉溶液和100mL去離子水,自上而下通過樹脂層。試劑流量為1.8~2.0mL/min,去離子水流量為10 mL/min。每次轉(zhuǎn)換試劑時(shí),保持液面高于樹脂層1cm,保證樹脂層中無氣泡。此操作進(jìn)行2次。

經(jīng)上述處理的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂用400mL 1mol/L氯化鈉溶液通過樹脂層,流量為13~14mL/min。然后用去離子水洗滌,直至用硝酸銀指示液檢驗(yàn)流出液中無白色沉淀時(shí)停止洗滌,將柱中試樣全部轉(zhuǎn)入清潔的廣口瓶里待用。

經(jīng)上述處理的弱酸性陽離子交換樹脂用400mL 1mol/L鹽酸溶液通過樹脂層,流量為6~7mL/min。然后用去離子水洗滌,直至用甲基橙指示液檢驗(yàn)流出液呈黃色時(shí)停止洗滌,將柱中試樣全部轉(zhuǎn)入清潔的廣口瓶里待用［3］。

2.3.2離子交換總量的測(cè)定

取50mL已制備好的離子交換樹脂于玻璃交換柱中,用水自上而下通過樹脂層趕去氣泡,直到液面高出樹脂層2cm后,將現(xiàn)場(chǎng)取回的PIA廢水倒入分液漏斗中使其自上而下通過樹脂層,控制流量為8~10mL/min。觀察離子交換樹脂顏色變化,分析出水中Co2+、Mn2+含量、COD值、電導(dǎo)率值和pH值,確定離子交換樹脂失效時(shí)間并記錄總處理水量。

2.3.3樹脂的再生

將交換飽和的樹脂依次用500mL 1mol/L HCl溶液、1000mL去離子水、500mL 1mol/L NaOH溶液、1000mL去離子水自上而下通過樹脂層,控制酸堿流量為1.8~2.0mL/min,去離子水流量為10mL/min。收集鹽酸清洗液即再生液,分析其中Co2+、Mn2+含量并計(jì)算出離子交換總量,即工作交換容量。

2.3.4分析方法

Co2+、Mn2+含量的測(cè)定： ICP-AES法。COD的測(cè)定：GB11914-89重鉻酸鹽法。pH值的測(cè)定：電位法。電導(dǎo)率的測(cè)定：電導(dǎo)率儀。調(diào)節(jié)池沉淀物元素測(cè)定：XRF法。

3結(jié)果與討論

3.1D001樹脂去除Co2+、Mn2+結(jié)果

D001樹脂去除Co2+、Mn2+的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2D001樹脂出水Co2+、Mn2+濃度

由圖2可知,含有Co2+、Mn2+的PIA廢水流經(jīng)D001樹脂時(shí)Co2+、Mn2+被完全交換,處理后的廢水中基本沒有Co2+、Mn2+,當(dāng)廢水處理體積為20L時(shí),Co2+濃度開始緩慢升高,Mn2+基本保持不變,當(dāng)廢水處理體積達(dá)到40L時(shí),Co2+、Mn2+濃度快速升高,此時(shí)樹脂交換飽和,交換飽和的D001樹脂由米黃色變?yōu)槿夥凵?體積約為原體積的1.1倍,交換過程中出水電導(dǎo)率、pH值和COD含量并無明顯變化。

3.2D113樹脂去除Co2+、Mn2+結(jié)果

D113樹脂去除Co2+、Mn2+的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,含有Co2+、Mn2+的PIA廢水流經(jīng)D113樹脂時(shí)Co2+、Mn2+被完全交換,處理后的廢水中基本沒有Co2+、Mn2+,當(dāng)廢水處理體積為90L時(shí),Co2+濃度開始緩慢升高,Mn2+基本保持不變,當(dāng)廢水處理體積達(dá)到114L時(shí),Co2+、Mn2+濃度快速升高,此時(shí)樹脂交換飽和,交換飽和的D113樹脂由米黃色變?yōu)樽仙?體積膨脹明顯,約為原體積的1.6倍,離子交換過程中出水電導(dǎo)率、pH值和COD含量并無明顯變化。

圖3D113樹脂出水Co2+、Mn2+濃度

3.3116樹脂去除Co2+、Mn2+結(jié)果

116樹脂去除Co2+、Mn2+的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

2014年5月綠色科技第5期圖4116樹脂出水Co2+、Mn2+濃度

由圖4可知,含有Co2+、Mn2+的PIA廢水流經(jīng)D113樹脂時(shí)Co2+、Mn2+被完全交換,處理后的廢水中基本沒有Co2+、Mn2+,當(dāng)廢水處理體積為70L時(shí),Co2+濃度開始緩慢升高,Mn2+基本保持不變,當(dāng)廢水處理體積達(dá)到88L時(shí),Co2+、Mn2+濃度快速升高,此時(shí)樹脂交換飽和,交換飽和的116樹脂由深黃色變?yōu)樯罴t色,體積膨脹明顯,約為原體積的1.4倍,吸附過程中出水電導(dǎo)率、pH值和COD含量并無明顯變化。

endprint

由于實(shí)驗(yàn)廢水中的Co2+、Mn2+的濃度基本不變,因此可通過樹脂處理廢水的體積總量間接判斷樹脂工作交換容量大小。對(duì)比圖2、3、4可知,當(dāng)D001處理廢水量達(dá)到50L時(shí)出水中Co2+的濃度基本等同于進(jìn)水濃度,樹脂失效,相比于116和D113的工作交換容量要低很多,實(shí)用性較低。

3.4多次再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將交換飽和的樹脂D113和116再生后重復(fù)交換實(shí)驗(yàn),考察樹脂再生后交換能力是否下降。由于試驗(yàn)使用的PIA廢水中的Co2+、Mn2+濃度并不穩(wěn)定,因此用樹脂交換Co2+、Mn2+總量衡量樹脂的交換能力。經(jīng)ICP-AES檢測(cè)樹脂再生液中的Co2+、Mn2+濃度后將所得濃度乘以再生液體積即可得到樹脂上交換Co2+、Mn2+質(zhì)量,試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1濕樹脂交換Co2+、Mn2+總量

樹脂型號(hào)/交換

飽和次數(shù)交換Co2+

/g交換Mn2+

/g樹脂型號(hào)/交換

飽和次數(shù)交換Co2+

/g交換Mn2+

/gD113/11.42120.5038116/11.11010.2955D113/21.59660.3736116/21.35150.4793D113/31.56340.3562116/31.32130.4943D113/41.57250.3478116/41.33540.4665D113/51.56780.3596116/51.31070.4217D113/61.54120.3621116/61.29360.4864D113/71.53490.3857116/71.28520.4958D113/81.53760.3624116/81.30430.4412D113/91.52410.3782116/91.30850.4623

由表1數(shù)據(jù)可知,兩種樹脂分別進(jìn)行了8次再生后,樹脂交換Co2+、Mn2+的總量并沒有降低。由于交換膨脹較大再生后兩種樹脂都伴有樹脂碎裂現(xiàn)象,造成樹脂的損失,經(jīng)過再生的樹脂體積可恢復(fù)。對(duì)比兩種樹脂的離子交換總量可知,相同條件下,50mL的D113濕樹脂可以交換質(zhì)量較大的Co2+、Mn2+。

4結(jié)語

(1)相同體積的三種濕樹脂交換Co2+、Mn2+總量和交換飽和后體積膨脹率之間的關(guān)系均為D113>116>D001。

(2)處理PIA廢水后的樹脂D113和116通過再生可恢復(fù)離子交換能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 肖志明.PTA廢水處理技術(shù)綜述［J］.聚酯工業(yè),2005,18(5):15~17.

［2］ 張徐祥,程樹培,石磊,等.對(duì)苯二甲酸及其生產(chǎn)廢水的生物毒性與控制技術(shù)［J］.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2003,4(12):6~11.

［3］ 中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部.GB/T5476-1996離子交換樹脂預(yù)處理方法［S］.

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