壳聚糖络合-超滤耦合工艺对溶液中重金属去除的研究

【摘要】： 重金属污染物来源广、易蓄积、残毒时间长、且不能生物降解,对水生生物和人体健康有较大的负面影响。重金属废水的传统处理方法主要有化学法、离子交换和吸附等,它们只是简单转移重金属,不能彻底解决污染问题,更不能回收和循环利用。许多领域所产生的废水中含有低浓度重金属,而且排放量又相当大,传统处理方法很难从这些大量低浓度废水中经济地回收重金属。在当今水资源日益紧张和排放标准日趋严格的形势下,以废水回用和重金属回收为目的的水溶性大分子聚合物络合-超滤耦合技术可长期、经济和有效地处理重金属废水,对缓解资源紧张和减轻环境污染有着积极的意义。 本文研究水溶性聚合物络合-超滤耦合技术去除溶液中重金属离子。采用壳聚糖为聚合物络合重金属离子,通过聚醚砜超滤膜实现分离。在揭示壳聚糖溶液络合-超滤去除重金属离子原理的基础上,围绕壳聚糖-重金属离子络合物截留特性、络合物解离、膜污染及膜清洗等方面,系统探讨络合-超滤耦合过程的参数优化、超滤过程中的膜阻力构成,考察多种因素对壳聚糖络合-超滤去除重金属离子的影响,以及多种膜清洗方法对膜污染的清洗效果,并采用酸解-超滤过程回收壳聚糖,考察回用壳聚糖对重金属离子的去除效果。 首先,选用聚醚砜超滤膜,以壳聚糖为络合剂络合-超滤去除溶液中重金属离子Pb~(2+)和Ni~(2+)。考察了溶液pH值、重金属离子/壳聚糖装载量比、离子强度和Ca~(2+)各因素对重金属离子截留率的影响,同时研究了重金属离子截留率及膜通量随超滤浓缩时间的变化情况。结果表明,溶液pH是决定络合-超滤耦合过程能否进行的关键因素。在适合的pH值、重金属离子/壳聚糖装载量比条件下,络合-超滤耦合工艺对重金属离子的截留率可以达到很高的水平。在pH为6.0,Pb~(2+)/壳聚糖装载量比为0.25时,络合-超滤耦合过程对溶液中Pb~(2+)的截留率达99%以上;在pH为8.0,Ni~(2+)/壳聚糖装载量比为0.25时,络合-超滤耦合过程对溶液中Ni~(2+)的截留率接近60%。溶液离子强度和Ca~(2+)的增加均不利于络合-超滤耦合过程对重金属离子的去除,都会导致重金属离子去除率的降低。 结果表明,在超滤过程中,膜污染主要由壳聚糖-重金属离子络合物覆盖沉积引起。采用几种清洗剂对膜污染进行清洗,发现pH=2.0的HNO3溶液对膜污染的清洗效果最好。清洗之后,受污染膜的膜通量提高到接近新鲜膜的水平,达到重复使用的要求,可望为工程应用节省耗材成本。 最后,对络合物浓缩液中的壳聚糖进行回用。对浓缩的壳聚糖-重金属离子络合物进行酸化解络之后,进一步采用全过滤过程回收壳聚糖。回收的壳聚糖分别用于络合-超滤耦合过程去除溶液中Pb~(2+)和Ni~(2+)。在所选择的参数条件下,回用的壳聚糖对Pb~(2+)和Ni~(2+)的去除率分别为96.2%和51.07%,与新鲜壳聚糖的处理效果没有明显差别。 研究结果显示采用壳聚糖络合-超滤耦合技术能有效去除溶液中重金属离子,回用水资源,同时实现壳聚糖的有效回收。