电子去离子净水技术

概述了EDI净水技术的发展历程、原理、组件型式与性能。     

膜电容去离子复合电极处理自来水

采用膜电容去离子技术,对镇江自来水进行处理。确定膜电容去离子装置所需的各种材料,设计并制作复合电极单元。将5个复合电极处理单元串联并进行实验,确定能适应市场需求的装置参数,包括内部结构参数和外部运行参数。实验结果表明,当装置的活性炭纤维比表面积为1 600 m2/g,电极间距为1.5 mm,电压为2.0 V时,处理效果较好。流量为350 mL/min时复合电极装置的处理效果比100 mL/min差,但是更符合市场需求。一定范围内的温度变化对该装置去除效果的影响很小。将复合电极单元数从5个增至40个后,离子去除率由12.73%增至62.32%。     

氨氮和腐殖酸对膜电容去离子技术去除垃圾渗滤液中无机离子的影响

高浓度氨氮及大量腐殖质的存在一直以来都是膜电容去离子技术(membrane capacitive deionization,MCDI)应用于垃圾渗滤液除盐的重要难题。采用PE离子交换膜作为膜材料,以活性交联碳布(activated carbon cloth,ACC)作为吸附材料组装MCDI装置,并对含有不同浓度梯度的氨氮和腐殖酸的模拟垃圾渗滤液进行吸附除盐实验。结果表明,垃圾渗滤液中氨氮浓度的增加会使MCDI对氨氮的去除量上升,但会导致Na⁺、K⁺和SO₄²⁻的吸附量显著下降,而Cl⁻和${rm{NO}}_3^{-} $受到的影响较小。较低浓度腐殖酸(0~1 500 mg·L⁻¹)的存在能一定程度促进MCDI对K⁺和NH₄⁻的吸附,但过高的腐殖酸(1 500~2 000 mg·L⁻¹)浓度会导致所有无机离子特别是阴离子吸附量的下降,且腐殖酸的存在也会降低MCDI对所有离子的再吸附效果,减小MCDI的使用寿命。对垃圾渗滤液进行预处理,将氨氮和腐殖酸的浓度降低,有利于提高MCDI的去离子效果。     

从低能耗脱盐到资源回收的电容去离子技术在环境领域的研究进展

电容去离子（CDI）技术因具有高效、节能、环保、经济等优异性能,自20世纪60年代发明至今,一直得到研究者的广泛关注。在查阅资料的基础上,从理论研究、工程应用、材料研究3个方面介绍了CDI技术的发展历程,并分析了其理论原理、电化学反应过程、能耗与经济性,并从运行条件和电极优化2个方面对效率的优化提升进行了深入探讨,介绍了CDI技术装置国内外产业化应用情况,提出了CDI技术不仅在脱盐及污水处理领域具有较大发展空间,在环境废物资源化回收方面同样具有广阔的应用前景。     

颗粒物对无电压作用下离子交换膜分离去除铜离子的影响

在无外加电压条件下研究了颗粒物对阳离子交换膜分离去除铜离子效果的影响。选用硅酸、二氧化硅、氧化铝和水杨酸等4种物质作为颗粒物分别进行实验,其添加量均为50 mg/L。Cu2+及其补偿离子K+的浓度分别为0.0787mmol/L(5 mg/L)和0.787 mmol/L,水温为25±1℃,搅拌强度为600 r/min,水力停留时间为12 h。在所述实验条件下运行96 h后,水中无颗粒物干扰时,铜离子去除率为84%;水中存在带负电荷颗粒物(硅酸)和不带电荷颗粒物(二氧化硅和氧化铝)时,铜离子去除率略为下降至81%;而当水中存在带正电荷颗粒物(水杨酸)时,铜离子的去除率进一步下降为79%。研究结果表明带正电荷颗粒物对铜离子的交换去除影响较带负电荷或不带电荷颗粒物大,因为带正电荷颗粒物更易迁移至阳离子交换膜表面甚至进入膜内,并与膜表或膜内离子交换基团结合,从而导致铜离子交换去除明显下降。     

摇椅式电容去离子技术分盐浓缩脱硫废水

针对燃煤电厂脱硫废水成分复杂、处理成本高等问题,该研究采用改进的摇椅式电容去离子技术对脱硫废水分盐与浓缩进行了实验研究。实验考察了电压、进水流量和离子浓度等参数对除盐效率和SO42−分离效果的影响,同时分析了系统能耗。结果表明,在电压为2 V,进水流量为46 mL·min−1,进水电导率为29500 μS·cm−1的条件下,RCDI系统的处理效果最佳,105 min时除盐率为77.19%,单位除盐量能耗为0.853 kWh·kg−1。SO42−保留率稳定在90%以上,操作条件的改变对SO42−分离效果的影响较小。改进后的RCDI系统通过增加极水通道和采用单价选择性阴离子交换膜,使SO42−被有效的阻隔在原水中,而Ca2+、Mg2+、Cl−则顺利迁移并被浓缩,实现了同步分盐和浓缩的连续不间断运行,极大简化了操作流程,提升了系统的运行效率和稳定性。     

活性炭涂层电极电容去离子的性能

采用活性炭涂层电极构建电容去离子吸附装置,以氯化钠模拟含盐原水,研究电压、流量、进水浓度等操作参数对活性炭涂层电极脱盐效率和能耗的影响。实验结果表明,去除率和比吸附量随着电压的增大而增加,且比能耗随之增大。流速越小,出水的浓度越低,当对出水的浓度要求较高时,宜采用小流速。当进水浓度低于活性炭涂层电极的饱和吸附量时,比吸附量随着进水浓度呈线性增加;当达到饱和吸附量时,比吸附量不会随进水浓度的增大而发生改变;比能耗随着进水浓度的增加而降低。     

膜电容去离子的数值模拟及准连续式脱盐的实现

膜电容去离子(MCDI)脱盐是废水脱盐的热点,但其间歇式运行不利于工程应用.采用数值模型查找MCDI脱盐系统扰动的原因,并从模拟角度验证改进系统的可行性,结果表明:(1)利用MCDI模型模拟了恒电流运行模式下MCDI出水盐浓度随时间的变化曲线,发现当模拟与实验流速的校正因子为1.0时模拟和实验结果具有良好的匹配程度;(...     

多级串联膜电容去离子装置的脱盐性能

膜电容去离子(membrane capacitive deionization, MCDI)技术具有的装置简单、易操作、易再生、成本低,无污染、节能等优势,使其成为一种新型的脱盐技术。为了提升MCDI的脱盐性能,将多个装置的进水串联,对每个装置单独加电来探究脱盐率,平均脱盐速率、单位能量脱盐量等指标对多级串联的影响。结果表明,在进水盐质量浓度、水力停留时间、电压等不同操作条件下,二、三级MCDI串联脱盐率都提高了约2、3倍,三级串联较二级串联的脱盐速率提升较小,但具有更高的能耗。综合比较,二级MCDI串联的脱盐性能更优,并获得了最佳的操作条件为1.5 g·L⁻¹,0.375 min,1.2 V。在连续脱盐过程中,多级串联能够连续稳定的去除盐离子,并且具有较高的吸附容量,表明了连续脱盐的可行性。研究结果对多级MCDI脱盐工程化应用具有指导意义。     

石墨毡集流体提升流动电极电容去离子脱盐性能

针对流动电极电容去离子技术(FCDI)中活性炭利用率低的问题,采用三维多孔石墨毡充当集流体,强化系统的电子转移,提升脱盐性能。结果表明,石墨毡的引入使FCDI系统的脱盐效果提升了175%,并且将脱盐能耗降低了40%。通过分别比较石墨毡和活性炭对于系统脱盐效果的贡献,发现石墨毡主要是通过强化活性炭与集流体之间的电子传递,实现FCDI系统脱盐效率的提升。同时,阴阳极侧电子传递实验也证实了石墨毡的引入的确提升了集流体与活性炭之间的电子传递。这项研究解决了FCDI系统中活性炭的低利用率问题,为FCDI技术的应用与推广提供了理论上的指导。     

臭氧预处理制备PVDF接枝SSS离子交换膜

为了降低离子交换膜的制膜费用,同时为后期微生物燃料电池中的应用提供依据和参考,实验研究了用臭氧预处理过氧化苯甲酰（BPO）引发条件制备聚偏氟乙烯（PVDF）接枝对苯乙烯磺酸钠（SSS）聚合物（PVDF-g-SSS）。傅里叶红外分光光度计（FT-IR）确认了产物的化学组成,用溶剂挥发法制得离子交换膜（PS膜）。通过X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了膜的结晶形态及膜面元素组成,并考察SSS单体用量对膜的离子交换容量、电导率及亲水性等性质的影响。结果表明：接枝反应对PVDF晶型影响较小,PS膜表面有S元素生成;臭氧处理后PVDF易与SSS发生接枝聚合反应,且离子交换容量与SSS单体用量成较好的线性关系,当PVDF/SSS的配比为1：5,PVDF-g-SSS占铸膜液含量的5%时,PS膜的最高离子交换容量可达2.5 mmol·g-1,电导率可达0.046 s·cm-1。     

基于Donnan渗析离子交换膜分离水中的Cd(Ⅱ)

基于Donnan渗析原理构建了离子交换膜反应器,探讨了受体池溶液种类和浓度、给体和受体池搅拌功率以及给体池溶液的初始pH、进水流量和Cd(Ⅱ)进水浓度等因素对Cd(Ⅱ)分离效果的影响。结果表明,随着搅拌功率由0.035 W增大为0.162 W,Cd(Ⅱ)分离去除率与离子通量显著增加。当受体液NaCl浓度为0~0.5 mol·L-1时,Cd(Ⅱ)分离去除率随着受体液浓度的增加而显著增加。当给体池进水Cd(Ⅱ)溶液初始pH≤8时,Cd(Ⅱ)分离去除率随受体液pH的增加而增加。此外,给体池中Cd(Ⅱ)分离去除率与Cd(Ⅱ)初始浓度以及给体池进水流量成反比。在本实验条件下,Cd(Ⅱ)的分离去除率最高可达85.51%。     

阳离子交换膜对Cu~（2＋）离子交换的动力学及热力学研究

对阳离子交换膜离子交换Cu2＋的动力学及热力学现象进行了研究,结果表明：温度25℃,溶液pH=6时,干膜对Cu2＋饱和交换容量为0.506 mmol/g;随Cu2＋初始浓度的升高,离子交换速率常数随之增加;随温度升高,离子交换速率常数随之增加;随转速升高,离子交换速率常数随之增加;离子交换过程与一级反应速率方程拟合结果良好;△G0〈0,表明离子交换反应能自发进行;△H0m〉0,表明的交换反应为吸热反应;△S0〉0,表明交换反应是熵变增加的反应。     

阳离子交换膜对Cu2+离子交换的动力学及热力学研究

对阳离子交换膜离子交换Cu2+的动力学及热力学现象进行了研究,结果表明:温度25℃,溶液pH=6时,干膜对Cu2+饱和交换容量为0.506 mmol/g;随Cu2+初始浓度的升高,离子交换速率常数随之增加;随温度升高,离子交换速率常数随之增加;随转速升高,离子交换速率常数随之增加;离子交换过程与一级反应速率方程拟合结果良好;△G0<0,表明离子交换反应能自发进行;△H0m>0,表明的交换反应为吸热反应;△S0>0,表明交换反应是熵变增加的反应。     

离子交换纤维对重金属的吸附研究

采用自制强酸性阳离子交换纤维对镉、铅离子的吸附性能进行了初步研究。实验结果表明 ,强酸性阳离子交换纤维对镉、铅离子具有较好的吸附能力 ,其最大吸附容量分别为 2 0 6.6mg g和 10 5 .5mg g ;吸附速度快 ,2 0min即可达到平衡。用Langmuir方程对其吸附等温线进行回归 ,结果显示实测值与理论方程具有较好的一致性     

赤泥中水溶性氟化物的电渗析去除

为减少赤泥中的氟化物含量,采用自制电渗析装置,通过单因素实验对赤泥中的氟化物进行了电渗析去除研究,考查了电压梯度和液固比对电流以及悬浮液pH和电导率的影响,分析了电渗析技术去除赤泥中氟化物的效果。结果表明：电渗析初期,电流从最大值迅速减小;在同一电压梯度下,电流随着液固比的增大而减小;在电渗析过程中,悬浮液pH和电导率随时间的延长而减小;电渗析技术可有效去除赤泥中的水溶性氟,其去除量随着电压梯度的升高而增大,最高去除率可达77.22%;液固比增大减小了水溶性氟的去除量,在1.0和2.0 V·cm^–1 电压梯度下,较大的液固比有助于水溶性氟的去除。利用电渗析技术去除赤泥中氟化物时,应综合考虑电压梯度和液固比对去除量及去除率的不同影响,在保证去除效果的同时尽可能降低能耗。研究结果可为赤泥的进一步综合利用提供参考。     

001×14.5离子交换树脂对镍(Ⅱ)的吸附

实验采用离子交换树脂法吸附镍(Ⅱ),树脂选型确定了强酸性阳离子交换树脂001×14.5对镍(Ⅱ)吸附容量最大.用所选的001×14.5树脂吸附镍(Ⅱ)的过程,静态吸附实验表明,转速大于100 r/min时,对树脂吸附的影响可忽略,即基本消除外扩散,pH =7.0时吸附最佳,镍(Ⅱ)吸附率随树脂用量的增加而增大;001×14.5树脂吸附镍(Ⅱ)过程符合Langmuir等温吸附方程,且为优惠吸附;吸附过程符合拟二级动力学模型,吸附过程活化能为E=30.9 kJ/mol,由颗粒内扩散控制;用1 mol/L的硫酸对吸附饱和树脂进行脱附再生,脱附率可达98％以上.     

粉末活性污泥处理含铀废水的特性

以生活污水处理厂剩余活性污泥为原料,制备粉末活性污泥(PAS)作为生物吸附剂,考察pH值,PAS投加量,U(Ⅵ)初始浓度和吸附时间对PAS吸附U(Ⅵ)的影响,探讨了PAS吸附U(Ⅵ)的作用机理。实验结果表明,在U(Ⅵ)初始浓度为10 mg/L时,其最佳吸附pH值为3,去除率97.77%,吸附平衡时间120 min;吸附过程较好地拟合了准二级动力学模型(R2≈1)和Freundlich等温模型(R2≈1);X射线能谱和离子交换实验分析表明,离子交换为其主要吸附方式,参与交换的主要离子为Ca2+;红外光谱分析表明,PAS吸附U(Ⅵ)后自身结构未发生改变。以0.1 mol/L的HCl溶液作为解吸液,初次解吸率达92.83%,循环利用3次仍具有较好的吸附效果。     

离子交换生物脱氮组合工艺去除饮用水中硝酸盐

硝酸盐污染是饮用水行业面临的一大问题。为此,利用小试实验研究了不同树脂类型对硝酸盐的去除效果及相关的影响因素,以及生物膜系统对树脂再生废水的处理效能,建立了使用离子交换和生物脱氮组合工艺去除饮用水中硝酸盐的方法,优化了工艺参数。结果表明：优选的除硝酸盐树脂选择性强,最佳接触时间为15~20 min,可适应不同进水硝酸盐浓度;采用10%的NaCl溶液再生,再生效率可达90%以上;生物脱氮系统能够高效去除再生废水中的硝酸盐,且亚硝酸盐、氨氮和有机物没有明显积累,可循环用于树脂再生,在9次循环再生周期内,对树脂再生效能的影响很小,再生效率仍达85%以上。该组合工艺实现了硝酸盐的高效去除,以及树脂再生废水的生物脱氮与循环利用。     

湿地型生态岛的水体净化能力

在已建成的石驳岸河道中构建生态岛,不但可以改善生态景观效果,还可以提高水体净化能力。将生态岛和湿地技术结合起来,设计了2种生态岛类型：以泥土为基质的常规型生态岛和以砂石为基质的湿地型生态岛,并对2种生态岛的水体交换能力和水体净化效果进行了研究,结果表明：在水体波动条件下,无植物、栽培鸢尾和芦苇的3个湿地型生态岛的水体交换率最高分别达到90.6%、31.0%和84.0%,分别比常规型生态岛高7.8倍、2.6倍和6.8倍;对总磷、总氮、氨氮的平均去除率分别达到37.4%、41.7%和31.6%,比常规型生态岛提高了15.2%、11.7%和8.4%,因此,湿地型生态岛比常规型生态岛具有更好的水体交换能力和水体净化能力。