离子交换树脂法去除PIA废水中Co2+Mn2+的研究

李博伟+郦和生

作者简介：李博伟（1982—），男，黑龙江齐齐哈尔人,工程师,主要从事污水及工业水处理领域的相关工作。

参考文献：

［1］ 本溪市环保局.本溪市集中式饮用水源保护区划分技术报告［R］.本溪:本溪市环保局,2012.

［2］ 本溪市环境监测中心站.本溪市环境质量报告书［R］.本溪:本溪市环境监测中心站,2012.

［3］ 辽宁省人民政府.辽政［2009］172号《辽宁省人民政府关于划定大伙房饮用水水源保护区的批复》［R］.沈阳:辽宁省人民政府,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)。

实验装置如图1所示。图1实验装置

1-活塞;2-离子交换柱;3-树脂;4-蠕动泵;5-进水阀门;6-出水阀门;7-进水水箱;8-出水水箱2.3实验方法

2.3.1基准树脂的制备

取50mL树脂于交换柱中用纯水与自来水进行反洗,至试样中无可见机械杂质并出水澄清为止。依次用50mL 1mol/L盐酸溶液、100mL去离子水、50mL 1mol/L氢氧化钠溶液和100mL去离子水,自上而下通过树脂层。试剂流量为1.8~2.0mL/min,去离子水流量为10 mL/min。每次转换试剂时,保持液面高于树脂层1cm,保证树脂层中无气泡。此操作进行2次。

经上述处理的强酸性阳离子交换树脂用400mL 1mol/L氯化钠溶液通过树脂层,流量为13~14mL/min。然后用去离子水洗涤,直至用硝酸银指示液检验流出液中无白色沉淀时停止洗涤,将柱中试样全部转入清洁的广口瓶里待用。

经上述处理的弱酸性阳离子交换树脂用400mL 1mol/L盐酸溶液通过树脂层,流量为6~7mL/min。然后用去离子水洗涤,直至用甲基橙指示液检验流出液呈黄色时停止洗涤,将柱中试样全部转入清洁的广口瓶里待用［3］。

2.3.2离子交换总量的测定

取50mL已制备好的离子交换树脂于玻璃交换柱中,用水自上而下通过树脂层赶去气泡,直到液面高出树脂层2cm后,将现场取回的PIA废水倒入分液漏斗中使其自上而下通过树脂层,控制流量为8~10mL/min。观察离子交换树脂颜色变化,分析出水中Co2+、Mn2+含量、COD值、电导率值和pH值,确定离子交换树脂失效时间并记录总处理水量。

2.3.3树脂的再生

将交换饱和的树脂依次用500mL 1mol/L HCl溶液、1000mL去离子水、500mL 1mol/L NaOH溶液、1000mL去离子水自上而下通过树脂层,控制酸碱流量为1.8~2.0mL/min,去离子水流量为10mL/min。收集盐酸清洗液即再生液,分析其中Co2+、Mn2+含量并计算出离子交换总量,即工作交换容量。

2.3.4分析方法

Co2+、Mn2+含量的测定： ICP-AES法。COD的测定：GB11914-89重铬酸盐法。pH值的测定：电位法。电导率的测定：电导率仪。调节池沉淀物元素测定：XRF法。

3结果与讨论

3.1D001树脂去除Co2+、Mn2+结果

D001树脂去除Co2+、Mn2+的实验结果如图2所示。

图2D001树脂出水Co2+、Mn2+浓度

由图2可知,含有Co2+、Mn2+的PIA废水流经D001树脂时Co2+、Mn2+被完全交换,处理后的废水中基本没有Co2+、Mn2+,当废水处理体积为20L时,Co2+浓度开始缓慢升高,Mn2+基本保持不变,当废水处理体积达到40L时,Co2+、Mn2+浓度快速升高,此时树脂交换饱和,交换饱和的D001树脂由米黄色变为肉粉色,体积约为原体积的1.1倍,交换过程中出水电导率、pH值和COD含量并无明显变化。

3.2D113树脂去除Co2+、Mn2+结果

D113树脂去除Co2+、Mn2+的实验结果如图3所示。由图3可知,含有Co2+、Mn2+的PIA废水流经D113树脂时Co2+、Mn2+被完全交换,处理后的废水中基本没有Co2+、Mn2+,当废水处理体积为90L时,Co2+浓度开始缓慢升高,Mn2+基本保持不变,当废水处理体积达到114L时,Co2+、Mn2+浓度快速升高,此时树脂交换饱和,交换饱和的D113树脂由米黄色变为紫色,体积膨胀明显,约为原体积的1.6倍,离子交换过程中出水电导率、pH值和COD含量并无明显变化。

图3D113树脂出水Co2+、Mn2+浓度

3.3116树脂去除Co2+、Mn2+结果

116树脂去除Co2+、Mn2+的实验结果如图4所示。

2014年5月绿色科技第5期图4116树脂出水Co2+、Mn2+浓度

由图4可知,含有Co2+、Mn2+的PIA废水流经D113树脂时Co2+、Mn2+被完全交换,处理后的废水中基本没有Co2+、Mn2+,当废水处理体积为70L时,Co2+浓度开始缓慢升高,Mn2+基本保持不变,当废水处理体积达到88L时,Co2+、Mn2+浓度快速升高,此时树脂交换饱和,交换饱和的116树脂由深黄色变为深红色,体积膨胀明显,约为原体积的1.4倍,吸附过程中出水电导率、pH值和COD含量并无明显变化。

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由于实验废水中的Co2+、Mn2+的浓度基本不变,因此可通过树脂处理废水的体积总量间接判断树脂工作交换容量大小。对比图2、3、4可知,当D001处理废水量达到50L时出水中Co2+的浓度基本等同于进水浓度,树脂失效,相比于116和D113的工作交换容量要低很多,实用性较低。

3.4多次再生实验结果

将交换饱和的树脂D113和116再生后重复交换实验,考察树脂再生后交换能力是否下降。由于试验使用的PIA废水中的Co2+、Mn2+浓度并不稳定,因此用树脂交换Co2+、Mn2+总量衡量树脂的交换能力。经ICP-AES检测树脂再生液中的Co2+、Mn2+浓度后将所得浓度乘以再生液体积即可得到树脂上交换Co2+、Mn2+质量,试验结果如表1所示。

表1湿树脂交换Co2+、Mn2+总量

树脂型号/交换

饱和次数交换Co2+

/g交换Mn2+

/g树脂型号/交换

饱和次数交换Co2+

/g交换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数据可知,两种树脂分别进行了8次再生后,树脂交换Co2+、Mn2+的总量并没有降低。由于交换膨胀较大再生后两种树脂都伴有树脂碎裂现象,造成树脂的损失,经过再生的树脂体积可恢复。对比两种树脂的离子交换总量可知,相同条件下,50mL的D113湿树脂可以交换质量较大的Co2+、Mn2+。

4结语

(1)相同体积的三种湿树脂交换Co2+、Mn2+总量和交换饱和后体积膨胀率之间的关系均为D113>116>D001。

(2)处理PIA废水后的树脂D113和116通过再生可恢复离子交换能力。

参考文献：

［1］ 肖志明.PTA废水处理技术综述［J］.聚酯工业,2005,18(5):15~17.

［2］ 张徐祥,程树培,石磊,等.对苯二甲酸及其生产废水的生物毒性与控制技术［J］.环境污染治理技术与设备,2003,4(12):6~11.

［3］ 中华人民共和国化学工业部.GB/T5476-1996离子交换树脂预处理方法［S］.

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