酒石酸钾钠(PST)络合纳滤处理金属废水实验研究

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络合纳滤是一种络合剂和纳滤相结合的新型膜处理技术,与超滤、反渗透过程相比,在低浓度重金属废水处理领域有较大的研究价值。本文以酒石酸钾钠(potassium sodium tartrate,PST)为络合添加剂,进行了镉、锌、砷、铅四种废水的络合纳滤实验研究,主要考查了PST对重金属离子去除率和膜通量的影响,并对PST增大膜通量的机理进行了分析阐述。在此基础上考查了金属浓度、溶液pH、操作压力等参数对PST络合纳滤处理金属废水的影响。  实验首先探讨了PST的添加对镉、锌、砷、铅四种模拟水样纳滤处理的影响效果。随着PST浓度的增加(0至100ppm),四种离子的截留率和膜通量均呈现相似的变化规律。金属截留率先增大后减小,存在最优PST添加浓度。Cd和As的最优PST添加浓度在10 mg/L左右,金属去除率分别达到95.5%和98%,Zn和Pb的最优PST添加浓度在15mg/L左右,金属去除率分别达到98%和93.7%。膜通量随PST浓度的增加而增大,在低PST浓度条件下,膜通量增长率较小,当浓度达到一定值后通量迅速增加,高浓度时又变为平缓。分析实验结果可知,PST络合纳滤技术对镉、锌、砷、铅四种离子的去除和膜通量都有明显的强化作用。  综合4种金属离子络合纳滤处理中膜通量的实验结果,引入膜表面亲水性参数接触角(β),结合非平衡热力学模型公式确定了络合纳滤处理重金属废水中膜通量与PST浓度之间的关系。结果表明,膜表面接触角与膜通量之间存在良好的线性关系,这种关系并不因金属离子种类和PST络合剂添加量的不同而发生变化,这说明接触角参数可以作为膜通量大小表征的一个重要参数。此外,根据通过接触角建立的膜通量与络合剂浓度之间的关系,可以定量确定不同PST浓度下纳滤膜通量的大小,突破了以往定性分析膜通量变化的局限性。  在确定了镉、锌、砷、铅络合纳滤最佳PST添加量的基础上,实验考查了操作压力、金属离子浓度、和pH对络合纳滤过程的影响。实验结果表明,随着压力的增大,膜通量线性增加,而金属离子去除率基本维持恒定。金属去除率随金属浓度的增加而增大,但通量值在120ppm的浓度范围内基本不变。pH在5-8的条件下,金属截留率均维持在90%以上,在pH低于5时,截留率会略有降低,同时pH的大小对膜通量的影响不显著;但在pH为5以下时,As离子的去除率和膜通量变化规律与其他3种离子呈现一定的差异性,原因在于在5以下的酸性环境中一部分As(Ⅴ)会转化为As(Ⅲ),从而导致去除率和通量的下降。
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