重金属废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一,若直接排放,不仅严重污染环境,且造成了资源的浪费。电去离子(EDI)技术作为一种清洁高效的新型膜分离技术,可深度去除并回收废水中的离子态物质。现有的研究已证明了EDI处理低浓度重金属废水的可行性,但却无法彻底避免过程中的重金属氢氧化物沉淀,装置运行的稳定性有待提高。由此,本文对EDI处理含Ni2+及Cu2+离子废水进行了一系列的研究。
　　 首先,通过在电去离子(EDI)装置的淡化室和浓缩室中同时填充离子交换树脂而构成频繁倒极电去离子(EDIR)过程,用以解决处理含重金属离子溶液时EDI内部易产生金属氢氧化物结垢的关键难题。研究表明,采用浓水部分循环和浓、淡水流分步切换的运行工艺,利用EDIR单一过程,同步获得了淡化出水的高截留率和浓缩产品水的高浓缩倍数。倒极周期为4h可获最佳分离效果。对于含Ni2+离子50mg·L-1,pH为3的Ni2SO4溶液,EDIR的淡水出水和浓水出水的Ni2+浓度可分别达到1.5mg·L-1和3961mg·L-1,淡水中Ni2+的脱除率为97％,浓水的浓缩倍数则为79.2,接近理论值。
　　 其次,采用浓水室填充树脂的强化电去离子(EDI)及其集成过程对含镍废水进行了分级浓缩与纯化,重点考查了一级EDI浓水室中树脂比例对其分离性能的影响。结果表明,浓水室中阴阳树脂体积比为6:4时可获得最佳分离性能。浓缩产品水中Ni2+浓度可高达11171mg·L-1,单级浓缩倍数超过220,利于回收利用；淡化出水中Ni2+离子浓度则为2.78mg·L-1。在此基础上,采用二级EDI对一级EDI淡水作深度纯化。二级淡化出水电阻率不低于1.6MΩ·cm,达到纯水回用标准。
　　 最后分别考察了膜堆电压、离子交换树脂、淡水室隔板厚度、原水浓度及组分对膜堆分离性能的影响。结果表明,膜堆电压为15V增强传质模式下运行时,在获得较好的出水水质的前提下能耗最低。对于含Ni2+离子50mg·L-1的EDI过程,颗粒扩散控制(PDC)对离子传递具有重要影响,填充含水率较高的D072/D296树脂时,可获得最佳的分离性能。在一定电压下,原水浓度不宜过高,否则EDI的深度净化优势很难得到体现,产水水质会有较大幅度的降低。当原水浓度为50mg·L-1,淡水室隔板为3mm时最有利于膜堆的传质；原水同时含Ni2+离子及Cu2+离子时,树脂对Ni2+离子的亲合力大于Cu2+离子,但其迁移能力小于Cu2+离子。
　　 本文首次提出了倒极电去离子工艺及分级EDI过程,同步实现了重金属离子的高效浓缩与淡水的纯化,为重金属废水的零排放与资源化提供了新的技术路径。