阳离子交换膜化学反应器分离去除水中重金属离子的方法技术

一种阳离子交换膜化学反应器分离去除水中重金属离子的方法，它利用阳离子交换膜的选择透过性，使给体池中待处理的重金属离子在不外加膜压或电场的条件下通过阳离子交换膜而进入受体池中，然后流入化学反应室，经化学沉淀后，实现将水中待处理的重金属离子分离去除的目的，沉淀池上清液回流至受体池中循环使用。该方法是在不外加膜压或电场的条件下进行的，能耗低；加入的化学药剂未与给体池溶液相接触，有效地防止二次污染；补偿离子溶液循环使用，减少了药剂的消耗，处理成本低；此外，该方法还具有分离去除水中重金属离子效果好、操作简单方便、便于成套化制作等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及去除水中重金属离子的方法，进一步是指用阳离子交换膜化学反应器(Cation Ion Exchange Membrane Cnemoreactor，艮卩CIEMC)分离去除TR中重金属离子的方法。
技术介绍
在饮用水源(地表水和地下水)及工业废水中存在铁、锰、锑、铜、汞等 多种重金属离子，由于重金属对人体及环境的危害性，世界各国颁布的各类水 质标准均对重金属离子的含量有严格的限制。去除水中重金属离子的方法一般有化学沉淀法、混凝法、离子交换树脂 法、吸附法、生物法等。化学沉淀法即把重金属离子转变成难溶于水的氢氧化物或硫化物等盐类后进行沉淀去除，但加入的化学药剂会使水中引入新的杂质；混凝法是通过投加混凝剂来形成絮体并利用絮体吸附去除这些重金属离子，该法需要消耗大量的混凝剂，成本较高，且对某些离子的去除效果不够理想；离 子交换树脂法釆用离子交换树脂将溶于水中的离子交换到树脂中，以此去除或 者回收重金属离子，但离子交换树脂价格较贵，再生需消耗大量药剂；吸附法 己广泛应用于重金属离子的去除，但吸附法仅将重金属离子从液相转移到固相 中，且吸附剂需再生；生物法利用微生物在生长过程中对某些重金属的富集来 达到将其从水中去除的目的，但生物法需要进行生物的引种、培养以及营养物 质补给，运行操作不便，并且当重金属离子浓度较高时，会对生物产生毒副作3用，引起生物反应效率降低甚至失效。由此可见，现有的去除水中重金属离子的方法均存在一定的局限，探索高 效、低能耗的去除水中重金属离子的方法，已受到国内外许多学者的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有去除水中重金属离子方法存在的局限性，提出 一种，该方法具有分 离去除水中重金属离子效果好、能耗低、无二次污染、处理成本低、操作简单 方便、便于成套化制作等优点。本专利技术的技术方案是，所述阳离子交换膜化学反应器分离去除水中重金属 离子的方法为参见图l，设置给体池l、受体池2和化学反应室4，给体池1与受体池2 相邻设置并用阳离子交换膜3隔开(即所述阳离子交换膜3为给体池1与受体 池2的一侧公共池壁)，所述化学反应室4由反应池5和沉淀池6组成，反应池 5中溶液溢流进入沉淀池6;受体池2出水口经连通管与反应池5进水口相连接， 沉淀池6上清液经另一连通管与受体池2进水口相连接；参见图2，给体池1连续流入原水和连续流出处理水，受体池2连续流入 补偿离子溶液和连续出水；原水含有待去除的重金属离子，补偿离子溶液含有 浓度远高于待去除重金属离子浓度的补偿离子(一般为K+或Na+)，对给体池1 和受体池2中的溶液实施连续搅动；由于阳离子交换膜3两侧存在化学电势差， 根据Donmm dialysis (唐南分离)原理，利用阳离子交换膜3的选择透过性， 给体池1中待去除的重金属离子在不外加膜压或电场的条件下通过阳离子交换 膜3而进入受体池2中，实现待去除重金属离子从给体池溶液中的分离；随之，受体池溶液经所述连通管进入化学反应室4的反应池5，通过向该 反应池中投加相应化学药剂(如氢氧化钾、碳酸钾或硫化钾等)，使所述待去除的重金属离子形成低溶解度的盐，反应池5中溶液溢流至沉淀池6实现固液分离。沉淀池6底部间歇排泥，以便进一步处理；沉淀池6中经化学沉淀处理后的溶液(上清液)经另一连通管回流至受体 池2中循环使用，以减少补偿离子溶液的消耗。本专利技术中，由于待去除的重金属离子通过阳离子交换膜进入受体池是在不 外加膜压或电场的条件下进行的，因此能耗低；反应池中添加的化学药剂不会 与给体池溶液相接触，有效地防止二次污染；经化学沉淀处理后的溶液回流至 受体池中循环使用，减少补偿离子溶液的消耗，使处理成本降低。由以上可知，本专利技术为阳离子交换膜化学反应器分离去除水中重金属离子 的方法，与现有技术相比，具有能耗低、无二次污染、处理成本低、操作简单 方便、便于成套化制作等优点。 、.. 附图说明图1为本专利技术一种实施例的阳离子交换膜化学反应器基本构成示意图2为给体池和受体池溶液中阳离子交换的原理图。在图中l一给体池， 2—受体池，3—阳离子交换膜，4一化学反应室，5—反应池，6—沉淀池。 具体实施例方式参见图1至图2，本专利技术的方法包括参见图1，设置给体池1、受体池2和化学反应室4，给体池1与受体池2相邻设置并用阳离子交换膜3隔开(即所述阳离子交换膜3为给体池1与受体池2的一侧公共池壁)，所述化学反应室4由反应池5和沉淀池6组成，反应池 5中溶液溢流进入沉淀池6;受体池2出水口经连通管与反应池5进水口相连接， 沉淀池6上清液经另一连通管与受体池2进水口相连接；参见图2，以铜离子的分离去除为例，给体池1 一端连续进入含待去除铜 离子的原水，另一端连续排出处理水；缓佐池2连续进入浓度远高于待去除铜 离子浓度的补偿离子溶液(KCl溶液或NaCl溶液)；对给体池和受体池中的溶 液实施连续搅动。在化学电势差的驱动下，给体池l溶液中的铜离子通过阳离 子交换膜3进入受体池2，然后流入化学反应室4中的反应池5 (化学反应室4 由反应池5和沉淀池6组成)；在反应池5中加入氢氧化钾，使铜离子变成氢氧 化铜沉淀，反应池5中溶液溢流入沉淀f' 6、实现固液分离；沉淀池6中的上清 液(仍含有较高浓度的补偿离子，但基本不含铜离子)回流至受体池2中循环 使用。实验结果表明，当原水中铜离子浓度为10mg/L左右时，通过调整进水 流量和补偿离子浓度，在离子交换膜化学反应器运行6小时后，给体池l出水 水质稳定，铜离子去除率达到75%-80%。权利要求1、一种，其特征是，该方法包括(1)设置给体池、受体池和化学反应室，给体池与受体池相邻设置并用阳离子交换膜隔开，所述化学反应室由反应池和沉淀池组成，反应池中溶液溢流进入沉淀池；受体池出水口经连通管与反应池进水口相连接，沉淀池上清液经另一连通管与受体池进水口相连接；(2)给体池连续流入原水和连续流出处理水，受体池连续流入补偿离子溶液和连续出水；原水含有待去除的重金属离子，补偿离子溶液含有浓度远高于待去除重金属离子浓度的补偿离子，对给体池和受体池中的溶液实施连续搅动；利用阳离子交换膜的选择透过性，使给体池溶液中待去除的重金属离子通过阳离子交换膜而进入受体池中，实现重金属离子的分离；(3)受体池出水经所述连通管进入化学反应室的反应池，通过向该反应池中投加相应化学药剂，使所述重金属离子形成低溶解度的盐，反应池中溶液溢流至沉淀池实现固液分离；沉淀池底部间歇排泥，以便进一步处理。2、 根据权利要求1所述的阳离子交换膜化学反应器分离去除水中重金属 离子的方法，其特征是，所述沉淀池中经化学沉淀处理后的溶液经另一连通管 回流至受体池中循环使用。3、 根据权利要求1所述的阳离子父换膜化学反应器分离去除水中重金属 离子的方法，其特征是，所述补偿离子溶液为含KCl或NaCl溶液。全文摘要一种，它利用阳离子交换膜的选择透过性，使给体池中待处理的重金属离子在不外加膜压或电场的条件下通过阳离子交换膜而进入受体池中，然后流入化学反应室，经化学沉淀后，实现将水中待处理的重金属离子分离去除的目的，沉淀池上清液回流至受体池中循环使用。该方法是在不外加膜压或电场的条件下进行的，能耗低；加入的化学药剂未与给体池溶液相接触，有效地防止二次污染；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳离子交换膜化学反应器分离去除水中重金属离子的方法，其特征是，该方法包括：　（１）设置给体池、受体池和化学反应室，给体池与受体池相邻设置并用阳离子交换膜隔开，所述化学反应室由反应池和沉淀池组成，反应池中溶液溢流进入沉淀池；受体池出 水口经连通管与反应池进水口相连接，沉淀池上清液经另一连通管与受体池进水口相连接；　（２）给体池连续流入原水和连续流出处理水，受体池连续流入补偿离子溶液和连续出水；原水含有待去除的重金属离子，补偿离子溶液含有浓度远高于待去除重金属离子浓 度的补偿离子，对给体池和受体池中的溶液实施连续搅动；利用阳离子交换膜的选择透过性，使给体池溶液中待去除的重金属离子通过阳离子交换膜而进入受体池中，实现重金属离子的分离；　（３）受体池出水经所述连通管进入化学反应室的反应池，通过向该反应 池中投加相应化学药剂，使所述重金属离子形成低溶解度的盐，反应池中溶液溢流至沉淀池实现固液分离；沉淀池底部间歇排泥，以便进一步处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世洋，施周，谢德华，张伟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]