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工业重金属废水作为一种可以对水体造成严重污染的排放物,近年来一直是研究者关注焦点。胶束强化超滤技术(EMUF)因其在较低的操作压力下即可对重金属离子的去除达到较高的效率,而受到研究者的关注。但目前EMUF中所采用的有机物为高分子表面活性剂,价格昂贵且存在二次污染的风险。本文采用天然高分子有机物——海藻酸钠,对其强化超滤处理重金属废水(以Cu2+、Pb2+为例)进行了研究,相关结论如下:
(1)吸附时间对海藻酸钠吸附铜离子和铅离子的影响较小,在1分钟内就达到吸附平衡,当海藻酸钠的初始浓度为100 mg·g-1,铜初始浓度分别为100mg·L-1,150 mg·L-1和200 mg·L-1时,吸附容量Q分别约为337mg·g-1,400 mg·g-1和470mg·g-1;当铅离子的浓度Pb2+初始浓度分别为125 mg·L-1,160 mg·L-1和200 mg·L-1时,吸附容量Q分别约为700mg·g-1,850 mg·g-1和1000mg·g-1;
(2)当pH值从3升高到6(铅离子为7)的过程中,海藻酸钠对铜离子的吸附容量Q0随pH值的升高而升高,从227.3 mg·g-1增加到416.7 mg·g-1,海藻酸钠对铅离子的吸附容量Q0从384.6 mg·g-1增加到909.1 mg·g-1.而且随着pH值的升高,Kf值逐渐增大,吸附性能逐渐增强;
(3) FTIR图谱分析表明,C—OH基团和OC—OH基团,其在与重金属离子接触的过程中与重金属离子之间发生了离子交换,C—OH基团变化并不是很明显,而OC—OH基团是吸附重金属离子的主要基团;
(4)在分别过滤海藻酸钠与Cu2+、Pb2+不同浓度配比的溶液时,MWCO为4kDa和6kDa的超滤膜相比于MWCO为50kDa和70kDa对铜离子和铅离子的截留效果更好,而MWCO对AGS的截留效率影响较小,MWCO=4kDa、6kDa、10kDa、30kDa、50kDa、70kDa的六种超滤膜对AGS的截留效率维持在85%以上;
(5)在分别过滤海藻酸钠与Cu2+、Pb2+不同浓度配比的溶液时,pH值对于铜离子和铅离子的截留效果影响很大,pH值越高,铜离子和铅离子的截留效果越好。pH值对AGS的截留效率影响较小,可以维持在85%以上;Ca2+对重金属离子和AGS的截留效果影响不大。
(6)在过滤海藻酸钠和Cu2+、Pb2+不同浓度配比的溶液过程中,MWCO为4kDa和6kDa的超滤膜随着铜离子和铅离子浓度的增大而通量逐渐减小,MWCO为10kDa的超滤膜则随铜离子和铅离子浓度的增大而变化较小。MWCO为30kDa、50kDa和70kDa的超滤膜通量随着铜离子和铅离子浓度的增大而逐渐增大;
(7)pH值对海藻酸钠的回收效率影响较大,当pH值从9增大到13,铜离子和铅离子的反应溶液中海藻酸钠的回收效率分别从25%增大到40%和从27%增大到50%。
(8)超滤膜对海藻酸钠以及Cu2+、Pb2+两种重金属离子的络合物的吸附阻力很小,单独的海藻酸钠溶液过滤时阻力主要分布于浓差极化阻力,而海藻酸钠与Cu2+、Pb2+形成的络合物过滤时阻力则以堵孔阻力为主;电镜照片表明,在海藻酸钠强化超滤后,膜面覆盖了较多的滤饼层。用物理清洗的结果表明,物理清洗可以去除膜面的滤饼层,清洗后膜通量可恢复至90%以上。