專利名稱：陽離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器分離去除水中重金屬離子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及去除水中重金屬離子的方法，進(jìn)一步是指用陽離子交換膜化學(xué)
反應(yīng)器(Cation Ion Exchange Membrane Cnemoreactor，艮卩CIEMC)分離去除TR
中重金屬離子的方法。
背景技術(shù)：
在飲用水源(地表水和地下水)及工業(yè)廢水中存在鐵、錳、銻、銅、汞等 多種重金屬離子，由于重金屬對人體及環(huán)境的危害性，世界各國頒布的各類水 質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均對重金屬離子的含量有嚴(yán)格的限制。
去除水中重金屬離子的方法一般有化學(xué)沉淀法、混凝法、離子交換樹脂 法、吸附法、生物法等。化學(xué)沉淀法即把重金屬離子轉(zhuǎn)變成難溶于水的氫氧化
物或硫化物等鹽類后進(jìn)行沉淀去除，但加入的化學(xué)藥劑會使水中引入新的雜質(zhì)；
混凝法是通過投加混凝劑來形成絮體并利用絮體吸附去除這些重金屬離子，該
法需要消耗大量的混凝劑，成本較高，且對某些離子的去除效果不夠理想；離 子交換樹脂法釆用離子交換樹脂將溶于水中的離子交換到樹脂中，以此去除或 者回收重金屬離子，但離子交換樹脂價格較貴，再生需消耗大量藥劑；吸附法 己廣泛應(yīng)用于重金屬離子的去除，但吸附法僅將重金屬離子從液相轉(zhuǎn)移到固相 中，且吸附劑需再生；生物法利用微生物在生長過程中對某些重金屬的富集來 達(dá)到將其從水中去除的目的，但生物法需要進(jìn)行生物的引種、培養(yǎng)以及營養(yǎng)物 質(zhì)補(bǔ)給，運(yùn)行操作不便，并且當(dāng)重金屬離子濃度較高時，會對生物產(chǎn)生毒副作
3用，引起生物反應(yīng)效率降低甚至失效。
由此可見，現(xiàn)有的去除水中重金屬離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屬離子的方法，已受到國內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有去除水中重金屬離子方法存在的局限性，提出 一種陽離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器分離去除水中重金屬離子的方法，該方法具有分 離去除水中重金屬離子效果好、能耗低、無二次污染、處理成本低、操作簡單 方便、便于成套化制作等優(yōu)點。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述陽離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器分離去除水中重金屬 離子的方法為
參見圖l，設(shè)置給體池l、受體池2和化學(xué)反應(yīng)室4，給體池1與受體池2 相鄰設(shè)置并用陽離子交換膜3隔開(即所述陽離子交換膜3為給體池1與受體 池2的一側(cè)公共池壁)，所述化學(xué)反應(yīng)室4由反應(yīng)池5和沉淀池6組成，反應(yīng)池 5中溶液溢流進(jìn)入沉淀池6;受體池2出水口經(jīng)連通管與反應(yīng)池5進(jìn)水口相連接， 沉淀池6上清液經(jīng)另一連通管與受體池2進(jìn)水口相連接；
參見圖2，給體池1連續(xù)流入原水和連續(xù)流出處理水，受體池2連續(xù)流入 補(bǔ)償離子溶液和連續(xù)出水；原水含有待去除的重金屬離子，補(bǔ)償離子溶液含有 濃度遠(yuǎn)高于待去除重金屬離子濃度的補(bǔ)償離子(一般為K+或Na+)，對給體池1 和受體池2中的溶液實施連續(xù)攪動；由于陽離子交換膜3兩側(cè)存在化學(xué)電勢差， 根據(jù)Donmm dialysis (唐南分離)原理，利用陽離子交換膜3的選擇透過性， 給體池1中待去除的重金屬離子在不外加膜壓或電場的條件下通過陽離子交換 膜3而進(jìn)入受體池2中，實現(xiàn)待去除重金屬離子從給體池溶液中的分離；隨之，受體池溶液經(jīng)所述連通管進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)室4的反應(yīng)池5，通過向該 反應(yīng)池中投加相應(yīng)化學(xué)藥劑(如氫氧化鉀、碳酸鉀或硫化鉀等)，使所述待去除
的重金屬離子形成低溶解度的鹽，反應(yīng)池5中溶液溢流至沉淀池6實現(xiàn)固液分
離。沉淀池6底部間歇排泥，以便進(jìn)一步處理；
沉淀池6中經(jīng)化學(xué)沉淀處理后的溶液(上清液)經(jīng)另一連通管回流至受體 池2中循環(huán)使用，以減少補(bǔ)償離子溶液的消耗。
本發(fā)明中，由于待去除的重金屬離子通過陽離子交換膜進(jìn)入受體池是在不 外加膜壓或電場的條件下進(jìn)行的，因此能耗低；反應(yīng)池中添加的化學(xué)藥劑不會 與給體池溶液相接觸，有效地防止二次污染；經(jīng)化學(xué)沉淀處理后的溶液回流至 受體池中循環(huán)使用，減少補(bǔ)償離子溶液的消耗，使處理成本降低。
由以上可知，本發(fā)明為陽離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器分離去除水中重金屬離子 的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有能耗低、無二次污染、處理成本低、操作簡單 方便、便于成套化制作等優(yōu)點。 、..


圖1為本發(fā)明一種實施例的陽離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器基本構(gòu)成示意圖2為給體池和受體池溶液中陽離子交換的原理圖。
在圖中
l一給體池， 2—受體池，3—陽離子交換膜，
4一化學(xué)反應(yīng)室，5—反應(yīng)池，6—沉淀池。
具體實施例方式
參見圖1至圖2，本發(fā)明的方法包括
參見圖1，設(shè)置給體池1、受體池2和化學(xué)反應(yīng)室4，給體池1與受體池2相鄰設(shè)置并用陽離子交換膜3隔開(即所述陽離子交換膜3為給體池1與受體
池2的一側(cè)公共池壁)，所述化學(xué)反應(yīng)室4由反應(yīng)池5和沉淀池6組成，反應(yīng)池 5中溶液溢流進(jìn)入沉淀池6;受體池2出水口經(jīng)連通管與反應(yīng)池5進(jìn)水口相連接， 沉淀池6上清液經(jīng)另一連通管與受體池2進(jìn)水口相連接；
參見圖2，以銅離子的分離去除為例，給體池1 一端連續(xù)進(jìn)入含待去除銅 離子的原水，另一端連續(xù)排出處理水；緩佐池2連續(xù)進(jìn)入濃度遠(yuǎn)高于待去除銅 離子濃度的補(bǔ)償離子溶液(KCl溶液或NaCl溶液)；對給體池和受體池中的溶 液實施連續(xù)攪動。在化學(xué)電勢差的驅(qū)動下，給體池l溶液中的銅離子通過陽離 子交換膜3進(jìn)入受體池2，然后流入化學(xué)反應(yīng)室4中的反應(yīng)池5 (化學(xué)反應(yīng)室4 由反應(yīng)池5和沉淀池6組成)；在反應(yīng)池5中加入氫氧化鉀，使銅離子變成氫氧 化銅沉淀，反應(yīng)池5中溶液溢流入沉淀f' 6、實現(xiàn)固液分離；沉淀池6中的上清 液(仍含有較高濃度的補(bǔ)償離子，但基本不含銅離子)回流至受體池2中循環(huán) 使用。實驗結(jié)果表明，當(dāng)原水中銅離子濃度為10mg/L左右時，通過調(diào)整進(jìn)水 流量和補(bǔ)償離子濃度，在離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器運(yùn)行6小時后，給體池l出水 水質(zhì)穩(wěn)定，銅離子去除率達(dá)到75%-80%。
權(quán)利要求
1、一種陽離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器分離去除水中重金屬離子的方法，其特征是，該方法包括(1)設(shè)置給體池、受體池和化學(xué)反應(yīng)室，給體池與受體池相鄰設(shè)置并用陽離子交換膜隔開，所述化學(xué)反應(yīng)室由反應(yīng)池和沉淀池組成，反應(yīng)池中溶液溢流進(jìn)入沉淀池；受體池出水口經(jīng)連通管與反應(yīng)池進(jìn)水口相連接，沉淀池上清液經(jīng)另一連通管與受體池進(jìn)水口相連接；(2)給體池連續(xù)流入原水和連續(xù)流出處理水，受體池連續(xù)流入補(bǔ)償離子溶液和連續(xù)出水；原水含有待去除的重金屬離子，補(bǔ)償離子溶液含有濃度遠(yuǎn)高于待去除重金屬離子濃度的補(bǔ)償離子，對給體池和受體池中的溶液實施連續(xù)攪動；利用陽離子交換膜的選擇透過性，使給體池溶液中待去除的重金屬離子通過陽離子交換膜而進(jìn)入受體池中，實現(xiàn)重金屬離子的分離；(3)受體池出水經(jīng)所述連通管進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)室的反應(yīng)池，通過向該反應(yīng)池中投加相應(yīng)化學(xué)藥劑，使所述重金屬離子形成低溶解度的鹽，反應(yīng)池中溶液溢流至沉淀池實現(xiàn)固液分離；沉淀池底部間歇排泥，以便進(jìn)一步處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器分離去除水中重金屬 離子的方法，其特征是，所述沉淀池中經(jīng)化學(xué)沉淀處理后的溶液經(jīng)另一連通管 回流至受體池中循環(huán)使用。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子父換膜化學(xué)反應(yīng)器分離去除水中重金屬 離子的方法，其特征是，所述補(bǔ)償離子溶液為含KCl或NaCl溶液。
全文摘要
一種陽離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器分離去除水中重金屬離子的方法，它利用陽離子交換膜的選擇透過性，使給體池中待處理的重金屬離子在不外加膜壓或電場的條件下通過陽離子交換膜而進(jìn)入受體池中，然后流入化學(xué)反應(yīng)室，經(jīng)化學(xué)沉淀后，實現(xiàn)將水中待處理的重金屬離子分離去除的目的，沉淀池上清液回流至受體池中循環(huán)使用。該方法是在不外加膜壓或電場的條件下進(jìn)行的，能耗低；加入的化學(xué)藥劑未與給體池溶液相接觸，有效地防止二次污染；補(bǔ)償離子溶液循環(huán)使用，減少了藥劑的消耗，處理成本低；此外，該方法還具有分離去除水中重金屬離子效果好、操作簡單方便、便于成套化制作等優(yōu)點。
文檔編號C02F9/04GK101481185SQ20091004272
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者偉 張, 周 施, 謝德華, 陳世洋 申請人:湖南大學(xué)