壳聚糖络合陶瓷膜耦合技术处理含铅废水

铅在自然界中无法被降解，含铅废水如未有效处理极易造成铅的转移和积累，从而对环境和生物产生严重危害[1-2]。含铅废水主要来源于铅冶炼、蓄电池、电镀等涉铅行业废水的排放。目前处理含铅废水的主要方法有化学沉淀法、吸附法、植物修复法和离子交换法等[3-7]。但受到技术和经济等因素制约，还存在诸多不足之处。沉淀法和吸附法处理高含量废水效果很好但对低含量铅废水效果不佳，植物法处理效果好但处理周期较长，离子交换处理效果很好但处理成本很高。络合-过滤耦合技术于1980年提出，并有很多学者在此领域做了研究，在Pb2+的络合-过滤处理方面也取得了长足的进步[8-9]。但多采用有机过滤膜，而有机膜易受污染和膜恢复较差等缺点制约其广泛应用[10]。无机陶瓷膜具有耐酸碱、抗腐蚀、抗污染，膜通量较大、易清洗等优点，已在众多行业取得应用，运行效果很好[11-13]。本研究以壳聚糖为络合剂对溶液中的Pb2+进行络合，然后采用陶瓷膜过滤分离络合物，考察了壳聚糖与Pb2+络合时间、溶液pH、壳聚糖与Pb2+质量比（装载比M/P）、运行压力、溶液离子强度、陶瓷膜过滤时间、溶液浓缩倍数及再生壳聚糖等对Pb2+截留率的影响，同时也考察了运行压力、过滤时间及浓缩倍数对膜通量的影响，旨在确定壳聚糖络合-陶瓷膜耦合处理Pb2+的适宜工艺参数，为相关研究和应用提供参考。1材料与方法1.1实验材料氧化锆陶瓷膜，膜孔径200nm，19膜孔，膜面积0.12m2；壳聚糖，相对分子质量100×103～300×103；Pb(NO3)2、NaOH、HNO3、NaCl、Na2SO4、Ca(NO3)2，分析纯。SevenEasypH计，测量溶液pH；IKA磁力搅拌器；Z-2000原子吸收分光光度计，测量Pb2+含量。1.2实验设备实验采用错流式陶瓷膜分离装置，型号为CeraMem0100。加压泵电机功率1.5kW，允许最大操作pH为0～14，允许最大操作压力0.5MPa，操作温度10～60℃。实验装置如图1所示。1.3实验方法用Pb(NO3)2配置Pb2+的质量浓度为10mg/L溶液，加入适量的壳聚糖，用2mol/L的NaOH溶液和质量分数20%的HNO3溶液调节pH，充分搅拌使其完全络合后在25℃进行络合-陶瓷膜实验，透过液和浓缩液均回流至料桶中循环，设备稳定运行后收集透过液。浓缩后的水样调节pH到1.5左右进行恒容过滤解络回收壳聚糖，回收的壳聚糖再进行络壳聚糖络合－陶瓷膜耦合技术处理含铅废水江程斌1，2，刘景洋2，张岩峰3，马万里3，张建强1，孙晓明2（1.西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川成都610000；2.中国环境科学研究院国家环境保护生态工业重点实验室，北京100012；3.国电沈阳热电有限公司，辽宁沈阳110142）摘要：以壳聚糖为络合剂，采用孔径为200nm的陶瓷膜处理去除溶液中Pb2+。结果表明，溶液pH、壳聚糖与Pb2+质量比（装载比M/P）是影响Pb2+截留率的决定因素。当pH为6.5、M/P为10、运行压力为0.2MPa的优化条件下，Pb2+截留率达到100%，且具有很高的膜通量；溶液离子强度、Ca2+含量的增加均不利于Pb2+的截留；对运行浓缩的壳聚糖-铅溶液进行酸化解络并全倍数过滤回收壳聚糖溶液，回收的壳聚糖溶液对Pb2+能达到98%的截留率。关键词：含铅废水；壳聚糖；络合；陶瓷膜中图分类号：TQ028.8；X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2015)07-0076-004收稿日期：2014-12-05基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07202-001）作者简介：江程斌（1990－），男，硕士研究生，研究方向为水污染控制与废水资源化；联系电话：18146501817；电子邮件：jcb9966@163.com联系作者：孙晓明，副研究员；电子邮件：sunxm52@126.com第41卷第7期2015年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.41No.7Jul.,201576图1实验流程Fig.1Schematicdiagramofexperiment合实验，采用再生壳聚糖重复上述实验，考察Pb2+截留率。渗过液中的Pb2+含量采用原子吸收分光光度计测量。2结果与讨论2.1pH和M/P对截留率的影响为了保证Pb2+与壳聚糖均匀混合并完全络合，在水样中投加壳聚糖后需对料液进行搅拌。前期实验研究表明，水样在600r/min转速下搅拌20min，可保证Pb2+与壳聚糖完全络合，后续实验均在此条件下进行。图2表示不同M/P和pH时Pb2+的截留率R，实验在浓水体积流量为60L/(m2·h)、操作压力0.2MPa下进行。由图2可知，M/P和pH对Pb2+的截留率均有影响，其中pH的影响更为显著