扩散渗析法处理树脂含氟脱附液的应用研究

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水体氟污染会严重威胁人类健康,含氟废水提标减排治理技术是水污染控制领域的热点之一。近期研究表明,基于纳米复合树脂的吸附分离深度处理技术成为实现含氟废水提标减排的有效手段。但是,纳米复合树脂再生所产生的脱附液存在污染物浓度高、可生化性差、直接处置浪费资源等问题。本论文利用扩散渗析技术开展树脂含氟脱附液的资源化分离和回用研究,考察了膜种类、温度、渗析时间、搅拌速度及渗析液浓度等因素对树脂脱附液分离和回用性能的影响,优化了动态扩散渗析装置的工艺参数,论证了树脂吸附-扩散渗析联合工艺实现含氟废水提标减排的工程化可行性,并为类似树脂碱性脱附液的资源化分离回用提供一定的理论依据和应用参考。研究结果表明,扩散渗析法分离回用树脂含氟碱性脱附液具有工程化可行性,而分离回用树脂含氟高盐脱附液的性能有待加强,并由此提出纳米复合树脂脱附剂由碱溶液替换盐碱溶液的工艺参数指导建议。静态扩散渗析实验表明:含水率高、厚度小、膜内间隙区大的离子交换膜分离回用树脂脱附液的性能优异,其中分离回用碱性脱附液的最佳膜材料为聚乙烯阳离子交换膜(LF),分离回用高盐脱附液的最佳膜材料为聚醚砜阳离子交换膜(TWDDC);温度通过改变溶液粘度、离子淌度及膜边界层等参数影响脱附液的分离回用,高温有利于增强脱附液的回用性能但对分离性能无影响,考虑工业应用成本,最佳运行温度为25℃;渗析时间不同时,膜两侧浓差会发生变化,导致传质推动力改变,影响脱附液的分离回用性能,而渗析时间对OH-的扩散影响较大,对F-和Cl-的扩散基本无影响;搅拌速度会影响膜边界层和膜吸附离子的过程,且针对不同体系的影响效果不同,碱性脱附液的最佳搅拌速度为300r/min,高盐脱附液的最佳搅拌速度为200r/min;渗析液浓度不同直接导致传质推动力改变,结果表明渗析液离子浓度增大,回收性能增强,且渗析液中单一组分的变化对其他组分的扩散无影响。动态扩散渗析装置的最佳运行参数是原料液流量为0.6L/h、原料液和接受液流量比为1:1,此时碱回收效率达45%。电辅助强化实验表明,外加弱电场可强化离子扩散性能,但工程化实际应用技术还有待开发。柱吸附-扩散渗析联合工艺实验表明,扩散渗析处理后的树脂含氟碱性脱附液作为再生剂回用对树脂吸附性能影响较小。此外,为进一步论证树脂吸附-扩散渗析联合工艺的工程化应用价值,本论文针对海太半导体有限公司的含氟出水进行深度处理小试实验和方案设计,具体内容包括土建、设备和工艺等,并对工程建设总投资、运行成本和回收效益进行估算。估算结果表明,树脂吸附-扩散渗析联合工艺的工程建设总投资为1340.95万元,其中扩散渗析工艺的主要投资为465.08万元;利用扩散渗析器回收树脂脱附液后,每年可节约249.11万元,使联合工艺每年直接运行费用降低为424.86万元,充分说明联合工艺具有较高的经济价值。
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