化学计量学辅助连续电富集在线监测重金属离子技术研究

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重金属废水属于对环境危害极大的一类污染物,在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移,造成危害。开发快速、稳定、高效的重金属离子富集、监测技术对重金属污染的防护与治理具有重要意义。连续电富集(Continuous Electrical Ion Enrichment,CEIE)技术是电去离子(Electrodeionization,EDI)技术的一种变换,现已有一些研究者用EDI处理包括Cu2+、Ni2+、Pb2+在内的重金属废水,并取得了良好效果。与紫外-可见分光光度法相结合的CEIE技术有望成为一种全新的高效、稳定、环境友好型的重金属废水深度脱除、浓缩富集和在线监测技术。  本文采用一级一段,淡化室填充离子交换纤维的CEIE膜堆,考察在CEIE过程中电流、pH对Cu2+富集能力的影响。在实验条件下,实现了CEIE技术对Cu2+的富集浓缩,富集后的Cu2+浓度达到了紫外-可见分光光度法检测限。在原溶液为0.05mg/L时,富集倍数可达20倍以上,可以实现对铜离子的富集和检测过程;淡水出水的电阻率均保持在2MΩ·cm以上,实现了对铜离子的深度脱除。在浓水和电极水均保持pH≦2时,浓缩室中H+浓度高,未达到Cu(OH)2和CuO沉淀的生成条件,有效的避免了沉淀的生成。连续运转4个月后,浓缩室以及淡化室附近阳离子交换膜内部均无沉淀生成,且富集倍数均在15倍以上。  在原水流量为10L/h、浓度为0.05mg/L,浓水为1.62L/h、pH≦2,电极水为1.56L/h、pH≦2时,在电流为300mA时,浓水富集倍数为15倍。  利用化学计量学方法可以从混合复杂光谱图中找到各个组分的浓度含量。通过偏最小二乘法和人工神经网络法的建模方法与紫外-可见分光光度法相结合对铜、铬、镍、钴四种离子进行预测。结果表明,对于四种金属离子的相关系数r及r在0.9899-0.9999之间,数据相关性明显。因此,利用人工神经网络方法可以同时测量废水中混合重金属含量。  因此,利用CEIE技术和紫外-可见分管光度法相结合,可以对废水中重金属实现富集浓缩和在线监测过程,并且在长时间的运转过程中有效的防止膜堆中结垢。
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