全膜法高纯水制备过程中反渗透浓水再利用过程的探索研究
随着反渗透技术的日臻成熟,其应用范围涉及海水淡化、废水处理、锅炉用水等领域。作为一项新兴的技术,其具备经济高效,操作简单,清洁环保,易于自动化等其它传统技术不可比拟的优势,然而大量反渗透浓水的产生是制约其发展的弊端。目前,反渗透系统的回收率在45~80％,若将剩余浓水直接排放,无疑是对水资源的巨大浪费,同时还会给当地环境带来一定的危害。浓水作为一种资源,因地制宜地利用它,可以达到以废制废,变废为宝,节约能源,保护环境的目的。 与反渗透进水相比,浓水中除了浓度增大其他物质的种类基本没有变化,主要包含大量的Na+,Cl-等离子及少量的小分子有机物。若反渗透膜的回收率为75%,则浓水中污染物浓度大约是进水中污染物浓度的4倍。因此,反渗透浓水回用系统面临的主要问题就是降低溶液中的离子含量。电渗析法是一种电驱动膜分离技术,在直流电场作用下,利用离子交换膜对溶液中电解质离子的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的淡化、浓缩、精制、或纯化的目的。因此,其特别适合脱除反渗透浓水中的离子。 东营市港城热力有限公司以自来水为水源采用全膜法水处理技术制备超纯水,即“多介质过滤+超滤+反渗透+混床”的工艺设计。其中,反渗透系统的进水电导率为1100μs/cm左右,处理后浓水电导率在3500μs/cm左右,反渗透系统的总回收率70%左右,意味着有30%的水量作为废水排出,不但造成的水资源的浪费,而且还需要向水处理公司交付一笔污水处理费用。为了实现整个工艺的经济高效稳定运行,本论文拟通过电渗析技术实现反渗透浓缩水的再利用。 采用电渗析处理反渗透浓水的最大问题,是结垢及电渗析设备本身的浓差极化现象。考虑到现有实验条件,本实验过程中分别采用“预处理+电渗析”和“实时调节浓水室pH的电渗析”两种方法处理反渗透浓水。研究结果表明: (1)采用碳酸钠作为预处理药剂,可以完全去除溶液中的钙离子,避免后续处理过程中膜表面结垢的影响。研究结果表明:碳酸钠投加量为10mmol/L时,对Ca2+的脱除率在98%以上。此外,投加碳酸钠10mmol/L时,最佳反应时间为20min,操作温度为30℃时,过程处理效果很好,搅拌速度为100r/min时,钙的去除率可以达到98.5%以上,继续增加搅拌速率对实验结果的影响不大。因此,加入碳酸钙药剂处理反渗透浓水中的钙离子的最佳反应条件为:碳酸钠加药量10mmol/L,实验温度30℃,操作时间20min,搅拌速度100r/min。 (2)实验结果表明“预处理+电渗析”的处理工艺可以成功的将反渗透浓水中的离子脱除。电压为30V,淡水室、浓水室和极水室料液流量均为15L/h的实验条件下,电流密度随电压的变化曲线表明:实验过程的极限电压为45V。在实验考察的条件中,均可以在30min内成功的将浓水中的电导率从3500μs/cm降到1100μs/cm。且20V,15L/h的实验条件下,在保证出水水质要求的前提下,膜组件能耗最低。 (3)通过方案1(淡水室和浓水室均通入反渗透浓水),方案2(淡水室和浓水室均通入碳酸钠预处理后的反渗透浓水)和方案3(淡水室和浓水室也均通入反渗透浓水,同时实时调节浓水室pH值在5.5左右)的对比研究,探讨了不同处理过程中电渗析对反渗透浓水的处理情况。结果表明,采用方案2和方案3均可以保证电渗析设备的稳定运行。采用方案2时,阳离子去除率之间的规律为:Mg2+>K+≈Na+。采用方案3时,阳离子去除率之间的规律为:Ca2+>Mg2+>K+>Na+。两种方案过程中阴离子去除率之间的规律均为:NO3->Cl->SO42-。
反渗透浓水;再利用系统;超纯水;全膜法水处理技术
中国海洋大学
硕士
高学理
2014
中文
P747.5
55
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）