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高鹽廢水處理電滲析和反滲透耦合技術(shù)

       高鹽廢水的成分復(fù)雜、污染物較多,若不經(jīng)處理直接排放,對人體健康及周圍環(huán)境將造成極大危害。目前,處理處理高鹽廢水的主要方法有院電化學(xué)、膜分離技術(shù)、蒸發(fā)法及離子交換技術(shù)、生物法以及不同耦合技術(shù)。電滲析耦合反滲透(ED-RO)技術(shù)在占地、投資和能耗等方面具有巨大優(yōu)勢,將其用于對高鹽廢水的處理,符合當(dāng)前化工企業(yè)實現(xiàn)野清潔生產(chǎn)冶的需求。
       在遼寧葫蘆島某化工廠原有生化處理工藝的基礎(chǔ)上,此技術(shù)采用以高效電滲析裝置為核心的ED-RO工藝,開發(fā)適用于化工行業(yè)高鹽水的資源化回收利用新技術(shù),以期為實現(xiàn)化工行業(yè)野清潔生產(chǎn)冶提供參考。

 

 

       1、實驗部分

       實驗所用原水為氯醇法環(huán)氧丙烷裝置工藝出水,pH為6.5,含鹽量約為51.2g/L,鹽型為氯化鈉,鈣離子、鎂離子、懸浮物含量分別為46.49、6.62、225.4mg/L。
       本研究預(yù)處理系統(tǒng)采用管式微濾膜(TMF)與樹脂吸附技術(shù)。TMF選用美國POREX公司生產(chǎn)的MME3005601VP管式微濾膜膜裝置,膜元件數(shù)量為24支,總膜面積3.36m2,過濾孔徑0.05μm;樹脂采用天津允開001×7型弱酸性陽離子交換樹脂,裝置尺寸D300mm×1650mm,樹脂填充量60L。電滲析裝置為兩級,選用鈦涂釕電極,隔板厚度1mm,日本astom單價離子膜,每級膜面積均為30m2,極室與濃縮室均配有在線pH儀,控制加酸計量泵,維持其正常pH范圍;反滲透裝置選用陶氏反滲透膜SW30HRLE-4040,6芯一級串聯(lián)排列,采用南方泵業(yè)輕型立式多級離心泵CDLF1-36為反滲透進水泵。

 

       1.1 實驗流程

       實驗流程如圖1所示。

       原水依次泵入TMF、樹脂裝置后,分別去除懸浮物及鈣、鎂等雜質(zhì)離子后作為一級ED原水,一級ED產(chǎn)生的脫鹽水和濃縮液分別作為RO進水和二級ED進水。二級ED產(chǎn)生的濃縮液進入氯堿工序,二級ED產(chǎn)生的脫鹽水進入臭氧氧化裝置,最終返回原水箱。RO濃縮液經(jīng)臭氧氧化后返回原水桶,RO產(chǎn)生的淡水可工廠回用等。ED-RO系統(tǒng)啟動時,極水是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的硫酸鈉溶液,濃縮室、脫鹽室和電極室經(jīng)離心泵獨立循環(huán)流動。為得到純度更高的NaCl,ED系統(tǒng)膜片采用單價離子膜。

 

       1.2 分析方法

       鈣、鎂采用EDTA自動點位滴定法,TOC采用德國Elementar vario TOC總有機碳分析儀測定,TDS按照《工業(yè)用化學(xué)品具有高溶解性的固體和液體水溶性測定》(GB/T27841-2011)中規(guī)定的方法進行測定。

 

 

       2、結(jié)果與討論

 

       2.1 預(yù)處理流程

       原水中的Ca2+、Mg2+、懸浮物經(jīng)預(yù)處理后分別由46.49、6.62、225.4mg/L降至0.02、0.0014、0.23mg/L,達到后續(xù)進膜水質(zhì)要求,減少膜結(jié)垢的風(fēng)險,延長膜運行周期,并大大節(jié)約了系統(tǒng)運行成本。

 

       2.2 電滲析濃縮過程

       2.2.1 電壓對電滲析濃縮過程的影響

       考察了電壓對電滲析濃縮的影響,電壓設(shè)定為35、40、45、50、55V,兩級電滲析補水流量均設(shè)為500L/h,各室循環(huán)流量2500L/h,運行參數(shù)穩(wěn)定后,開始取樣,結(jié)果見圖2。

       與二級電滲析相比,一級電滲析處理難度較低,因此重點分析二級電滲析出水水質(zhì)。由圖2可知,隨著電壓的升高,二級電滲析濃縮液含鹽量和硬度逐漸增高,脫鹽水含鹽量逐漸降低。這主要是因為隨著電壓升高,電場力增加,離子遷移速率提高,濃縮液含鹽量逐漸上升,但隨著電壓升高,濃縮液含鹽量的增幅逐漸減低,原因主要有三院一是隨著電壓的升高,穩(wěn)定電流逐漸升高,各室的產(chǎn)熱反應(yīng)上升;二是隨著濃縮液和脫鹽水含鹽量差逐漸加大,ED膜的滲透壓逐漸升高,電場力需要克服的阻力提高,電遷移效果減弱;三是隨著ED膜兩側(cè)的滲透壓差增大,存在部分水遷移至濃室現(xiàn)象。單價離子膜對于二價離子無法實現(xiàn)完全截留,導(dǎo)致二級濃縮液中鈣鎂含量(相應(yīng)提高。綜合考慮,當(dāng)電壓達到50V時,為最佳實驗操作條件,二級電滲析濃室鹽質(zhì)量濃度達到185.32g/L,鈣、鎂質(zhì)量濃度分別為74.87、4.2μg/L,懸浮物質(zhì)量濃度為0.73mg/L,通過補加氯化鈉,達到企業(yè)一級精制鹽水標(biāo)準(zhǔn),可用于氯堿工業(yè);一級電滲析淡水鹽質(zhì)量濃度為24.8g/L。

       2.2.2 補水流量對電滲析濃縮的影響

       考察了補水流量對電滲析濃縮的影響,補水流量設(shè)定為300、400、500、600、700L/h,兩級電滲析電壓均設(shè)為50V,各室循環(huán)流量2500L/h,運行參數(shù)穩(wěn)定后,開始取樣,結(jié)果見圖3。

       由圖3可知,電壓設(shè)定為50V,隨著補水流量的增加,系統(tǒng)穩(wěn)定后二級電滲析濃縮液含鹽量和鈣鎂濃度基本保持不變,但有微弱提升,一級電滲析脫鹽水鈣、鎂及含鹽量均逐漸上升。這主要是因為電壓不變,單位時間離子遷移數(shù)量保持不變,濃縮液的含鹽量保持不變,脫鹽水的含鹽量上升。但隨著脫鹽水含鹽量上升,淡室電阻減小,膜兩側(cè)滲透壓差降低,電遷移速率微弱增加,濃縮液的含鹽量隨即上升。綜合考慮,最佳補水流量為500L/h,得到鈣、鎂質(zhì)量濃度分別為3.4、0.4μg/L,懸浮物質(zhì)量濃度為0.73mg/L,鹽質(zhì)量濃度為25g/L的一級淡水,將其作為原水,進入反滲透單元中。

 

       2.3 反滲透濃縮過程

       2.3.1 回收率對反滲透濃縮的影響

       保持進水pH為6.5,進水流量為500L/h,投加3mg/L的THY-142型有機膦阻垢劑,考察了回收率對RO濃縮液TDS的影響,回收率設(shè)定為40%、45%、50%、55%、60%,運行參數(shù)穩(wěn)定后,開始取樣,結(jié)果見圖4。

       由圖4可知,進水流量一定,隨著回收率的升高,RO濃水TDS(隨之增加,但運行壓強(會相應(yīng)增加,導(dǎo)致系統(tǒng)能耗上升,當(dāng)回收率為50%,壓強達到3.8MPa,RO濃水含鹽量達到51.3g/L,鈣、鎂質(zhì)量濃度分別為1.2、0.1μg/L,懸浮物質(zhì)量濃度為0.04mg/L,反滲透膜可有效截流鈣、鎂及懸浮物雜質(zhì),濃水含鹽量與原水水質(zhì)含鹽量相似,可回至原水箱內(nèi)。

       2.3.2 進水流量對反滲透濃縮液TDS的影響

       保持進水pH為6.5,投加3mg/L的THY-142型阻垢劑,回收率50%,考察了進水流量對RO濃縮液TDS的影響,設(shè)定進水流量為300、400、500、600、700L/h,回收率設(shè)為50%,運行參數(shù)穩(wěn)定后,開始取樣,結(jié)果見圖5。

       由圖5所示,回收率一定,隨著進水流量的升高,RO濃水TDS含量隨之增加。原因可能為,隨著進水流量的升高,進膜壓強上升,反滲透膜產(chǎn)生壓密效應(yīng),導(dǎo)致濃水TDS與進水流量呈正相關(guān)。進水流量為500L/h時,反滲透運行壓強達到3.8MPa,RO濃水TDS達到51.2g/L,淡水TDS為10mg/L,TOC為0,達到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002),可回用于工廠中水系統(tǒng)。

 

       2.4 長周期運行實驗

       長周期運行實驗結(jié)果見圖6。

       由圖6可知,通過長周期運行實驗,進水pH保持為6.5,電滲析操作電壓為50V,補水流量500L/h,各室循環(huán)流量2500L/h,當(dāng)運行時間達到70d左右時,交換膜的表面或內(nèi)部被堵塞,引起膜電阻增大,使隔室水流阻力升高,濃水含鹽量降低,采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的檸檬酸和0.1%的氫氧化鈉進行化學(xué)清洗,膜性能可恢復(fù)至正常值的98.5%。反滲透運行壓強保持為3.8MPa,壓降為0.24MPa,投加3mg/L的THY-142型阻垢劑,當(dāng)運行時間達到60d左右時,反滲透系統(tǒng)壓差明顯升高,產(chǎn)量降低,采用pH=12的氫氧化鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的過氧化氫/過乙酸進行化學(xué)清洗,膜性能可恢復(fù)至正常值的97%,由于反滲透進水為高鹽廢水,回收率達到50%,對膜壽命會造成一定的影響。

 

 

       3、結(jié)論

       原水經(jīng)TMF及樹脂吸附預(yù)處理后,在電壓50V,補水流量500L/h,各室循環(huán)流量2500L/h操作條件下,經(jīng)電滲析濃縮,得到二級濃縮液含鹽量達到185.32g/L,鈣、鎂質(zhì)量濃度分別為74.87、4.2μg/L,懸浮物質(zhì)量濃度為0.73mg/L,通過補加氯化鈉,達到企業(yè)一級精制鹽水標(biāo)準(zhǔn),可用于氯堿工業(yè);得到鹽質(zhì)量濃度25g/L,鈣、鎂質(zhì)量濃度分別為3.4、0.4μg/L,懸浮物質(zhì)量濃度為0.73mg/L的脫鹽水,經(jīng)回收率為50%的反滲透處理,得到TDS為10mg/L、不含TOC的淡水,達到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)要求,可回用于工廠中水系統(tǒng),反滲透濃縮液與二級電滲析脫鹽水各組分與原水相似,可返回原水箱。本研究實現(xiàn)高鹽廢水的資源化利用,并為實際工程的設(shè)計提供技術(shù)參考。

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