电吸附技术在反渗透浓水处理中的应用

电吸附技术在反渗透浓水处理中的应用

0反渗透浓排水处理该渗透技术在火力发电厂的锅炉中广泛应用，是全膜法或双膜法过程的重要组成部分。此外，这也是用于食品制备、海水淡化、废水深度回用、电子产业高纯水制备等领域的最重要技术。然而反渗透技术在获得除盐水的同时也产生了相当数量的浓废水。基于环保要求及电厂零排放的目的，反渗透浓排水处理成为当前水处理的一项重要内容电容吸附技术是一种新兴的、环保的脱盐技术，技术上、经济上可行，模块化装置可以灵活设置，并且避免了传统脱盐技术能耗高，材料需要酸碱再生的缺点；电吸附过程中阴阳离子各自向不同电极迁移，累积后没有交集，避免了系统结垢问题，是一种有潜力又期待发展成熟的水处理技术本文通过现场中试，研究电容膜吸附技术在电厂反渗透浓水回用处理应用的可行性，为电厂反渗透浓盐水处理、回用及资源化利用提供参考，并期望达到降低设备投资、降低运行成本的目的。1水质及工艺流程本课题项目所用中试试验装置为采购的商业化电容去离子中试设备。中试装置采用连续进水，连续出水的方式运行。试验用水为涿州京源热电有限公司锅炉补给水反渗透浓水，试验水质如表1所示。试验过程中主要调节设备操作电流、进水流量和处理时间，在预处理和吸附净化阶段，浓水中的离子和带电粒子被吸附在电吸附模块的电极板上；排污阶段通过改变电流方向，使吸附在电极板上的各种离子和带电粒子被解析排放。中试试验流程如图1所示。2试验结果及分析2.1预处理+吸附净化电吸附装置运行周期为420s，其中预处理时间60s，吸附时间210s，排污再生时间为150s；进水流速控制并稳定在26L/min；操作电流设置为36A，出水电导率与工作时间的关系如图2所示。由图2可以看出，在预处理和吸附净化这两个阶段，出水电导率持续下降，吸附阶段电导率由进水的2130μs/cm降至1000μs/cm左右，处理效果显著；在吸附净化阶段的末段，装置出水电导率达到并保持在最低值附近。排污再生阶段电导率提升迅速，说明电极得到有效再生。2.2操作电流的影响在预处理时间60S，吸附时间210S，排污再生时间为150S，得水率50%，进水流速控制并稳定在26L/min的前提下，改变操作电流（32A、33A、34A、35A、36A、37A、38A）以考察操作电流对运行效果的影响。设置任一固定操作电流后，保持电吸附装置在此电流下连续运行若干个周期，期间不改变其它操作条件。热网补给水反渗透浓水经电吸附中试装置处理后的出水电导率变化、Ca由图3可知，热网补给水反渗透浓水经电吸附中试装置处理后的出水电导率随着操作电流的增加而逐渐减少，电导率去除率逐渐增大。操作电流由32A增加至36A时，出水电导率降低速度明显优于操作电流36～38A阶段，说明当操作电流达到一定值后，继续增大操作电流的数值，电导率仍然在下降，但是除盐效果增幅并不明显，没有经济价值；所以工程设备实际运行时需要优化操作电流。2.3电流稳定试验改变进水流速（20L/min、22L/min、24L/min、26L/min、28L/min、30L/min），通过试验考察流速对出水水质的影响。操作电流控制并稳定在36A，其它条件不变，试验结果如图4所示。通过图4可以看出，热网补给水反渗透浓水经电吸附中试装置处理后的出水电导率随着进水流速的增加而逐渐增大，电导率去除率逐渐减小。在不考虑极板吸附饱和的情况下，电吸附装置对于离子的去除率与进水流速呈反比关系。分析认为，主要是因为进水流速影响水力停留时间所致。所以在工程设备实际运行过程中，需要结合产水量、产水水质的实际需求，优化运行流速，也就是优化单元设备的产水量。2.4装置出水电导率去除率实验过程中保持装置的预处理时间（60s）和吸附净化时间（210s）不变，改变再生排污时间（60s、90s、120s、150s、180s），操作电流控制并稳定在36A，，进水流速为26L/min，考察电吸附中试装置的排污再生时间对出水电导率及其去除率的影响。连续运行若干个周期，在吸附净化阶段的最后60s收集水样测定出水电导率。试验结果如图7、8所示。通过图5可以看出，热网补给水反渗透浓水经电吸附中试装置处理后的出水电导率随着装置排污再生时间的增加而逐渐减小，电导率去除率逐渐增大。电吸附装置排污再生时间越长意味着预处理与吸附净化阶段吸附在极板上的带电粒子被解析得越彻底，因此对下一周期出水电导率的影响就越小。然而排污再生时间越长，电吸附装置的得水率就越低。因此，在实际工程应用中，为保证电吸附技术处理浓盐水的经济性，应在保证浓盐水除盐效果的范围内，合理设置电吸附装置再生排污时间，力求达到经济与效果的平衡。本中试实验为保证处理热网补给水反渗透浓水的得水率不低于50%，综合除盐效果与技术经济性考虑，特选择装置排污再生时间为150s。3操作电流对离子去除效果的影响反渗透浓水的主要成分Ca操作电流对离子吸附优先级的研究根据前述研究，设置不同的操作电流（32A、33A、34A、35A、36A、37A、38A），其它操作条件保持不变，研究操作电流对Ca通过图6可以看出，热网补给水反渗透浓水经电吸附中试装置处理后，出水中钙离子浓度随着操作电流的增加而逐渐减少，钙离子去除率逐渐增大。即在一定范围内，操作电流越大热网补给水反渗透浓水中的钙离子数量减小得越多，钙离子去除效果越好。操作电流由32A增加至37A时，钙离子去除效果明显，由81mg/L降至61mg/L。当再次增加操作电流的数值至38A时，出水钙离子浓度不在随操作电流增加而减小。通过图7可以看出，随着电流的增加，出水中镁离子浓度随电流增加而下降，镁离子去除率上升。即在一定范围内，操作电流越大热网补给水反渗透浓水中的镁离子数量减小得越多，镁离子去除效果越好。操作电流由32A增加至37A时，镁离子去除效果明显，由220mg/L降至185mg/L以下。当再次增加操作电流的数值至38A时，出水镁离子浓度不在随操作电流增加而减小。通过图8可以看出，钠离子去除效果一般，特别是当操作电流较低时，钠离子去除效果较差。出水中钠离子浓度随着操作电流的增加而逐渐减少，钠离子去除率随操作电流增大而逐渐增大。即在一定范围内，操作电流越大热网补给水反渗透浓水中的钠离子数量减小得越多，钠离子去除效果越好。当操作电流达到38A时，出水中钠离子浓度为182mg/L，钠离子去除率达到37.46%。根据基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和及电解的情况下，两模型中离子去除率与操作电压（流）均呈正比，因此钠离子去除率随着操作电流的增大而增加。“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，而钠离子为一价阳离子，因此钠离子的去除效果明显劣于二价阳离子。通过基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和及电解的情况下，两模型中离子去除率与操作电压（流）均呈正比，同时“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，因此钙离子（为何只有钙离子，没有镁离子，都是2价阳离子）、镁离子去除效果较好。4离子吸附装置模型分析保持其它操作条件不变，操作电流控制并稳定在36A，改变进水流速（20L/min、22L/min、24L/min、26L/min、28L/min、30L/min），研究进水流速对Ca通过图12可以看出，首先电吸附中试装置对热网补给水反渗透浓水中的钙离子去除效果明显。出水中钙离子浓度随着进水流速的减小而逐渐减少，钙离子去除率逐渐增大。即在一定范围内，进水流速越小热网补给水反渗透浓水中的钙离子数量减小得越多，盐水中钙离子去除效果越好。进水流速由20L/min增加至30L/min的过程中，钙离子去除效果明显降低。通过基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和情况下，两模型中离子去除率与进水流速均呈反比，流速越大意味着更短的停留时间，同时也可能意味着吸附过程并不完整。同时“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，因此钙离子去除效果较好。通过图12可以看出，首先电吸附中试装置对热网补给水反渗透浓水中的镁离子去除效果明显。出水中镁离子浓度随着进水流速的减小而逐渐减少，镁离子去除率逐渐增大。即在一定范围内，进水流速越小热网补给水反渗透浓水中的镁离子数量减小得越多，盐水中镁离子去除效果越好。进水流速由20L/min增加至30L/min的过程中，镁离子去除效果明显降低。在所选进水流速梯度中，当进水流速为20L/min时，热网补给水反渗透浓水中的镁离子由236.19mg/L降低至58.76mg/L，去除效果最佳。通过基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和情况下，两模型中离子去除率与进水流速均呈反比，流速越大意味着更短的停留时间，同时也可能意味着吸附过程并不完整。同时“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，因此镁离子去除效果较好。通过图12可以看出，首先电吸附中试装置对热网补给水反渗透浓水中的钠离子去除效果一般。出水中钠离子浓度随着进水流速的减小而逐渐减少，钠离子去除率逐渐增大。即在一定范围内，进水流速越小热网补给水反渗透浓水中的钠离子数量减小得越多，盐水中钠离子去除效果越好。进水流速由20L/min增加至30L/min的过程中，钠离子去除效果明显降低。在所选进水流速梯度中，当进水流速为20L/min时，热网补给水反渗透浓水中的钠离子由291mg/L降低至145mg/L，去除效果最佳。通过基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和情况下，两模型中离子去除率与进水流速均呈反比，流速越大意味着更短的停留时间，同时也可能意味着吸附过程并不完整。“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，因此较二价阳离子，钠离子去除效果一般。5反渗透浓水/热网补给水反渗透浓水的最佳条件本节内容仍以电吸附中试装置处理热网补给水反渗透浓水实验项目为支撑，以第三章建立的“基于离子受力分析建立的吸附模型”和“基于装置电阻变化建立的吸附模型”为理论依据，探究在相同操作条件（操作电流、进水流速）下，热网补给水反渗透浓水中各主要离子吸附去除的优先顺序。由于在该实验中，热网补给水反渗透浓水所含阳离子种类较多，因此本节主要探究实验用水中Ca在各操作电流（32A、33A、34A、35A、36A、37A、38A）下，热网补给水反渗透浓水中Ca2+,Mg6反渗透+电吸附法(1）利用电吸附中试装置对热网补给水反渗透浓水以连续进水、连续出水的方式进行脱盐处理，在预处理时间60s，吸附时间210s，排污再生时间为150s，进水流速26L/min，操作电流36A的条件下，连续工作电吸附中试装置出水电导率稳定；(2）研究结果表明，出水电导率随操作电流的增大逐渐减小；在操作电流为38A时电导率由原水的2130μs/cm减小到1037μs/cm，电导去除率达到51.3