树脂吸附法去除淡化水中超标硼的应用基础研究

发布时间：2020-08-21 13:22

【摘要】：海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径,但是海水经一级反渗透后的淡化水中硼浓度仍然超标,因此为使淡化水中硼浓度达到生活饮用水卫生标准(GB5749—2006),有必要对一级反渗透淡化水的低硼超标问题进行研究。树脂吸附法能够有效去除一级反渗透淡化水中的过量硼,提高淡化水的饮用安全性。本文首先对五种商品化树脂进行安全性能、稳定性能和吸附性能评价,筛选出性能较优的树脂进行静态吸附及动力学和热力学研究,同时进行动态吸附小试实验,并对小试实验结果进行Yoon-Nelson模型和Thomas模型的拟合对比。最后在中试试验的基础上设计出一套能够解决一级反渗透淡化水中低硼超标问题的树脂脱硼装置。具体研究成果如下:(1)综合树脂表面形貌、安全性能、稳定性能、吸附及解吸性能实验结果,筛选出D564树脂作为后续一级反渗透淡化水脱硼实验研究的原料。D807B、LSC 800、D564表面相对平滑,树脂强度更高,化学稳定性更好;五种树脂均符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(GB/T 17219—2001)所规定的22项指标标准,可应用于饮用水处理;D564、Amberlite IRA743在五种树脂中的机械稳定性、化学稳定性、热稳定性处于较优水平;在不同实验条件下D564树脂的单位树脂硼吸附量均为最大,解吸率最高,因此认为D564树脂的吸附及解吸性能较优。(2)D564树脂最佳吸附温度为35℃;溶液最佳pH为9;一定实验条件下,该树脂对硼的去除率可达99%以上,吸附容量约为0.99mgg-1;该树脂对硼具有较高的选择吸附性。解吸平衡时间较短,有利于提高树脂的工艺再生处理效率;解吸液即盐酸浓度控制在0.5 mol L-1为宜;树脂转型后的水洗体积(L)和树脂质量(g)的比值可以控制为1:1。树脂吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温方程;吸附原理主要是由带有N-甲基葡糖胺的树脂通过螯合作用吸附硼,并形成了稳定的络合物。(3)一定实验条件下,进水流量和溶液初始硼浓度越小,树脂层高度越高,树脂吸附效果越好。一定实验条件下,改变进水流量、树脂层高度时,D564树脂的动态吸附更符合Thomas模型;改变溶液的初始硼浓度时,更符合Yoon-Nelson模型。根据中试试验参数所设计的淡化水树脂脱硼装置由3个尺寸为Φ 0.15×1.65 m的树脂柱串联而成,建议树脂再生周期为30天,装置每日(24 h)可产水4320 L,能够满足大约200人每人每天20 L的饮用水需求。本研究针对一级反渗透淡化水中低硼超标现象,筛选出能够实现对硼有效去除的D564树脂,并设计出一套树脂脱硼装置,该装置出水硼浓度可达到饮用水标准,为脱硼深度处理工艺提供了可参考的理论依据和相关参数。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P747
【图文】：

示意图,动态吸附,树脂,吸附柱

图３－２树脂动态吸附小试实验示意图逡逑１．树脂动态吸附小试实验逡逑用电子分析天平分别称取三份质量为２邋ｇ的树脂，并将其装入三级自制吸附动泵控制流量使得一级反渗透淡化水从上到下流经交换柱中的树脂层，间隔对三级吸附柱出水分别进行取样，当吸附柱三级出水口硼浓度含量保持稳定进水。为减少实验误差，每隔一定时间测定原水中硼浓度。逡逑２．树脂的动态水洗实验逡逑树脂在动态吸附后进行动态水洗，装置进水为纯水，用蠕动泵控制进水流量，段时间对三级吸附柱出水分别进行取样。逡逑３．树脂的动态再生实验逡逑１８逡逑

流程图,中试试验,动态吸附,树脂

树脂进行步骤２中的动态水洗和步骤１中的动态吸附实验。逡逑３．１．４树脂对一级反渗透淡化水中硼的吸附中试试验方案逡逑为了使树脂实际的吸附效果更符合实际的工程情况，结合实验条件，使用图３－３逡逑中试试验装置进行树脂动态吸附中试试验，模拟海水经预处理后进入反渗透膜组件，逡逑进入树脂脱硼装置进行脱硼处理，出水置于储水箱中储存，树脂脱硼中试试验装置如逡逑图３－３所示，中试试验流程图如图３－４所示。将一级反渗透淡化水通入树脂中试装置，逡逑进水流量为丨８０Ｌ１Ｖ１，以活性炭膜壳作为树脂罐，罐体尺寸ｃＤ０．０７ｘ0．５ｍ。所用树脂逡逑为Ｄ５６４树脂（山东东大），填装高度０．４５邋ｍ，树脂质量１２００ｇ，水力停留时间约为逡逑３５ｓ，运行时间２４ｈ。每隔一段时间对装置出水进行硼浓度测量。逡逑图３－３树脂动态吸附中试试验装置逡逑１９逡逑

流程图,中试试验,树脂,流程图

【参考文献】