电容去离子技术在反渗透浓水回用处理中的应用研究
发布时间：2020-06-23 16:44
【摘要】：目前,淡水的稀缺已对人类发展构成严重威胁。反渗透技术以其成熟、可靠、高效、经济等优势被广泛应用于海水淡化、工业锅炉补给水制备、污水深度回用等领域,但在生产纯净水的同时产生水质更复杂、含盐量更高的副产物浓水。由于环保要求及水资源短缺、零排放的需求,浓盐水的合理处理及资源化利用成为反渗透技术应用过程中新的难题。电容去离子技术具有低能耗、浓缩倍数高、不产生环境污染等优点,是一种非常有潜力,又远未发展成熟的水处理技术。目前将电容去离子技术应用到反渗透浓水的回用处理上还没有相关研究报道。本论文主要针对反渗透浓水零排放的减量化处理,利用自制电容去离子小试装置探究处理效果,并优化除盐条件；针对三种不同水质的反渗透浓水,研究处理反渗透浓水的适用性;探究再生液水质和pH对反渗透浓水的处理效果研究。本研究主要结论及成果如下:自制的电容去离子小试试验装置有效电极板面积为160 mm×80 mm,设计有均匀配水装置,可以进行涂覆厚度和极板间距、涂覆材料的调整和优化。(1)电容去离子装置正交试验结果表明:电极涂覆厚度的影响明显高于进水流量和工作电压,在本试验设计装置中,电极涂覆厚度0.8 mm,进水流量38 mL/min，工作电压1.0 V条件下,一个吸附饱和周期内总硬度和Cl-单位电极饱和吸附量分别能达到51.18 μmol和2.31 Jμmol。(2)在正交试验基础上,对小试装置基本参数进行优化研究,在进水流量38 mL/min,工作电压1.0 V,电极涂覆厚度0.8 mm条件下,既能保证最佳的脱盐效果,又能降低制作成本。且电容去离子装置单位体积活性炭电极对各离子的吸附量大小为:Mg2+Ca2+Na+,说明电容去离子装置对二价离子的去除效果优于一价离子。(3)在最佳工况条件下,对深井水反渗透浓水连续运行五个饱和工作周期,根据试验处理结果知:各离子单位电极饱和吸附量为1/2Ca2+:45.16μmol,1/2Mg2+:122.17 μmol,Na+:34.98 μmol,Cl-:41.86 μmol,且各工作周期对离子饱和吸附量基本不变,说明电容去离子装置处理反渗透浓水具有运行稳定,电极再生效果好的优点。(4)极板间距从1 mm增大到2 mm,单位体积的电极材料对钠离子的吸附量从40.98μmol提高到44.99μmol,提高了 4.01μmol,对Ca2+和Mg2+的吸附量降低,说明在一定范围内增大极板间距能够增大钠离子的吸附量,提高电极对离子的吸附选择性。(5)在最佳工况条件下,电容去离子装置处理海水淡化反渗透浓水和稀释后海水淡化反渗透浓水的单位体积电极总硬度饱和吸附量分别为98.28 μmol和71.87μmol,并且发现,进水含盐量越高,对离子的去除效果更好。(6)再生效果研究中发现:再生液含盐量越低,进行下一次吸附周期时,单位体积电极材料对各离子的吸附量越高,能够增强再生效果,但是在实际应用中,不能达到反渗透浓水减量化的目的,不符合实际应用价值。酸性再生液能够显著地提高电极再生效果,从而提高电极的脱盐效率。(7)对工业化装置进行初步设计研究,采用多个吸附模块并联的处理方式,每个吸附模块采用高效功能材料作为电极,每组电极设计尺寸为500 mm×300 mm×2mm,吸附模块设计尺寸为510mm×320mm×25mm,以适应高水量、不同水质反渗透浓水的处理。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：
吸引到阳极，导致离子从盐溶液中脱除，这种电极可以多对堆叠组装。然后从流逡逑过两个电极之间的“间隔通道”的处理水中吸附离子，并被固定在碳材料的孔中。逡逑该过程主要基于双电层的形成。电容去离子技术脱盐原理图如图１＿１所示ｍｉ。逡逑正电梭邋ｐ0ｓ＾ｖｅ邋０ｅｃｔｆ0ｃｊｅ逡逑直流电源以0逦Ｈ逡逑产水＿逦原水逡逑负电极邋Ｎｅｇａｔｉｖｅ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ逡逑逦工作过程示意图逦逡逑图丨－１电容去离子技术脱盐原理图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｃａｐａｃｉｔｏｒ邋ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ邋ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ逡逑一段时间后，所有接近碳材料颗粒内孔体积都被离子吸附饱和，并且达到了逡逑装置的储存容量。通过反接电源、断开电源或者短接电极的方法，使离子从电极逡逑材料中释放，同时碳电极也得到再生。通过这种方式，电极能够恢复到初始离子逡逑吸附能力。理想情况下，如果不发生化学反应，该过程是本质上是纯粹的物理过逡逑程，并且能使电容去离子装置具有较长的使用寿命和较低的维护成本。电容去离逡逑子技术脱盐再生过程示意图如图１－２所示Ｐ１。逡逑正电极逡逑0邋e罚哄义显咤翁媾ㄋ义细旱缂义显偕淌疽馔煎义贤迹保驳缛萑ダ胱蛹际跬蜒卧偕淌疽馔煎义希疲椋纾澹保插澹裕瑁邋澹颍澹纾澹睿澹颍幔簦椋铮铄澹铮驽澹悖幔穑幔悖椋簦铮蝈澹
本文编号：2727621
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：
吸引到阳极，导致离子从盐溶液中脱除，这种电极可以多对堆叠组装。然后从流逡逑过两个电极之间的“间隔通道”的处理水中吸附离子，并被固定在碳材料的孔中。逡逑该过程主要基于双电层的形成。电容去离子技术脱盐原理图如图１＿１所示ｍｉ。逡逑正电梭邋ｐ0ｓ＾ｖｅ邋０ｅｃｔｆ0ｃｊｅ逡逑直流电源以0逦Ｈ逡逑产水＿逦原水逡逑负电极邋Ｎｅｇａｔｉｖｅ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ逡逑逦工作过程示意图逦逡逑图丨－１电容去离子技术脱盐原理图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｃａｐａｃｉｔｏｒ邋ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ邋ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ逡逑一段时间后，所有接近碳材料颗粒内孔体积都被离子吸附饱和，并且达到了逡逑装置的储存容量。通过反接电源、断开电源或者短接电极的方法，使离子从电极逡逑材料中释放，同时碳电极也得到再生。通过这种方式，电极能够恢复到初始离子逡逑吸附能力。理想情况下，如果不发生化学反应，该过程是本质上是纯粹的物理过逡逑程，并且能使电容去离子装置具有较长的使用寿命和较低的维护成本。电容去离逡逑子技术脱盐再生过程示意图如图１－２所示Ｐ１。逡逑正电极逡逑0邋e罚哄义显咤翁媾ㄋ义细旱缂义显偕淌疽馔煎义贤迹保驳缛萑ダ胱蛹际跬蜒卧偕淌疽馔煎义希疲椋纾澹保插澹裕瑁邋澹颍澹纾澹睿澹颍幔簦椋铮铄澹铮驽澹悖幔穑幔悖椋簦铮蝈澹
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