渐进冷冻-融化法除硼及海水淡化的研究

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在全球水资源严重短缺的背景之下,海水淡化技术在近十几年来迅速发展,其中最常见的海水淡化技术有热法和膜法两种,但这两种海水淡化方法对硼的脱除成本高且效果不理想,使得淡化水中硼超标比较严重。有研究表明,人类过量摄入硼会引起神经性的慢中毒,损害中枢神经系统,影响胎儿的发育,造成生育类疾病;灌溉水中硼超标会抑制植物的光合和呼吸作用,造成叶片卷曲出现黄叶,果实的腐烂速度加快。为此本文研究了硼在不同冷冻条件(冷冻时间、冷冻温度、初始浓度)下和不同融化方法(自然融化、振荡融化、超声融化)下在冰-水两相中的迁移规律;在此基础上,研究了渐进冷冻过程中不同冷冻条件(冷冻时间、冷冻温度)和不同融化方法(自然融化、振荡融化、超声融化)对实际海水淡化的效果。期望能为海水淡化提供一个新的思路,因而本研究具有直接现实意义。研究发现:1、渐进冷冻过程能将水中的90%硼浓缩在冰下水中,冰体内只残留少部分。随着硼初始浓度和冷冻时间的增加,硼向冰下水的迁移能力逐渐降低;随着冷冻温度的降低,硼向冰下水的迁移能力先增加后降低,因此综合考虑,选择冷冻温度-15℃,冷冻时间48 h,初始浓度为12 mg/L,进行融化实验。2、融化实验分别探究了自然融化、超声融化和振荡融化对冰中硼迁移的影响,发现融化过程中,硼从冰中迁移到了融水中,且表现为融化前期大量集中迁移,融化中期和后期少量稳定释放。前30%的融水中,自然融化迁移了46.04%的硼,超声融化迁移了88.97%的硼,振荡融化迁移了91.12%的硼,因此硼的迁移能力为振荡融化>超声融化>自然融化。3、实际海水的渐进冷冻过程能将海水中的50%以上的污染物质浓缩在冰下水中,且随着冷冻温度降低和冷冻时间的增加,渐进冷冻淡化实际海水的效果越来越差,因此需要综合考虑结冰速率和物质去除率,选择最适合的结冰条件,本次实际海水冷冻实验选择的冷冻温度为-20℃,冷冻时间为44 h。4、融化法处理海冰的过程中,海冰中的污染物质均在融化前期集中融出,其中自然融化法在融水比例为50%时,剩余冰体的硼浓度符合《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》中硼的限值(0.5 mg/L),振荡融化法处理的海冰中,在融水比例为25%时达到标准;自然融化法在融水比例为75%时,剩余冰体的盐离子浓度仍远大于《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》,超声融化法在融水比例为75%时满足标准,振荡融化法在融水比例为50%时满足标准。
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