电吸附技术在浓盐水处理中的吸附机理与应用探究

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淡水资源短缺而海水资源充足是当今中国及世界诸多国家的水资源现状,习总书记青山绿水政策及“零排放”环保要求对我国污/废水及浓盐水处理及回用技术开发需求迫切,因此研究一项经济高效的浓盐水减量化技术显得尤为重要。电吸附技术(电容去离子技术)以高效稳定、节能环保的特点,作为21世纪海水淡化、浓盐水回用技术得到众多水处理工作者的青睐。本研究以电厂实际水处理对象及需求为出发点,在处理应用研究的基础上,重点对电吸附技术的吸附机理、去离子效果与装置构造、操作条件之间的关系进行了定量分析。本文主要包括机理研究、模拟分析和应用探究三大部分。机理研究主要针对电吸附技术的吸附阶段,在比较和分析现有电吸附模型的基础上,尝试通过对离子进行受力和运动分析的方式对电吸附技术中的吸附过程进行解释,并得到电吸附装置的离子去除率与操作条件(操作电压、进水流速)之间的数学关系。模拟分析主要以实验室配制的盐溶液和自制的电吸附小试装置模拟吸附过程,同时对建立的“基于带电粒子受力分析的电吸附模型”进行模拟校验。在应用探究部分,本课题立足于电吸附中试实验项目,探究电吸附技术对电厂锅炉补给水反渗透浓水的处理效果并尝试利用“基于带电粒子受力分析的电吸附模型”理论对实验结果进行分析和解释,并对设备操作建议。提出本文研究结论及成果如下:(1)基于带电粒子受力分析的电吸附模型是以流过装置极板间的浓盐水中的最不利吸附离子为研究对象,通过计算其受力与运动的关系,得到离子去除率η与操作电压U的数学关系为:η=(εne L2)U/[2H(H-2b)v2]-(εK1t HL2)/[2H(H-2b)v2](U>0);离子去除率η与进水流速v的数学关系为:η=[ne U-K2t H)L2]/[2H(H-2b)v2]+ξ(v>0)。(2)基于装置电阻变化的电吸附模型是将吸附过程中电阻变化引起离子率去除变化的电吸附模型。通过分析和计算,得到电吸附装置的离子去除率η与操作电压U的数学关系为:η=φδV/(ctn FQv2(R+ΔR))U;离子去除率η与流量Qv的数学关系为:η=φδVU/ctn F(R+ΔR)Qv2。(3)利用电吸附小试装置处理配制盐溶液,拟合实验数据后发现:小试装置操作电压在0.2v至1.2v之间时,离子去除率与操作电压的数学关系基本符合一次函数关系,与模型吻合度较高。小试装置进水流速在4mm/s至20mm/s之间时,离子去除率与进水流速的数学关系与模型吻合度良好,基本满足η=A/x2+B形式。(4)电吸附中试装置处理电厂锅炉补给水反渗透浓水的中试试验表明,电吸附装置出水稳定,试验中出水电导率最高可降低1.021ms/cm,具有工程应用价值。在一定范围内优化装置操作条件对提高出水水质有利,与吸附模型相符。且电吸附技术具有运行成本低等特点,经核算,电吸附装置处理吨水仅需0.98元。与其它技术相比,电吸附技术在反渗透浓水的浓缩减量化应用方面具有经济优势。(5)锅炉补给水反渗透浓水中的电导率、钙离子、镁离子、钠离子、氯离子去除率与操作电流成正比,与进水流速成反比;并且钙离子和镁离子去除效果优于钠离子去除效果。试验数据结合“基于离子受力分析建立的吸附模型”分析表明,电吸附装置对同电性离子的吸附时优先吸附价态高的离子。)本课题中试试验拟定最佳操作电流为37A,最佳进水流量为26L/min,得水率50%。
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