含盐废水CaSO4结垢倾向及其软化工艺研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:chl1220
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随着水资源短缺问题日趋严重和废水排放标准的不断提高,必须对含盐废水进行零排放处理,反渗透膜浓缩则是目前含盐废水零排放的核心,但是浓缩过程中CaSO4等垢体的形成将造成分离性能的不可恢复性下降。因而,对含盐废水CaSO4结垢倾向进行预判并采取合理有效的方法防止结垢,具有重要的实际意义。论文采用药剂软化+一工段反渗透(RO(I))+离子交换树脂软化+二工段反渗透(RO(II))工艺对含盐废水进行浓缩处理。首先,采用溶解平衡法得到含盐废水CaSO4结垢倾向判断的饱和指数方程,并对含盐废水的结垢倾向进行预判。在此基础上,系统研究了药剂投加量、溶液pH、反应温度和搅拌时间对药剂软化效果的影响规律以及树脂运行和再生条件对树脂吸附除钙的影响规律,最后对含盐废水浓缩工艺进行中试试验。得到以下研究结果:(1)硫酸钙的溶解度主要受温度、盐效应和同离子效应的影响。升高温度和盐效应促进硫酸钙的溶解,而同离子效应会抑制硫酸钙的溶解。另外,溶液中的Mg2+和SO42-会形成稳定的硫酸镁离子对从而促进硫酸钙的溶解。采用溶解平衡法,得出含盐废水CaSO4结垢倾向判断的饱和指数方程为Is=logc(Ca2+)c(SO42-)+4.9679-2.1857×10-2T+1.1022×10-4T2-3.1571Si0.5+1.2891Si+7.6479×10-3Si0.5T。(2)含盐废水药剂软化研究表明:对于Ca2+含量为259.72mg/L的含盐废水,CaO-Na2CO3、NaOH-Na2C2O4和NaOH-Na2CO3三种药剂法均能有效去除含盐废水的硬度,在最佳软化条件下出水的Ca2+浓度分别为9.62、4.92和24.32mg/L,NaOH-Na2C2O4法的软化效果最佳但药剂耗费最贵,综合考虑软化效果和药剂耗费,选用NaOH-Na2CO3法软化含盐废水,药剂耗费为1.67元/吨水,软化出水满足一工段反渗透的进水要求。NaOH-Na2CO3法软化含盐废水时,pH为Ca2+去除最主要的影响因素。Al2(SO43混凝预处理对药剂软化效果的提升作用优于PAC,当Al2(SO43浓度为80mg/L时,Ca2+的去除率相较于未混凝预处理时的增幅为13.45%。(3)一工段反渗透浓水离子交换树脂软化研究表明:陶氏XE830树脂软化效果好、吸附容量大,最适宜用来软化一工段反渗透浓水。树脂静态吸附的最佳条件为树脂用量5.5g/L、反应温度为室温、溶液pH7.00、反应时间60min。陶氏XE830树脂对钙离子的吸附行为可用Langmuir和Freundlich吸附等温方程描述,但相比较Freundlich吸附等温模型更能准确地描述该吸附过程,相关系数R2为0.9830,吸附等温方程式为qe=1.5363Ce0.6990;准二级动力学方程能更好地描述树脂吸附过程,其相关系数R2为0.9999,动力学方程式为dqt/dt=0.01569(14.959-qt2。树脂动态吸附的最佳溶液流速为5m/h,再生时最佳的HCl浓度、NaOH浓度、再生剂用量分别为4%、4%、2.0BV。(4)药剂软化+一工段反渗透+离子交换树脂软化+二工段反渗透工艺中试试验表明:该工艺能有效处理含盐废水,总浓缩倍数达到10.12。6组不同组成含盐废水的中试试验说明该工艺具有一定的稳定性和适用性,XRD分析表明运行过程中未产生CaSO4垢体。此工艺的运行费用约为7.78元/吨水,与蒸发结晶相比,经济效益明显。
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