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WSZ-F-1一體化生活污水處理設備
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01 電流密度對電解效果的影響
配制硬度為400 mg/L、Cl-質量濃度為283.6 mg/L的模擬硬水,水力停留時間(HRT)為10 min,在不同電流密度下進行電解。
電流效率隨著電流密度的增大逐漸降低。硬度去除質量濃度隨著電流密度的增大先增加后降低,這是因為電流密度較低時,Ca2+在溶液中的遷移速率較慢,陰極附近產生的OH-濃度較低,導致在低電流密度下CaCO3的沉積量較少。電流密度增大會加快Ca2+向陰極的遷移速率,溶液中的氧化還原反應加劇使陰極附近堿性增強,產生了較多的CO32-,促進了Ca2+在陰極表面沉積,所以當電流密度由5 mA/cm2增加到10 mA/cm2,硬度去除質量濃度由110 mg/L增加到180 mg/L。當電流密度超過10 mA/cm2,陰極的析氫反應加劇,較多的H2會在電極表面形成一層H2薄膜,阻礙了Ca2+、CO32-在陰極表面的傳質過程,生成的大量H2也會導致陰極附近水體劇烈擾動,影響了Ca2+的遷移速率,導致了硬度去除質量濃度的下降。
隨著電流密度的增大,陽極的氧化反應加劇,Cl-去除質量濃度和活性氯濃度也逐漸增大。當電流密度由20 mA/cm2增加到25 mA/cm2,Cl-的去除速率顯著加快,但活性氯的生成速率有所降低。這主要是由于在高電流密度下,電解產生的Cl2大部分以氣體形式逸出,溶解于溶液中的Cl2的量減少,活性氯的生成速率降低。電流密度過高也會使陽極附近酸性增強,容易造成電極腐蝕。因此本研究采用的zui適電流密度為10 mA/cm2。
02 水質硬度對電解效果的影響
在電流密度為10 mA/cm2、HRT為10 min的條件下,考察不同硬度的模擬硬水(Cl-質量濃度分別為141.8、283.6、425.4、567.2、709 mg/L)對Cl-、硬度去除質量濃度和活性氯質量濃度的影響。
Cl-、硬度去除質量濃度和活性氯質量濃度均隨著水質硬度的增加而增大。由于本研究是NaHCO3和CaCl2按物質的量比為2:1配制的模擬硬水,硬度的增加會導致溶液中Cl-的初始濃度增加,抑制了陽極析氧副反應的發生,提高了析氯效率,因此活性氯濃度、Cl-去除質量濃度隨著硬度的增加而增大。
電流效率隨著水質硬度的增加而增大,硬度去除率則呈先增大后降低的趨勢。水質硬度的提高使溶液中的Ca2+和HCO3-濃度升高,離子的遷移速率加快,硬度去除質量濃度不斷增加。本研究是在相同電流密度和電解時間下進行的,理論CaCO3的沉積量相同,因此電流效率隨著硬度去除質量濃度的增加而上升。當水質硬度超過400 mg/L時,由于硬度去除質量濃度的增加幅度遠低于初始硬度的增加量,因此硬度去除率不斷降低。離子濃度的升高也使得電解槽的槽壓下降,因此去除單位硬度的能耗隨著水質硬度的增加顯著降低。盡管水質硬度為400 mg/L時硬度去除率zui高,達到了45%,優于水質硬度為800 mg/L時的硬度去除率41.25%,但電流效率較低,且去除單位硬度的能耗較高,達到了10.73 kW·h/kg,在工業應用中會造成資源浪費,因此實驗選取*水質硬度為800 mg/L。
WSZ-F-1一體化生活污水處理設備 工藝流程的選擇
針對上述進水水質的特點及對產品水質的要求,項目主要從處理工藝和設備材質 2 方面采取了 針對性的處理措施。
1 處理工藝
在工藝流程的選擇方面,充分考慮系統的抗沖 擊負荷能力,當水質和水量波動時,系統能夠承受沖 擊,保證產水水質和裝置的連續穩定運行。
1)針對進水硬度較高的特點,在反滲透前設置 Na 型陽離子軟化器,通過樹脂上的功能離子與水中 的鈣、鎂離子進行交換,從而吸附水中多余的鈣、鎂 離子,達到去除水垢(碳酸鈣或碳酸鎂)的目的,產 水進入污水反滲透系統,保證系統運行過程中不產 生無機垢類;
2)設置 2 套污水反滲透系統,去除水中絕大部 分的 TDS,產水 TDS 的質量濃度<200 mg/L;來水 在進入反滲透裝置前,主要成垢離子已經被去除,可 獲得較高的回收率;系統進水中的 COD 和氨氮無 法穿透 RO 膜,不會進入產品水中,更好的保證了產 水水質;
3)經反滲透裝置濃縮后的濃水進入深度濃縮系 統,再通過反滲透和納濾進一步提取濃液中的水分子;深度濃縮裝置可將濃水 TDS 的質量濃度濃縮至 100 g/L,zui后進入減壓干燥單元,將減壓干燥單元的處理規模降至zui小;
4)減壓干燥裝置滿足 ~150%的設計負荷。
2 設備材質
在設備材質選擇上,充分考慮來水的 TDS 和Cl- 等因素,系統的整體設計壽命為 15 年。
1)主要的泵等動設備的轉動部件選用 316L、雙相鋼、青銅等材質,過濾器、離子交換器等靜設備類 選用硬聚氯乙烯(UPVC)或高密度聚乙烯(HDPE) 材質;水箱等靜設備選用纖維增強復合材料(FRP) 或 HPDE 材質;輸送管和閥門材質為 UPVC 或雙相 鋼 2205;
2)減壓干燥設備,選用 316L 材質,進料液泵等 動設備的材質為內襯氟橡膠防腐。輸送管和閥門材 質為 UPVC;蒸汽管路選用碳鋼材質。
2 工藝流程
汽車涂裝廢水反滲透膜濃縮“*”技術實踐
2.1 預處理軟化過濾系統
水質軟化系統是整套“*”系統長期、連續、穩定、高效運行的先決條件。
工程實施中,生化出水經多介質過濾器處理后, 進入超濾機組(聚偏氟乙烯超濾膜)過濾,產水進入 中間水箱,經 1# RO 進水泵提升至軟化系統(1200 Na 型軟化樹脂)處理。
對水中的易結垢陽離子進行軟化,使本單元的 產水滿足總硬度在 10 mg/L 以下,避免后續系統因 鈣鎂等離子引起的結垢等問題。軟化器產水進入反 滲透濃縮系統。
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