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ED进水原水取自管式膜产水,ED装置出水口产生两种水,一种是浓缩水,一种是脱盐水。进水TDS为4000mg/L左右时,ED膜出口浓缩水TDS约为50000mg/L;随着进水浓度梯度增加;当进水TDS为10000mg/L,ED膜出口浓缩水TDS约为150000~170000mg/L;进水TDS为30000mg/L,ED膜出口浓缩水TDS约为200000mg/L;进水TDS浓度增加,ED膜出口浓缩水TDS浓度与进水TDS呈正相关升高。
通过比较,在进水TDS约为30000mg/L时为ED装置运行最优状态;ED膜出口浓缩水TDS基本大于200000mg/L(含盐量>20%),浓缩水浓度达到最高,减少了浓水量;该浓缩水进入后续蒸发后,可缩短结晶周期。随进水TDS浓度增高,ED装置出口脱盐水TDS浓度稍微增加,但总体低于5000mg/L,ED装置可与RO耦合使用,RO将脱盐水进一步处理回收利用。
4.2进水TDS变化对电流效率的影响
电流效率表示电渗析过程中电流利用程度,为单位时间内实际脱盐率与理论脱盐率的百分比,对不同进水TDS浓度下的电流效率进行比较(图3)。电流效率在进水TDS为4000mg/L和30000mg/L时高于进水TDS10000mg/L。当进水TDS为4000mg/L时,运行电压60V,电流由水中离子的迁移量决定;进水TDS为30000mg/L时,运行电压60V,水中离子浓度高,离子的迁移量由电流决定;而进水TDS为10000mg/L时,在相同电压下,离子浓度相对较低,在膜界面上产生了浓差极化,所以电流效率相对较低。运行全过程中,总的电流效率约为80%。
图3TDS与电流效率关系曲线图
4.3进水TDS变化对离子迁移通量和吨水能耗的影响
随着原水TDS的升高,离子迁移通量以及吨水电耗逐步升高(图4)。进水TDS4000mg/L时,离子迁移通量小于1eq/(m2˙h),吨水能耗小于1kw˙h;进水TDS10000mg/L时,离子迁移通量约2eq/(m2˙h),吨水能耗2~3kw˙h;进水TDS30000mg/L时,离子迁移通量约6eq/(m2˙h),吨水能耗6~7kw˙h。吨水能耗随着离子迁移通量的增加而增大。
图4TDS对离子迁移通量和吨水能耗的关系曲线图
4.4进水TDS变化对脱盐率的影响
试验考察了不同进水TDS浓度(4000mg/L、10000mg/L、30000mg/L)下的脱盐率的变化(图5),通过分析,脱盐率随着进水浓度的升高在脱盐率80%左右波动,脱盐率受水质波动影响不大,不同试验条件下的脱盐率总体不低于80%。
图5TDS与脱盐率关系曲线图
4.5水质检测结果
产水水质检测结果见表2。
表2产水水质分析
由表2可知,进水TDS5300mg/L时,ED膜对水的浓缩倍数为11;进水TDS10253mg/L时,浓缩倍数为13.6倍;进水浓度TDS30000mg/L时,其浓缩倍数将近7倍,浓水TDS达到上限(200000mg/L)。随着进水浓度的升高,电驱离子膜浓缩达到的浓水浓度进一步提升200000mg/L,浓缩倍数与进水浓度无明显相关性,但电驱离子膜装置的浓缩效率受进水浓度的影响较大;进水浓度TDS30000mg/L时,电驱离子膜装置可利用其最大效率。
5结论
与传统软化预处理相比,脱硫废水经过化学反应和管式膜过滤的软化预处理工艺后,流程大大缩短。管式膜产水进入电驱离子膜装置进行浓缩,进水水质波动对电驱离子膜膜元件的电流效率、产水率、脱盐率有不同程度的影响。通过实验得知,在进水浓度增高时,电流效率较大,产水率和脱盐率均能保持稳定水平,电驱离子膜装置的浓缩倍率受进水浓度影响较大,进水TDS约30000mg/L时,浓水TDS可以达到200000mg/L,将浓水减量,减轻后续蒸发结晶装置的运行压力,产水可回用于循环水冷却系统,实现废水零排放处理。相比热法浓缩,电驱离子膜浓缩废水所需电耗较低,不需要其他能耗,并且不会造成热损失,也不需要新鲜水源。因此采用电驱离子膜技术对高盐水或者脱硫废水进行浓缩处理具有更大的推广价值和意义。
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