化学结晶循环造粒流化床同步去除水中铁、锰和硬度的研究

作     者：唐章程 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄廷林

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：诱导结晶 造粒流化床 软化 铁、锰 同步去除 

摘      要：近年来,水中铁、锰和硬度共存且超标现象日趋严重,存在着巨大的安全隐患。针对现行高硬度含铁、锰的水处理技术中存在工艺复杂、运行管理困难等问题,研究开发一种能高效去除此类复合污染物的工艺是很有必要的。化学结晶循环造粒流化床(简称“结晶造粒流化床)工艺以其低耗、高效、不产生二次污染等特点在水处理领域得到广泛关注。本文通过静态、中试和生产性试验,考察了结晶造粒流化床技术对水中铁、锰和硬度的同步去除效果及影响因素,确定了相关工艺条件,同时借助SEM和EDS分析结晶前后颗粒物表面的物理形貌及元素变化,利用XPS分析颗粒表面化学组成,进一步探究系统同步去除铁、锰和硬度的机理。这对开发水中铁、锰和硬度同步去除的新工艺具有很好的参考价值。主要研究成果及结论如下:(1)在静态烧杯实验中,诱导结晶法可以有效去除水中的铁、锰和硬度。在进水铁、锰和硬度平均浓度分别为3.83、3.94和296 mg/L条件下,当Na OH投加量为100 mg/L时,p H为9.59,总硬度的去除率为57.8%,铁、锰的去除率分别高达99%和98.8%,水质达标。方解石晶种对原水中铁、锰有一定的吸附能力,在搅拌过程中方解石可以吸附去除91.8%的铁和21.9%的锰。在一定范围内提高搅拌强度和搅拌时间,可以使晶种与水中离子接触充分,改善晶体生长环境,进一步提高铁、锰和硬度的去除效果。晶种的投加有助于铁、锰和硬度的去除,晶种投加量和晶种尺寸是通过影响晶种表面积来影响去除效果,在晶种投加量为60 g/L,晶种尺寸0.09 mm时,去除效果最佳。(2)中试系统中,在进水铁、锰和硬度平均浓度分别为0.90、1.90和300 mg/L条件下,晶种填充高度为50 cm,Na OH投加量为100 mg/L时,铁、锰和硬度的去除率分别为70.6%、96.7%和59%,出水p H为9.6,大部分的铁、锰和硬度在流化床底部0～30 cm被去除,出水效果随着运行时间的推移有所增强。此外,水中硬度的含量较高时,结晶造粒流化床对锰的去除难度加大。通过对长期运行后晶种的结构变化进行SEM、EDS和XPS表征后发现,晶种表面形成致密的结晶产物,其主要成分为Ca CO、Fe OOH、FeO、MnO和Mn O等构成的复合物。(3)在热电厂生产性试验中,结晶造粒流化床能够实现对以水库为水源的循环水补水中的铁、锰和硬度的稳定去除。进水中铁、锰和硬度含量分别为0.38、0.16和270.2 mg/L,最佳运行p H值为10.6,总硬度降低57%,铁、锰的去除率分别为42.1%和45.6%,此时系统运行处理成本约为0.65元/m。结晶流化床每天结晶去除的Ca CO质量约为520 kg,去除的铁、锰质量分别约为0.623、0.292 kg。结晶颗粒质地坚硬,Ca CO所占比例大于95%。此部分高纯度的石灰石可以作为湿法脱硫工艺的原料,变废为宝,真正实现零排放。