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饮用水钙硬度去除中CaCO3的均相与非均相结晶行为

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给水排水 2019年第12期45卷 37-42页

作者：胡明睿聂小保周梨金筱英唐韵子蒋昌波隆院男长沙理工大学水利工程学院洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室

为改善化学沉淀法对饮用水中钙硬度的去除效能,开展均相与非均相结晶去除钙硬度研究。通过投加高岭土,构建CaCO3非均相结晶体系,对比均相与非均相结晶体系物化特性变化、结晶产物晶型和形态,探讨结晶模式对CaCO3结晶行为的影响。结果表... 详细信息

为改善化学沉淀法对饮用水中钙硬度的去除效能,开展均相与非均相结晶去除钙硬度研究。通过投加高岭土,构建CaCO3非均相结晶体系,对比均相与非均相结晶体系物化特性变化、结晶产物晶型和形态,探讨结晶模式对CaCO3结晶行为的影响。结果表明:饮用水硬度去除中CaCO3的均相结晶产物以斜方六面体方解石为主,含少量球霰石,非均相结晶产物主要是球形方解石。在较高的C/Ca值条件下,非均相结晶过程同时也伴随着均相结晶过程。非均相结晶过程可以降低CaCO3结晶临界过饱和度S*,加快结晶反应速率,提高Ca2+去除率,但提高效果会随着C/Ca值的增加而降低。均相与非均相结晶体系的上清液pH和浊度无显著差异。水厂采用非均相结晶去除Ca硬度时,可以通过适当降低C/Ca值和采用粒径较大的矿物质作为诱导剂,分别达到降低出水pH和浊度的效果。

关键词：均相结晶非均相结晶饮用水钙硬度过饱和度

饮用水钙硬度去除中C/Ca值对CaCO3结晶的影响

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中国给水排水 2020年第7期36卷 37-41页

作者：金筱英聂小保蒋昌波隆院男余志胡明睿唐韵子周梨长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410114 洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室湖南长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410114

饮用水中钙硬度去除效能主要受CaCO3结晶过程影响。通过改变C/Ca值模拟饮用水钙硬度去除,考察不同C/Ca值条件下,溶液体系pH值和Ca^2+浓度变化、上清液浊度变化以及结晶产物颗粒粒径分布、晶型和形态,以阐明钙硬度去除过程中CaCO3结晶行... 详细信息

饮用水中钙硬度去除效能主要受CaCO3结晶过程影响。通过改变C/Ca值模拟饮用水钙硬度去除,考察不同C/Ca值条件下,溶液体系pH值和Ca^2+浓度变化、上清液浊度变化以及结晶产物颗粒粒径分布、晶型和形态,以阐明钙硬度去除过程中CaCO3结晶行为。结果表明:试验条件下结晶产物均为方解石;溶液体系中加入的CO3^(2-)首先发生质子化,提高体系pH值,然后与Ca^2+结晶反应降低体系pH值;C/Ca值的增大提高了pH值,有助于Ca^2+的去除,但同时也会提高结晶产物颗粒数量、密度和减小结晶产物颗粒粒径,导致上清液浊度增大。饮用水钙硬度去除中要综合考虑残余Ca^2+浓度、出水pH值和浊度以及混凝剂用量等来优化确定C/Ca值。

关键词：钙硬度 CaCO3结晶 C/Ca值过饱和度 pH值

电化学-微滤耦合工艺对循环水钙硬度的高效结晶与分离

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电化学-微滤耦合工艺对循环水钙硬度的高效结晶与分离

作者：苏晴青岛理工大学

学位级别：硕士

循环冷却水系统广泛应用于化工、石油等行业领域中,由于循环水流经换热壁后浓缩倍数增加,系统中成垢离子浓度也随之增加,水垢在换热器表面的沉积会导致换热效率降低和管路腐蚀等问题。因此,有效控制循环水系统中水中硬度离子浓度是保障... 详细信息

循环冷却水系统广泛应用于化工、石油等行业领域中,由于循环水流经换热壁后浓缩倍数增加,系统中成垢离子浓度也随之增加,水垢在换热器表面的沉积会导致换热效率降低和管路腐蚀等问题。因此,有效控制循环水系统中水中硬度离子浓度是保障系统安全稳定运行的关键措施。电化学法作为一种“环境友好型”型除垢技术,不仅能有效降低水体硬度浓度,还有防止管道腐蚀的作用。本文提出了一种电化学-微滤耦合反应体系,以Ti/SnO2-Sb2O5-RuO2-IrO2钛滤膜为阴极,利用电解营造的局域强碱性和本身的微滤功能,同步实现钙硬度的高效结晶与分离。膜反洗阶段,经倒极后,钛滤膜转换为阳极,其原位电解产生的H+能够溶解附着在膜表面和孔道内的水垢,实现水垢的剥离。结果表明:膜孔径越小,钙硬度去除率越高,以孔径为2 μm的钛滤膜作阴极时,钙硬度去除率可达79%。电化学装置中PTFE微滤膜的存在能有效减缓阳极产生的H+向阴极室的扩散速率。电流密度从1 mA·cm-2增加到5 mA·cm-2时,钙硬度去除率从28%增加至86%,但电流密度进一步增加至10 mA·cm-2后,钙硬度去除率下降至78%。当[HCO3-]/[Ca2+]摩尔比从0.7:1提升至1.4:1时,钙硬度去除率从53%增加至83%。当流速从5 mL·min-1增加到20 mL·min-1时,钙硬度去除率从84%下降至46%,能耗由3.06 kWh/kgCaCO3降为1.38 kWh/kgCaCO3。XRD和SEM分析表明,钛滤膜表面富集的CaCO3主要为方解石晶型。钛滤膜表面滤饼形成和膜孔内堵塞是引起钛滤膜污染的主要机制,经极性反转后,阴极附着的水垢层可以溶解脱落,膜通量恢复。在此基础上,考察复杂水体中各组分的存在对电化学-微滤耦合工艺除硬性能的影响。随着电导率的不断增加钙硬度去除率变化不大。Mg2+的存在会显著抑制硬度的去除,Mg2+浓度从100 mg·L-1增加到400 mg·L-1时,总硬度去除率从73%减少至63%,钙硬度去除率从57%降低到48%。水体中的SiO32-对钙硬度的去除没有影响。水体中阻垢剂浓度越高,钙硬度去除率越低,阻垢效率越高。在磷浓度为5 mg·L-1的EDTMPA阻垢剂存在时,阻垢率为43%,钙硬度去除率为46%。电化学反应体系能够去除15%左右的Mg2+,但对SiO32-和磷的去除效果不大。电化学-微滤耦合工艺除硬过程主要由电子驱动,在较低能耗下能够实现较高的钙硬度去除率,是一种绿色、高效的水处理技术,同时可利用钛滤膜极性反转后作为阳极电解产生H+清洗水垢的这一技术代替传统的使用膜清洗剂的脱垢技术,为循环水系统中硬度离子的去除提供了新思路。

关键词：电化学钛滤膜钙硬度分离结晶

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分步结晶去除饮用水中钙硬度效能及机制

分步结晶去除饮用水中钙硬度效能及机制

作者：吴雨晴长沙理工大学

学位级别：硕士

饮用水的硬度较高不但会影响人体健康,还会在工业应用上带来一定危害。传统的化学结晶沉淀方法去除水中硬度具有操作简单,适应性强,成本低等优势,但也存在出水pH偏高、颗粒细碎,难以沉降、产生大量的沉淀物质等缺陷。对此,本文采用分步... 详细信息

饮用水的硬度较高不但会影响人体健康,还会在工业应用上带来一定危害。传统的化学结晶沉淀方法去除水中硬度具有操作简单,适应性强,成本低等优势,但也存在出水pH偏高、颗粒细碎,难以沉降、产生大量的沉淀物质等缺陷。对此,本文采用分步结晶法进行饮用水中钙硬度去除,考察分步结晶对钙硬度去除效能,并对分步结晶去除机制进行初步探讨,主要结论如下:沉淀剂一次投加模式中,溶液体系pH值和电导率在第1 min内迅速增加,Ca2+的去除也基本发生在第1 min内。沉淀剂连续式投加模式中,pH值和电导率的变化呈明显的阶段性:首先快速增加,之后迅速降低并逐渐趋于稳定,最后缓慢上升。两种模式下溶液体系物化特性变化的显著差别,主要是由体系CaCO3过饱和度的差异所致。一次投加模式中CaCO3过饱和度短时迅速增加,而连续式投加则是逐步增加。由于两种投加模式中结晶反应发生时体系过饱和度不同,结晶产物颗粒粒径也有明显差异。其中,连续投加模式中诱导剂高岭土的加入,还可以降低结晶成核所需过饱和度,缩短成核所需要的时间,从而在初期显著提高Ca2+去除率,后期由于体系中沉淀剂的持续加入,去除率提高效果有限。沉淀剂总投加量不变的情况下,增加沉淀剂投加次数可以提高对Ca2+的去除率,同时降低上清液的浊度,但对上清液pH值无显著影响。实验条件下,结晶反应完毕后静置30 min,一次、两次、三次投加各自对应的Ca2+去除率分别为56.0%、63.5%和65.9%。上清液浊度分别为200.1 NTU、112.35 NTU和72.78 NTU。分步结晶的优化结晶反应方案包括:沉淀剂两次投加、搅拌强度200 rpm,反应时间“2 min+10 min”。CaCO3的结晶产物SEM和XRD结果分析表明:沉淀剂的投加模式会对结晶产物的晶型和晶习产生影响。一次性投加模式中,由于体系过饱和度较高,结晶产物以方解石为主,连续式投加模式中则全部为球霰石。分步投加模式中,第一步以球霰石为主,第二步则以方解石为主。一次性投加模式中,由于成核速率快,晶核数量密度高,结晶产物的粒径难以进一步提升。连续式投加模式中,晶核的成长速率也较慢,甚至出现了二次结晶。分步结晶模式中,由于每一步的结晶均发生在较低的过饱和度下,晶核数量密度较低,颗粒粒径相应较高,在15μm以上。

关键词：钙硬度 CaCO3沉淀结晶沉淀剂一次性投加沉淀剂分步投加诱导结晶

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诱导结晶去除饮用水中钙硬度效能及机制

诱导结晶去除饮用水中钙硬度效能及机制

作者：孔俐长沙理工大学

学位级别：硕士

饮用水硬度过高影响人的日常生活和身体健康。传统化学结晶沉淀法具有运行成本低、操作简单等优势,是常用硬度去除技术之一。但化学沉淀法存在出水pH过高、浊度不稳定,以及泥渣量较大等缺点。为解决上述问题,本文尝试采用诱导结晶方法... 详细信息

饮用水硬度过高影响人的日常生活和身体健康。传统化学结晶沉淀法具有运行成本低、操作简单等优势,是常用硬度去除技术之一。但化学沉淀法存在出水pH过高、浊度不稳定,以及泥渣量较大等缺点。为解决上述问题,本文尝试采用诱导结晶方法进行硬度去除,考察了诱导结晶技术对钙硬度的去除效能,并对诱导结晶去除钙硬度机理开展初步探讨。主要研究结论如下:常规化学沉淀法对Ca2+的去除率随着沉淀剂Na2CO3投加量的增加而增加,当沉淀剂投加量为1.0倍(与完全反应所需理论值相比,下同)时,Ca2+去除率接近于100%。但沉淀剂投加量增加会导致上清液pH值和上清液浊度显著增加。高岭土诱导结晶将均相结晶过程转化为非均相结晶过程,降低了结晶反应所需临界过饱和度S*,提高了结晶反应速率,明显提升Ca2+去除率。沉淀剂投加0.4倍时,Ca2+去除率甚至高出理论值(40%),为44.8%。高岭土加入对上清液pH值无显著影响,但对浊度影响明显。高岭土诱导结晶反应条件对钙硬度去除效能的影响,主要集中在上清液浊度。自我诱导结晶以CaCO3为诱导剂,在提高Ca2+去除率同时,还可降低上清液pH值。Na2CO3投加量为0.4～0.6倍时,Ca2+去除率均高于理论值,出水pH值均低于8.5。结晶条件优化结果表明,诱导剂颗粒粒径越小,投加量越低,越有利于钙硬度去除效能的提升。适当降低搅拌强度还可降低上清液浊度。实验条件下优选操作条件包括:CaCO3目数11000目,投加量0.01 g/L,搅拌强度50 rpm。高岭土诱导结晶产物晶型主要是方解石和球霰石,自我诱导结晶产物均为方解石。两者反应机制类似:由于诱导剂的吸附,固液界面处水膜内CaCO3过饱和度高于液相主体,结晶反应在水膜中迅速完成,从而达到降低临界过饱和度的效果。搅拌转速对高岭土诱导结晶产物的晶习有影响,200rpm时为球形和六面体;50 rpm时为不规则的块状物和团聚物。自我诱导结晶模式下,降低诱导剂粒径,结晶产物团聚更为明显,有助于上清液浊度的降低;适当降低搅拌反应转速,有利于抑制二次成核,从而达到降低上清液浊度的效果。

关键词：饮用水钙硬度诱导结晶高岭土碳酸钙

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微通道碳材料电化学去除钙硬度的研究

当代化工 2022年第6期51卷 1336-1339,1347页

作者：马传军程彬彬中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院辽宁大连116045 中国石油化工股份有限公司炼油事业部北京100728

在“双碳”背景下,实现绿色高效的污染物治理更具重要意义。工业废水处理过程中,硬度的去除主要通过酸碱调节联合投加沉淀剂的方式实现,存在药剂用量大、化学污泥多、操作强度高等诸多问题。电化学除硬技术节能高效、环境友好,具有重要... 详细信息

在“双碳”背景下,实现绿色高效的污染物治理更具重要意义。工业废水处理过程中,硬度的去除主要通过酸碱调节联合投加沉淀剂的方式实现,存在药剂用量大、化学污泥多、操作强度高等诸多问题。电化学除硬技术节能高效、环境友好,具有重要的开发价值。采用高温碳化-碱活化天然木材的方法制备微通道碳材料,对其进行了形貌和官能团的表征,并以微通道碳材料为阴极构建电化学反应器,考察了相关条件参数对模拟废水中钙硬度去除效果的影响。结果表明:在电压6 V、HRT=180 s、pH=7、n(HCO_(3)^(-))/n(Ca^(2+))=1.2的优化条件下,出水钙硬度为32.4 mg·L^(-1),去除效率达到83.8%,在水中硬度去除方面展示出较高的效率,为推进电化学除硬技术发展提供了有益参考。

关键词：微通道碳材料电化学钙硬度模拟废水

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利用废氨水除去冷却水钙硬度的实验研究

电力学报 2002年第1期17卷 45-47,50页

作者：潘小军袁进山西省环境保护研究所山西太原030027

针对氮肥厂二次冷却水 ,加入废氨液除去钙硬的实验研究 ,提高了冷却水的稳定性和循环利用率。

关键词：废氨水冷却水钙硬度实验氮肥厂

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转炉烟气水钙硬度波动原因分析及解决措施

现代冶金 2013年第6期41卷 41-44页

作者：潘海伟王克生孙耀锋吉亚军沙钢集团淮钢特钢股份有限公司炼钢厂江苏淮安223002 纳尔科(中国)环保技术服务有限公司江苏苏州215600

介绍了转炉烟气水处理,分析了江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司转炉一次除尘烟气水质钙硬度波动变化大原因,并提出了相应的解决措施。

关键词：转炉烟气水质钙硬度离子平衡

X射线荧光光谱法测定水质中钙硬度的方法探究

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广州化工 2023年第24期51卷 46-48,89页

作者：庞一科马盼盼张海陈玉苹房剑锋万华化学(宁波)有限公司浙江宁波315000

测定水质中的钙硬度可以判断水中是否存在对工业系统中各管线、换热器、锅炉水汽管线等设备产生垢类腐蚀情况。特别在工业循环水系统中钙离子是结垢性离子,受热后能与碱度生成碳酸钙沉淀,如果钙离子含量适中,碳酸钙可在金属表面形成保护... 详细信息

测定水质中的钙硬度可以判断水中是否存在对工业系统中各管线、换热器、锅炉水汽管线等设备产生垢类腐蚀情况。特别在工业循环水系统中钙离子是结垢性离子,受热后能与碱度生成碳酸钙沉淀,如果钙离子含量适中,碳酸钙可在金属表面形成保护膜,使金属避免被腐蚀,但钙离子含量过高时,则会形成碳酸钙水垢。探究了用X射线荧光光谱法测定水质中钙硬度含量,并通过与EDTA络合滴定法的数据比对,该方法快速便捷且改善职业健康环境。

关键词： X射线荧光光谱法钙硬度 EDTA络合滴定法