本发现属于水管造手艺周围,更加涉及一种同时完毕水体净化与碳减排的轮回二氧化碳再生离子调换编造及工艺。
因为环球水资源缺乏的式样越来越苛格,以及环球天气变暖对碳排放的条件越来越苛酷,越来越多的研讨团队首先全力于水质提拔、污水回用和碳减排的研讨。
个中,一部门研讨者提出通过向海水中插手氨水并罗致二氧化碳废气,坐蓐氯化铵和碳酸钠两种产物完美电竞,并同时完毕海水或苦咸水脱盐。然而,该工艺本钱高,况且管造进程中须要插手氨水,升高了管造危机。
此表,现有的研讨中浮现了一次性通过二氧化碳再生编造的研讨,提出了运用二氧化碳举行再生从而到达水体脱盐和去除污染物的思绪。然则现有手艺中的该工艺拥有以下差错:(1)耗时长,逾越15个幼时的再生光阴;(2)能耗高,须要供给二氧化碳分压为15到25公斤;(3)对筑造条件苛酷,且其二氧化碳消费量大(30kg/方产水);(4)愚弄成果低下,愚弄率仅为7%,逾越80%的二氧化碳从头开释排入大气。
为办理上述现有手艺中存正在的高本钱、高能耗、低成果、低运转时长、低产水率、长再生光阴等题目,本发现提出了水质提拔净化碳、污水回用和碳减排的新思绪,供给一种新型二氧化碳驱动的水体脱盐工艺。
本发现针对一次性通过二氧化碳再生编造举行进一步的编造订正和升级,愚弄新型树脂与树脂组合提拔再天生果,愚弄紧闭编造低落二氧化碳排放,愚弄二氧化碳内轮回工艺升高再生进程中二氧化碳的愚弄成果,使该手艺或许切合目前的情况和墟市需求,同时完毕污水管造、水质提拔和碳减排的宗旨,为生计污水、中水回用供给了低本钱、低污染的运用工艺。
本发现通过再生水内轮回编造,凯旋将单次再生废液再次通入二氧化碳气体并加压,使原来的单次通过塞流式反映器(pfr)转型为连接搅拌反映器编造(cstr),从而延伸了再生的接触光阴,升高了再天生果,裁减了二氧化碳用量。差异于古代pfr工艺中离子调换发作正在再生液与再生废液的界面上,cstr反映器中的离子调换剂均满盈与再生液接触,极大的升高了再天生果完美电竞,使得反映器内的质料与再生液合座到达共均衡形态。而且,因为再生进程中运用紧闭编造,二氧化碳不再随再生举行而接连排放。正在产水轮回中,该脱盐编造或许从头切换为塞流式反映器,提拔产水水质,增进管造成果。
一种同时完毕水体净化与碳减排的轮回二氧化碳再生离子调换编造,征求二氧化碳融解罐、阳离子调换剂罐和阴离子调换剂罐;
所述二氧化碳融解罐底部的出水口通过贯穿管道挨次与阳离子调换剂罐、阴离子调换剂罐串联,所述贯穿管道上筑设有内轮回泵;
所述阴离子调换剂罐的出水口通过内轮回管道与所述二氧化碳融解罐顶部的进水口连通。
优选的,所述二氧化碳融解罐的二氧化碳进气口通过进气管道与二氧化碳气瓶贯穿,所述进气管道上筑设有压力表,所述二氧化碳融解罐内筑设有二氧化碳布气板,用于平均分散二氧化碳气体,鼓励气体融解并转化为碳酸。
优选的,所述编造为崇高编造,所述二氧化碳融解罐底部的出水口通过贯穿管道与阳离子调换剂罐底部的进水口贯穿,所述阳离子调换剂罐顶部的出水口通过贯穿管道与阴离子调换剂罐底部的进水口贯穿,所述阴离子调换剂罐顶部的出水口通过内轮回管道与所述二氧化碳融解罐顶部的进水口连通。
优选的,所述阴离子调换剂罐顶部的出水口还通过分支管道与待管造水体进水口贯穿,且所述内轮回管道和分支管道上均筑设有阀门;所述阳离子调换剂罐底部的进水口还通过分支管道与管造后水体出水口贯穿,且所述贯穿管道和分支管道上均筑设有阀门。
优选的,所述编造为卑劣编造,所述二氧化碳融解罐底部的出水口通过贯穿管道与阳离子调换剂罐顶部的进水口贯穿,所述阳离子调换剂罐底部的出水口通过贯穿管道与阴离子调换剂罐顶部的进水口贯穿,所述阴离子调换剂罐底部的出水口通过内轮回管道与所述二氧化碳融解罐顶部的进水口连通。
优选的,所述阴离子调换剂罐顶部的进水口还通过分支管道与待管造水体进水口贯穿,且所述内轮回管道和分支管道上均筑设有阀门;所述阳离子调换剂罐底部的出水口还通过分支管道与管造后水体出水口贯穿,且所述贯穿管道和分支管道上均筑设有阀门。
优选的,所述贯穿管道和所述内轮回管道上均筑设有取样口,且取样口处均筑设有取样口阀门。
本发现还供给了一种同时完毕水体净化与碳减排的轮回二氧化碳再生离子调换工艺,所述工艺愚弄上述任一所述的编造举行,征求内轮回再生步伐和水体净化步伐;
(1)针对阳离子调换树脂(征求强酸性、弱酸性)的pka值和现实衡量的ζ电位,凭据亨利定律打算所需的二氧化碳气体压力:
(关于纯度较低的二氧化碳气体则为二氧化碳分压)并与实习结果比较以确定最佳运转压力;
(2)凭据阳离子调换剂(征求强酸性、弱酸性)的再生本能测试打算连接搅拌编造中所需的总填充水体积:
(5)通过与二氧化碳融解罐贯穿的二氧化碳气瓶对紧闭编造加压至2-15公斤(二氧化碳分压);
(8)将阴离子调换剂罐与阳离子调换剂罐挨次贯穿以举行下一轮回的脱盐管造。
(1)紧闭与阴离子调换剂罐顶部的出水口贯穿的内轮回管道上的阀门,紧闭与阳离子调换剂罐底部的进水口贯穿的贯穿管道上的阀门,将分支管道上的阀门翻开,将编造切换至水体脱盐净化形式;
(4)待搜集的管造后水体到达/逾越用水轨范时截至产水,编造进入内轮回再生形式。
(1)紧闭与阴离子调换剂罐顶部的进水口贯穿的内轮回管道上的阀门,紧闭与阳离子调换剂罐底部的出水口贯穿的贯穿管道上的阀门,将分支管道上的阀门翻开,将编造切换至水体脱盐净化形式;
(4)待搜集的管造后水体到达/逾越用水轨范时截至产水,编造进入内轮回再生形式。
优选的,个中所需的阳离子调换剂征求但不限于强酸性阳离子调换纤维、弱酸性阳离子调换纤维、强酸性阳离子调换树脂、弱酸性阳离子调换树脂、强酸性潜壳离子调换树脂、弱酸性潜壳离子调换树脂等。
优选的,个中所运用的阴离子调换树脂征求但不限于强碱性阴离子调换纤维、弱碱性离子调换纤维、强碱性离子调换树脂(typei和typeii)净化碳、弱碱性离子调换树脂、强碱性潜壳离子调换树脂(typei和typeii),弱碱性潜壳离子调换树脂等。
优选的,个中所运用的轮回液体征求但不限于污水、自来水、蒸馏水、超纯水、盐溶液、酸溶液、碱溶液、有机溶液(如甲醇、乙醇等)等。
优选的,个中所运用的二氧化碳气体征求但不限于工业坐蓐的高纯度二氧化碳、燃烧废气、工业废气和大气中补集并搜集的二氧化碳、干冰完美电竞、液体二氧化碳等。
优选的,个中所运用的二氧化碳融解罐、阴阳离子调换剂罐材质征求但不限于有机玻璃、玻璃钢、碳钢、锰钢等。
优选的,所述的二氧化碳融解罐、阴阳离子调换剂罐的内衬征求但不限于橡胶、四氟乙烯等。
优选的,个中所运用的内轮回泵征求但不限于来去泵、柱塞泵、活塞泵、隔阂泵、转子泵、螺杆泵、液环泵、齿轮泵、滑片泵、罗茨泵等。
优选的净化碳,所述的内轮回泵,其材质征求但不限于铸铁、铸铝、316l、双相钢、塑料、玻璃、陶瓷、石墨、铸钢、铸铜、钛合金、铝合金、衬氟等。
优选的,个中所运用的贯穿管道质料征求但不限于金属(如镀锌管、铜管、不锈钢管、碳钢管、锰钢管等)、塑料(如pe、pvc、upvc等)、塑复金属、衬氟、衬塑等。
内轮回二氧化碳再表行艺完毕高容量潜壳离子调换剂的同时脱盐与碳减排。个中愚弄二氧化碳气体的两性,到达对阴阳离子调换剂的同时再生。
氢离子到达肯定浓度值后或许再生阳离子调换剂,用氢离子庖代其上的阳离子m^+(如钙、镁、钠、钾等离子):
编造中节余的碳酸氢根与m^+构成碳酸氢盐溶液进入阴离子调换剂从而再生阴离子调换剂上集合的阴离子a^-(如氯离子、硫酸根、硝酸根等):
此时造成的盐溶液ma或许提拔轮回水中的盐度,从而提拔离子强度,使二氧化碳的融解度升高,于是融解更多的二氧化碳进入轮回水,从而使轮回水或许持续再生阳离子调换剂和阴离子调换剂,直至通盘编造到达均衡。同时,再生阳离子调换剂造成洪量的碳酸氢盐,升高了轮回水的碱度,使轮回水的ph上升,从而使融解的碳酸进一步解离天生碳酸氢根,提拔再天生果和二氧化碳气体的愚弄率。
因而,通过内轮回编造,本发现凯旋将塞流式反映器(pfr)转型为连接搅拌反映器编造(cstr)从而延伸了再生的接触光阴,升高了再天生果,裁减了二氧化碳用量。而且,因为再生进程中运用紧闭编造,二氧化碳不再随再生举行而接连排放。
本发现公然了一种运用二氧化碳行为再生药剂的复合型离子调换脱盐减排工艺,本发现通过编造内轮回方法完毕将塞流式反映器(pfr)转化为连接搅拌反映器编造(cstr)完毕阴阳离子调换剂通过二氧化碳气体(征求但不限于工业坐蓐的高纯度二氧化碳、工业废气、燃烧废气和大气中补集并搜集的二氧化碳、干冰、液体二氧化碳等)的高效再表行艺。该措施凯旋完毕低压二氧化碳气体对阴阳离子调换剂的同时再生,而且将再生光阴从固定床编造(pfr)的15个幼时低落至90分钟,将再天生果比固定床编造提拔三倍以上,再生压力低落30%。该工艺使愚弄工业排放的低纯度(30-50%)二氧化碳废气举行水体脱盐成为或许,且同时完毕40%的碳减排。
本发现所述的一种同时完毕水体净化与碳减排的轮回二氧化碳再生离子调换手艺与现有手艺比拟,起码拥有以下几点有益成效:
(1)完毕二氧化碳气体再生装配对低盐(500–3000mg/l)生计污水、工业废水的独立管造;
(2)同时完毕水体硬度(如钙、镁等离子)、碱度(如氢氧根、碳酸根和碳酸氢根等)和常见盐(如钠盐、钾盐、卤离子盐、硫酸盐、硝酸盐等)的高效去除。个中硬度的去除成果可达95%,碱度的去除成果可达99%,盐的去除成果可达90%;
(3)管造每方水的二氧化碳运用量从已有手艺的30kg低落至0.5-1.8kg;
(4)二氧化碳的运用压力由已有手艺的15-20个大气压低落至3-15个大气压;
(13)再生进程中二氧化碳融解罐永远处于满水形态因而编造不再行为压力容器管造。
图4:本发现所述内轮回二氧化碳再表行艺所用的弱酸性阳离子调换剂的组织图;
图5:本发现所述内轮回二氧化碳再表行艺所用的强碱性阴离子调换剂的组织图;
图6:内轮回二氧化碳再表行艺完毕离子调换剂的同时脱盐与碳减排工艺的轮回水最优化体积比打算模子;
图7:支配停顿光阴为3.8分钟时区别运用一次性通过编造、二氧化碳内轮回编造和3%的碳酸氢钠和2%的盐酸溶液再生后的产水数据图;
图8:3%的碳酸氢钠溶液、二氧化碳一次性通过编造和二氧化碳内轮回编造的再生弧线图,个中,灰域代表二氧化碳内轮回编造所再生的氯离子总量;
图9:二氧化碳内轮回编造中氯离子的再天生果随再生光阴的合联弧线:阳树脂独立再生与阴阳树脂复合再生的再天生效比较图;
图11:本发现所述的内轮回二氧化碳再表行艺完毕离子调换剂的同时脱盐与碳减排工艺的苛重参数图;
图12:现有手艺中已有二氧化碳一次性通过编造与本发现所述二氧化碳内轮回编造产水进程中的二氧化碳消费占比的比较示贪图;
图13:坐蓐界限试验(2000方/天)中搜集的现实数据图,个中,数据搜集日期为2019年12月10日至2020年3月17日;
a是进水(生计污水厂排水)与出水(经历二氧化碳内轮回编造管造)的氯离子浓度比较图;
图14:两种强碱性阴离子调换剂(i型和ii型)正在坐蓐进程中连接五个产水轮回的离子占比图;
图15:区别将等体积的全新树脂和运用三个月的树脂浸入10%的氯化钠溶液中的色彩比较图;
图中:1:二氧化碳融解罐;2:阳离子调换剂罐;3:阴离子调换剂罐;4:耐高压轮回泵;5:阀门-5,6:阀门-6,7:阀门-7;8:阀门-8;9:阀门-9;10:阀门-10;11:阀门-11;12:阀门-12;13:阀门-13;14:阀门-14;15:阀门-15;16:阀门-16;17:阀门-17;18:阀门-18;19:二氧化碳布气板;20:压力表。
以下,将周到地刻画本发现。正在举行刻画之前,应该剖析的是,正在本仿单和所附的权益条件书中运用的术语不应诠释为节造于平常寓意和字典寓意,而应该正在许可发现人恰当界说术语以举行最佳诠释的规矩的底子上,凭据与本发现的手艺方面相应的寓意和观点举行诠释。因而,这里提出的刻画仅仅是出于举例分析目标的优选实例,并非贪图节造本发现的周围,从而应该剖析的是,正在不偏离本发现的心灵和周围的景况下,可能由其获取其他等价方法或订正方法。
以下实行例仅是行为本发现的实行计划的例子罗列,并错误本发现组成任何节造,本周围手艺职员可能剖析正在不偏离本发现的本质和构想的周围内的编削均落入本发现的包庇周围。除非迥殊分析,以下实行例中运用的试剂和仪器均为市售可得产物。
运用潜壳弱酸性阳离子树脂(图4)和i型强碱性阴离子调换树脂(图5)组合,用于去除现实污水厂的氯离子用于热电厂轮回冷却水(氯离子浓度条件150mg/l)。通过产水比较,该内轮回再生编造或许供给逾越90个床体的及格用水。云尔有手艺一次性通过编造的初始产水氯离子浓度依然逾越150,无法坐蓐及格用水。
运用弱酸性聚甲基丙烯酸阳离子树脂和ii型强碱性阴离子树脂组合,用于去除自来水中的硫酸根。个中一次性通过编造的硫酸根再天生果仅为5%,而内轮回再生工艺所供给的硫酸根再天生果为30%。
运用潜壳弱酸性阳离子树脂和i型强碱性阴离子树脂组合,用于去除水中超标的硬度和硫酸根。个中一次性通过编造的硫酸根再天生果仅为7%,而无别压力下内轮回再生编造所供给的硫酸根再天生果为30%。
运用弱酸阳离子树脂和ii型强碱性阴离子树脂组合,用于去除水体中超标的硬度和硝酸根。个中,一次性通过编造的硝酸根再天生果仅为3%,而无别压力下内轮回再生编造所供给的硝酸根再天生果为25%。
运用弱酸阳离子调换纤维和ii型强碱性阴离子树脂组合,用于自来水软化。个中一次性通过编造的二氧化碳愚弄率仅为7%,而无别压力下内轮回再生编造所供给的二氧化碳愚弄率为40%。
运用弱酸阳离子调换树脂和ii型强碱性阴离子树脂组合,用于糖厂杂质去除完美电竞,个中一次性通过编造的二氧化碳消费量为4.5kg/方,而无别压力下内轮回再生编造的二氧化碳消费量仅为0.8kg/方。
运用潜壳弱酸阳离子树脂和i型强碱阴离子树脂组合,用于坐蓐界限试验(图14)以轮回运用生计污水。其日产水量到达2000方,管造本钱仅为原有反渗入筑造的三分之二,而且耗电量大大低落,因而证明,该工艺有贸易化潜力和寻常的运用远景。
关于无法排放浓水的企业,二氧化碳内轮回编造脱盐不须要运用古代的酸、碱、盐再生剂,大大低落二次污染,升高产水率,为缺水地域回用水供给了可行工艺。
图1是内轮回二氧化碳再表行艺完毕离子调换剂的同时脱盐与碳减排示贪图。个中工场排放的含二氧化碳废气可搜集后用于再生复合型阴阳离子调换剂,复合型阴阳离子调换剂或许对工场排放的污水和废水举行脱盐回用。
图2是内轮回二氧化碳崇高再生编造组织示贪图,图2中阀门7-10为取样口阀门。
(2)仅翻开阀门-6、阀门-11、阀门-12、阀门-13、阀门-14、阀门-15,修筑内轮回管道;
(5)待肯定再生光阴或取样口浓度不再发作改观后截至内轮回泵4,紧闭阀门-5,由阀门-8泄压并排水;
(1)仅翻开阀门-8、阀门-9、阀门-11、阀门-12、阀门-13组成产水编造;
(2)由阀门-9处通入待管造水体(进水),待管造水体首进步入阴离子调换剂罐3举行阴离子调换管造,然后管造后的水从阴离子调换剂罐3排出后经阀门-13、阀门-12进入阳离子调换剂罐2举行阳离子调换管造,然后管造后的水从阳离子调换剂罐2排出后经阀门-11、阀门-8,由阀门-8处搜集管造后水体(出水);
(3)待管造出水到达/逾越用水轨范时截至产水,编造进入再生轮回中。个中一次性通过编造的操作流程为:
(1)仅翻开阀门-6、取样口阀门-8、取样口阀门-10、阀门-11、阀门-12、阀门-13、阀门-14、阀门-15、阀门-16;
(2)由取样口阀门-8处加水,直至水从取样口阀门-10处排出,此时编造中为满水形态;
(5)编造安祥后从容调治9,至流速安祥后愚弄二氧化碳气瓶压力产水直至所需床体数或二氧化碳融解罐中水量耗尽。
图3是内轮回二氧化碳卑劣再生编造组织示贪图,12、15-18为取样口阀门。
(1)仅翻开阀门11、17完美电竞、18,从17处插手适量轮回水,随后紧闭全部阀门;
(5)待肯定再生光阴或取样口浓度不再发作改观后截至内轮回泵,紧闭阀门-5,由取样口15泄压并排水;
(4)待管造出水到达/逾越用水轨范时截至产水,编造进入再生轮回中。个中一次性通过编造的操作流程为:
(2)由阀门18处加水,直至水从阀门12处排出,紧闭阀门12,并翻开阀门17净化碳,持续加水至水从阀门17处排出,此时编造中为满水形态;
(5)编造安祥后从容调治水阀17,至流速安祥后愚弄二氧化碳气瓶压力产水直至所需床体数或二氧化碳融解罐中水量耗尽。
图6为本发现所述内轮回二氧化碳再表行艺完毕离子调换剂的同时脱盐与碳减排工艺的轮回水最优化体积比实习数据与打算模子,用于确定差异调换剂组合的最优轮回水体积。
本发现所述内轮回二氧化碳再表行艺完毕离子调换剂的同时脱盐与碳减排工艺与已有一次性通过编造工艺的产水水质与再天生果举行比较。个中图7是是支配停顿光阴为3.8分钟时区别运用一次性通过编造、二氧化碳内轮回编造和3%的碳酸氢钠和2%的盐酸溶液再生后的产水数据;图8是3%的碳酸氢钠溶液、二氧化碳一次性通过编造和二氧化碳内轮回编造的再生弧线,个中,灰域代表二氧化碳内轮回编造所再生的氯离子总量;图9是二氧化碳内轮回编造中氯离子的再天生果随再生光阴的合联弧线是阳树脂独立再生与阴阳树脂复合再生的再天生效比较。可能察觉,当接触光阴仅为30分钟时,通过再生阳树脂获得的碳酸氢根仅为3000mg/l,而将接触光阴延伸至90分钟后通过再生阳树脂所得的碳酸氢根浓度到达7000mg/l以上,而若使已有手艺的空床接触光阴到达90分钟,再生总光阴将从先有的15个幼时升高到45个幼时,再生光阴进一步延伸,急急障碍该手艺的现实运用。而本发现将原有的塞流式反映器订正为连接搅拌反映器编造,仅须要90分钟就可能杀青所需再生,而且阳树脂的再天生果提拔170%,通过插手阴树脂举行配合再生,阳树脂再天生果共提拔260%净化碳。而阴树脂再生率相较于已有手艺升高4-5倍。
图11是本发现所述的内轮回二氧化碳再表行艺完毕离子调换剂的同时脱盐与碳减排工艺的苛重参数。个中a是连接三个轮回水体脱盐进程中,二氧化碳内轮回工艺与已有工艺(3%碳酸氢钠再生与二氧化碳一次性通过编造)的再生容量比较;b是二氧化碳内轮回工艺与已有工艺的管造本钱和产水率比较。通过比较察觉本发现所述的二氧化碳内轮回工艺低落管造本钱的同时完毕了与古代3%幼苏打再生附近的产水率。
图12是已有二氧化碳一次性通过编造与本发现所述二氧化碳内轮回编造产水进程中的二氧化碳消费占比的比较示贪图。个中,关于已知现实水样,现有手艺中的一次性通过编造的吨水管造二氧化碳消费为30kg,而本发现所述内轮回编造的吨水管造消费仅为1.5-2.0kg。现有手艺中的一次性通过编造中二氧化碳的消费占比仅为7%,而本发现所述二氧化碳内轮回编造的消费占比亲热40%,阐明本发现所述内轮回工艺有用升高了二氧化碳的愚弄成果。现有手艺中的一次性通过编造中排入大气的二氧化碳占比逾越80%,而本发现所述内轮回工艺的二氧化碳排放低于60%,进一步证明本发现所述内轮回编造提拔了二氧化碳愚弄率,而且低落碳排放。
图13是坐蓐界限试验(2000方/天)中搜集的现实数据,个中,数据搜集日期为2019年12月10日至2020年3月17日。a是进水(生计污水厂排水)与出水(经历二氧化碳内轮回编造管造)的氯离子浓度比较;b是同期管造前后的融解性总固体浓度比较;c是二氧化碳内轮回日产水量数据;d是二氧化碳内轮回编造管造吨水的二氧化碳消费量数据;e是同期管造吨水的电量消费数据。
图14是两种强碱性阴离子调换剂(i型和ii型)正在坐蓐进程中连接五个产水轮回的离子占比。个中,i型树脂中硝酸根和硫酸根的积聚彰着,经历五次再生后亲热50%的树脂容量被氯离子、硝酸根和硫酸根霸占,导致编造管造本领低落,管造本钱升高;ii型树脂经历五次运用和再生后有20%的树脂容量被氯离子、硝酸根和硫酸根霸占,分析关于二氧化碳再生工艺,ii型树脂的再生加倍满盈。
将全新树脂与运用三个月后的树脂的容量举行实习比较。个中图15是区别将等体积的全新树脂和运用三个月的树脂浸入10%的氯化钠溶液中的色彩比较,个中黄色因素为污水中存正在有机物(如腐殖酸、黄腐酸等);图16是i型和ii型树脂的容量改观,个中i型树脂的初始容量较高,经历三个月运用后均为浮现彰着的容量衰减。
以上实行例仅用以分析本发现的手艺计划,而非对其举行节造;尽量参照前述实行例对本发现举行了周到的分析,关于本周围的遍及手艺职员来说,仍旧可能对前述实行例所纪录的手艺计划举行编削,或者对个中部门袂艺特质举行等同交换;而这些编削或交换,并不使相应手艺计划的性质离开本发现所条件包庇的手艺计划的心灵和周围。一种同时杀青水体净化与碳减排的轮回二氧化碳新生离子互换体系及工艺的创造完美电竞手腕