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    撬装电渗析系统


    废水来源于印染工业,前期经过AO处理,具体工艺见2.4,原排放废水悬浮物含量较高,经过前期处理后的出水达到COD200~250mg/L,废水色度80~100倍,电导率2810us/cm左右。水量500~800 m3/d,以600 m3/d进行设计计算。
    一、设计条件
    1.1 水质指标

    废水来源于印染工业,前期经过AO处理,具体工艺见2.4,原排放废水悬浮物含量较高,经过前期处理后的出水达到COD200~250mg/L,废水色度80~100倍,电导率2810us/cm左右。水量500~800 m3/d,以600 m3/d进行设计计算。

    1.2 处理要求

    ①使用EDR处理。
    ②回用废水再生资源。
    二、工艺流程
    2.1 电渗析工艺简介
    电渗析(ED,Electrodialysis)是指在直流电场的作用下,溶液中带电离子定向迁移,选择性透过离子交换膜并得以去除的一种电化学膜分离技术。

    电渗析技术以电位差为推动力,利用阴、阳离子交换膜对阴、阳离子的选择透过性,实现溶液中呈离子状态的溶质与溶剂分离的物理化学过程。广泛应用于苦咸水或海水的淡化、无机盐溶液浓缩,有机物脱盐精制等。

    电渗析膜组器由阴、阳离子交换膜和浓、淡水隔板按一定规律交替叠装,两端设置电极,再以夹紧装置模块化。如图1所示,当含盐水通过电渗析膜组器时,在直流电场作用下产生离子定向迁移,即阳离子向阴极方向迁移,阴离子向阳极方向迁移,由于离子交换膜具有选择透过性,阴离子交换膜只能让阴离子通过,阳离子交换膜只能让阳离子通过,结果淡水室中的阴离子向阳极方向迁移,透过阴膜进入浓水室;阳离子向阴极方向迁移,透过阳膜进入浓水室;而浓水室中的阴、阳离子,虽然也在直流电场的作用下,分别向阳极和阴极方向迁移,但由于受到隔室两侧阳膜和阴膜的阻挡,无法迁出浓水室,从而留在浓水室中,这样,浓水室因阴、阳离子不断进入而浓度提高,淡水室因阴、阳离子不断移出而使浓度下降,通过隔板特制的孔,分别将各浓、淡隔室的水流汇聚引出,便产生两股主水流,脱盐水和浓缩盐水。

    2.2 倒极电渗析工艺介绍

    频繁倒极电渗析技术(EDR)是在电渗析(ED)的基础上发展起来的,每隔一定时间,正负电极极性相互倒换-称频繁倒极,同时浓水隔室和淡水隔室亦相应调换,起到自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢,以确保脱盐率长期稳定。
    EDR除垢原理:电渗析运行过程中产生的污垢主要有三类:即由电极反应(在极室)和极化(在膜堆内)产生的主要是钙、镁的碳酸盐污垢,在浓水中(主要在浓室内)因过饱和而慢慢析出的主要是钙镁的硫酸盐污垢,在直流电场作用下,带电物质在膜表面的沉积物(浓、淡隔室都可能)主要是有机物、胶体和微生物等。极化结垢大多发生在浓室的阴膜面上,也就是发生在阴膜的阳极面上,因为这里呈现碱性,存在钙镁沉淀的条件。电极极性倒换后,浓、淡室相应地发生变化,即原来的浓室成为淡室,原来的淡室成为浓室,原来在阴膜面上的沉积物逐渐溶解(因此时这里显酸性)、而在阴膜的另一面上又逐渐沉积起来,因为电极极性频繁倒换,致使钙镁垢物没有生成条件,便起到自身清洗作用。在负极上因电极反应可生成还没沉淀结垢,因频繁倒换电极极性,同样会使结垢难以生成,并具有自身清洗作用,对于硫酸盐结垢和有机物胶体、微生物的污垢,同样也因频繁倒换电极,使其难以形成沉积或粘附,而随水流排出。这样就保证了膜的选择透过性和电极的导电性能,其脱盐率得到保证使出水水质稳定。同时由于电渗析内部沉积物的减少,保证了设备压力稳定,从而也就保证了设备的产水量稳定。
    2.3 电渗析进水水质要求
    1) 浊度或SS:≤1mg/L
    2) COD:≤100mg/l(对于处理对象为有机物的除外)
    3) pH:2-12(进水硬度>100mg/L时,pH<5.0;Fe、Mn>5mg/L时,pH<2.0)
    4) 不含后絮凝/沉淀物质,即在膜组器中会累积絮凝析出的物质,测试方法为样品经静置24h以上后,测试SS还是<1 mg/L
    5) 石油类、油脂类等油类物质:≤0.1mg/L
    6) 水温:20~40℃,最佳25-35℃
    7) 用于工业废水处理或物料脱盐时,含盐量应低于150g/L。
    注:在上述要求的水质下膜堆寿命可以达到最长,使用超出该要求的水质可能对膜寿命产生影响。
    2.4 污水处理工艺
    系统污水处理 工艺如下,本项目方案只针对整个工艺中的EDR工艺段的方案。

    2.5 水质分析

    纺织品在加工过程中,投加了许多化学药剂,其产生的工业废水中污染物主要来源是原料上的污物、油类和脂类,以及纺织印染中添加的工种浆料、染料、表面活性剂、助剂、酸、碱等。印染废水的特点是水量大,色度高、pH变化大,BOD/COD比值低,可生化性较差。

    本项目采用电渗析处理印染废水,前期经过一系列处理基本达到国家排放标准限值,本项目在此基础上进一步采用EDR处理,达到回用水的目的。

    每天600 立方。按20h/d计算,相当于30 m3/h,进水电导2810us/cm,设计进水以含盐量3000mg/L计,以自来水TDS500mg/L指标作为淡水出水指标进行回用。

    本项目废水预处理拟采用一级电渗析进行浓缩与淡化。

     

    2.6 电渗析水盐平衡计算

    说明:

    1.采用一级电渗析循环浓缩,ED系统运行方式:连续运行:初始采用批次运行,达到预定浓度后,调节ED系统排出浓水与淡水水量,再调节进入ED浓水循环水箱和淡水循环水箱的流量,使之达到进出水量及浓度的稳定动态平衡。

    2.ED系统脱盐量大约为63 kg/h,需要JRHE-12060/200型电渗析膜组器9台。

    3.ED系统脱盐率80%,淡水产水率82.6%。

    三、主要设备清单

    表1 电渗析主要设备清单

    序号

    设备名称

    规格型号

    材质

    单位

    数量

    备注

    1

    水箱

    2-20m3

    PP/PE/玻璃钢

    5

    自备

    2

    电渗析组器

    JRHE-12060/200 含输送泵,保安过滤器、换热器,机架、底座托盘等配件

    组合件

    8

     

    3

    仪表

    在线PH ,电导率仪,流量计,温度计,液位计,限位开关,电流电压表等

    组合件

    1

     

    4

    管阀件

    气动阀/电动阀,隔膜阀,取样阀,手动球阀管路管件配件等

    组合件

    1

     

    5

    电气控制

    PLC控制柜(含软件),高频开关电源,总进线柜,就地柜,各类电线电缆,桥架等

    组合件

    1

     


    注:1、上述设备清单不含电渗析预处理设备及配件等
           2、表中的自备设备主要为水箱/水池,需要用户提供。


    四、经济分析

    电渗析工作20h/d,330d/a,电价0.6元/kwh。

    表2  电渗析运行经济分析

    项目

    单位

    指标

    备注

    废水处理规模

    m3/h

    30

    2000mg/L TDS进水

    电耗

    装机功率

    kw

    113

     

    运行功率

    kw

    49.215

    整流器效率0.92

    每小时电耗

    kwh/h

    42.615

     

    吨水能耗

    kwh/

    1.421

    电渗析工作20h/d

    吨水电费

    /吨水

    0.852

    电价按0.6/kwh

    年运行电费

    万元/

    16.876

    330d/a

    膜折旧费用

    年折旧费

    万元/

    16.200

    膜折旧以5年计

    吨水折旧费用

    /吨水

    0.740

     

    总运行费用

    年总运行费用

    万元/

    33.076

     

    吨水运行费

    /吨水

    1.592

    均折算至原水水量

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