CN115353233A - 一种高盐高色度水热液的耦合处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高盐高色度水热液的耦合处理方法，它涉及水热技术领域。本发明方法包括臭氧预处理、电渗析处理；所述臭氧预处理是采用实验室的臭氧发生器开展相关实验，通过单因素控制变量法，探究臭氧接触时间、pH值、臭氧浓度以及离子强度等因素对水热液中有机物的分解脱色和转化机理。本发明通过采用臭氧预处理，能够显著的提高大分子物质的降解效率，进而提高电渗析过程膜组件的使用寿命；过采用臭氧预处理耦合电渗析组合工艺，有效解决了单独电渗析处理过程膜“污堵”问题，而且还实现了盐离子的高效分离，成功解决了类似的水热处理液在水热技术工程转化中的痛点问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是水热技术领域，具体涉及一种高盐高色度水热液的耦合处理方法。
背景技术
随着经济的快速发展，城镇化进程的推进，大量产生的生活垃圾与市政污泥成为了困扰城市管理者的主要环境问题。由于飞灰中丰富的氯盐、氧化钙、二氧化硅、氧化铁和氧化铝等有效化学成分可作为污泥处理的调理剂，促进污泥深度脱水以及重金属固定化；反之，污泥中脱出的水分能加快飞灰中可溶性氯盐的溶解，降低飞灰中Cl的含量，从而为飞灰与污泥的协同处理提供可能。前期本团队提出了水热协同处理焚烧飞灰与污泥的技术思路。随着水热反应的进行，污泥中的有机物(如：糖类、蛋白质等)也不断发生水解，导致水热液相中有机物的含量升高(COD可高达30g/L)。而且糖类的水解产物羰基与蛋白质的水解产物氨基在水热作用下生成的黑色大分子物质类黑精(Maillard反应)，还会使水热液相颜色加深，色度增大。此外，焚烧飞灰中溶解性氯盐的相迁移作用使得飞灰与污泥协同水热处理后大量的盐离子(如Cl-、SO4 2-、Na+、K+)溶出并迁移至液相，致使水热液相盐浓度极高，电导率(TDS)值高达60ms/cm。高有机物、高色度、高含盐量的水热液相，严重制约了飞灰与污泥协同水热技术的工程化转化。由于高色度的有机物不仅影响废水的膜分离脱盐效果，而且容易引起膜污染，破坏膜组件。因此，探索此类难处理废水的经济高效处理技术，对实现飞灰与污泥的协同处理与资源回收具有重要意义。
膜法处理不仅具有较好的污染物截留等特点，而且能耗相对较低，在高盐废水的处理中备受青睐。电渗析技术被认为是最有前景的脱盐技术，它借助于离子交换膜对离子的选择性，使高盐废水中的阴阳离子发生定向移动，实现对盐分高效分离的目的；焚烧飞灰与污泥协同水热处理后产生的水热液相不仅有机物含量高、色度大，而且盐离子浓度也极高，若直接采用电渗析技术对其进行脱盐处理，会导致膜表面有机物附着、累积，对膜孔径造成污堵，进而破坏膜结构，降低膜寿命。
臭氧因氧化性强、副产物少，脱色效果好等优势，在废水处理中得到广泛的研究与应用。有研究者采用臭氧预氧化研究超滤膜蛋白质污染控制时，指出：臭氧预处理后，膜污染显著降低；在臭氧接触预氧化5min内，便可将水中的少量牛血清蛋白聚积物保留在超滤膜表面，形成高孔、低过滤阻力的沉积层。臭氧预氧化10min或更长时间，牛血清蛋白便会发泡形成大团聚体，这些团聚体在臭氧反应器中被有效地去除，大大降低了水中污染物的负荷和随后的膜污染速率。
基于上述的研究分析，本发明采用臭氧预氧化耦合电渗析技术对此类高盐高色度的水热液相进行处理。利用臭氧预氧化对水热液相中高色度有机污染物进行分解，臭氧预处理的出水进入后续的电渗析装置，强化废水中盐分的分离，该组合工艺不仅有效解决了单独电渗析处理过程膜“污堵”问题，而且还实现了盐离子的高效分离，成功解决了类似的水热处理液在水热技术工程转化中的痛点问题，对水热技术的落地转化具有重要意义。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种高盐高色度水热液的耦合处理方法，解决单独电渗析脱盐过程高色度有机物对膜组件的“膜污堵”问题。该组合方法，包括臭氧预处理、电渗析处理；所述臭氧预处理是采用实验室的臭氧发生器开展相关实验，通过单因素控制变量法，探究臭氧接触时间、pH值、臭氧浓度以及离子强度等因素对水热液中有机物的分解脱色和转化机理。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种高盐高色度水热液的耦合处理方法，包括以下步骤：
1、准确量取一定体积的水热处理液(1L)加入到高25cm，直径8cm的圆柱形有机玻璃反应管内，打开氧气阀门，调节臭氧发生器电流和氧气流量，控制臭氧发生器的产量，待臭氧发生器稳定后开始计时，设定臭氧反应时间为5-30min，pH值为5-8，对水热处理液进行臭氧预处理；待反应结束，臭氧的出水进入电渗析装置。
2、所述步骤1中的电渗析装置是利用实验室的电渗析设备对臭氧预氧化后的水热处理液进行脱盐处理，采用正交实验法分别考察电流强度、pH值、接触面积等关键因子对主要盐离子的迁移规律，并结合膜厚度、膜的导电性等指标对膜性能进行评价。
3、实验所用的电渗析装置膜构型为1级2段，3个膜对，浓淡室均填充离子交换树脂，极室中也填充树脂以提高导电性。臭氧预氧化后的水热处理液经增压泵后一分为三作为浓水、淡水和极水，3股水流经膜堆分离后排入预先准备好的三个立体的有机容器内。在淡水、浓水管路上配有在线电导率仪及在线酸度计，用于监测浓淡水的电导率和pH。
作为优选，所述的步骤1的臭氧预处理采用臭氧预处理装置，所述臭氧预处理装置包括氧气罐、进气管、冷却水进水口、臭氧发生器、冷却循环水出水口、臭氧出气管、进水管和臭氧出水口，氧气罐通过顶部的氧气减压阀与进气管一端相连，进气管另一端与臭氧发生器相连，臭氧发生器上下不同端分别设置有冷却水进水口和冷却循环水出水口，臭氧发生器还通过臭氧出气管与圆柱形有机玻璃反应管内的水热处理液接触，圆柱形有机玻璃反应管上端还与进水管相连，圆柱形有机玻璃反应管侧边设置有臭氧出水口。
作为优选，所述的电渗析装置包括淡水槽、极水槽、浓水槽、蠕动泵、电渗析膜片和电渗析出水装置，电渗析膜片分别通过蠕动泵与淡水槽、极水槽、浓水槽相连，电渗析膜片还分别与极水槽、浓水槽和电渗析出水装置直接连接。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过采用臭氧预处理，能够显著的提高大分子物质的降解效率，进而提高电渗析过程膜组件的使用寿命。
(2)本发明通过采用臭氧预处理耦合电渗析组合工艺，有效解决了单独电渗析处理过程膜“污堵”问题，而且还实现了盐离子的高效分离，成功解决了类似的水热处理液在水热技术工程转化中的痛点问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的臭氧预处理装置示意图；
图2为本发明的电渗析处理装置示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：一种高盐高色度水热液的耦合处理方法，包括以下步骤：
1、准确量取一定体积的水热处理液(1L)加入到高25cm，直径8cm的圆柱形有机玻璃反应管内，打开氧气阀门，调节臭氧发生器电流和氧气流量，控制臭氧发生器的产量，待臭氧发生器稳定后开始计时，设定臭氧反应时间为5-30min，pH值为5-8，对水热处理液进行臭氧预处理；待反应结束，臭氧的出水进入电渗析装置。
2、所述步骤1中的电渗析装置是利用实验室的电渗析设备对臭氧预氧化后的水热处理液进行脱盐处理，采用正交实验法分别考察电流强度、pH值、接触面积等关键因子对主要盐离子的迁移规律，并结合膜厚度、膜的导电性等指标对膜性能进行评价。
3、实验所用的电渗析装置膜构型为1级2段，3个膜对，浓淡室均填充离子交换树脂，极室中也填充树脂以提高导电性。臭氧预氧化后的水热处理液经增压泵后一分为三作为浓水、淡水和极水，3股水流经膜堆分离后排入预先准备好的三个立体的有机容器内。在淡水、浓水管路上配有在线电导率仪及在线酸度计，用于监测浓淡水的电导率和pH。
所述的步骤1的臭氧预处理采用臭氧预处理装置，所述臭氧预处理装置包括氧气罐1、进气管2、冷却水进水口3、臭氧发生器4、冷却循环水出水口5、臭氧出气管6、进水管7和臭氧出水口8，氧气罐1通过顶部的氧气减压阀与进气管2一端相连，进气管2另一端与臭氧发生器4相连，臭氧发生器4上下不同端分别设置有冷却水进水口3和冷却循环水出水口5，臭氧发生器4还通过臭氧出气管6与圆柱形有机玻璃反应管内的水热处理液接触，圆柱形有机玻璃反应管上端还与进水管7相连，圆柱形有机玻璃反应管侧边设置有臭氧出水口8。
所述的电渗析装置包括淡水槽9、极水槽10、浓水槽11、蠕动泵12、电渗析膜片13和电渗析出水装置14，电渗析膜片13分别通过蠕动泵与淡水槽9、极水槽10、浓水槽11相连，电渗析膜片13还分别与极水槽10、浓水槽11和电渗析出水装置14直接连接。
实施例1：本实施例的高盐高色度废水的耦合处理方法包括臭氧预处理，如图1所示。本预处理采用氧气作为臭氧发生器的气源，流量调节范围为1-5L/min，开启冷却循环水，打开氧气减压阀，经进气管进入臭氧发生器；调节臭氧发生器上的电流大小控制臭氧的产生量，待臭氧浓度稳定后，通入待处理的高盐高色度废水中进行预处理。预处理后的出水进入后续电渗析装置。
本实施例的反应槽尺寸为20cm*20cm；电渗析采用恒压模式；电渗析处理装置如图2所示，其具体操作步骤如下：
首先，将配好的30g/L的氯化钠、硝酸钾分别加入至浓水槽、淡水槽内，开启蠕动泵，促使反应槽内的水循坏，并检查管道的密封性。确保反应管路密封完好的情况下，以臭氧处理出水代替硝酸钾加入淡水槽内。开启蠕动泵，待水样正常循环后启动电源。
在9V的恒压模式下(6片电渗析膜)进行臭氧预处理后出水的脱盐试验。记录初始加入的臭氧出水和氯化钠的体积(液位高度)，初始的电流值、电导率、pH值以及TDS(总溶解性盐浓度)。
反应连续运行4h，在反应进行至10min、20min、30min、60min、120min以及240min进行采样监测。分析反应体系液位、电流值、电导率、pH值以及TDS(总溶解性盐浓度)的变化。反应结束后，先关闭电源再关闭蠕动泵。
最后，将浓水槽、淡水槽内的电解液更换成自来水，开启蠕动泵对电渗析膜进行清洗，重复2-3次至反应槽内的自来水无变化。
试验结果如下表所示：
表1电渗析脱盐
试验结果数据表明：随着电渗析装置的运行，臭氧出水中的含盐量在逐步降低；电流在不断减小，电导率以及总溶解性盐(TDS)也因盐离子的不断分离而降低；电渗析处理1h，脱盐率在24％左右，随着电渗析延长至4h，电渗析脱盐率超过65％。结果证实，经臭氧脱色处理后的水热液，经过后续电渗析处理，脱盐效率有了显著提高，膜的污染明显降低。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种高盐高色度水热液的耦合处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1、准确量取的1 L水热处理液加入到高25cm，直径8cm的圆柱形有机玻璃反应管内，打开氧气阀门，调节臭氧发生器电流和氧气流量，控制臭氧发生器的产量，待臭氧发生器稳定后开始计时，设定臭氧反应时间为5-30 min，pH值为5-8，对水热处理液进行臭氧预处理；待反应结束，臭氧的出水进入电渗析装置；
2、所述步骤(1)中的电渗析装置是利用实验室的电渗析设备对臭氧预氧化后的水热处理液进行脱盐处理，采用正交实验法分别考察电流强度、pH值、接触面积等关键因子对主要盐离子的迁移规律，并结合膜厚度、膜的导电性等指标对膜性能进行评价；
3、实验所用的电渗析装置膜构型为1级2段，3个膜对，浓淡室均填充离子交换树脂，极室中也填充树脂以提高导电性；臭氧预氧化后的水热处理液经增压泵后一分为三作为浓水、淡水和极水，3股水流经膜堆分离后排入预先准备好的三个立体的有机容器内；在淡水、浓水管路上配有在线电导率仪及在线酸度计，用于监测浓淡水的电导率和pH。
2.根据权利要求1所述的一种高盐高色度水热液的耦合处理方法，其特征在于，所述的步骤(1)的臭氧预处理采用臭氧预处理装置，所述臭氧预处理装置包括氧气罐(1)、进气管(2)、冷却水进水口(3)、臭氧发生器(4)、冷却循环水出水口(5)、臭氧出气管(6)、进水管(7)和臭氧出水口(8)，氧气罐(1)通过顶部的氧气减压阀与进气管(2)一端相连，进气管(2)另一端与臭氧发生器(4)相连，臭氧发生器(4)上下不同端分别设置有冷却水进水口(3)和冷却循环水出水口(5)，臭氧发生器(4)还通过臭氧出气管(6)与圆柱形有机玻璃反应管内的水热处理液接触，圆柱形有机玻璃反应管上端还与进水管(7)相连，圆柱形有机玻璃反应管侧边设置有臭氧出水口(8)。
3.根据权利要求1所述的一种高盐高色度水热液的耦合处理方法，其特征在于，所述的电渗析装置包括淡水槽(9)、极水槽(10)、浓水槽(11)、蠕动泵(12)、电渗析膜片(13)和电渗析出水装置(14)，电渗析膜片(13)分别通过蠕动泵与淡水槽(9)、极水槽(10)、浓水槽(11)相连，电渗析膜片(13)还分别与极水槽(10)、浓水槽(11)和电渗析出水装置(14)直接连接。
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