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海水淡化水矿化工艺研究

作　者: 刘宏伟
导　师: 张宏伟
学　校: 天津大学
专　业: 市政工程
关键词: 海水淡化水 矿化 Ca2+ CCPP LSI 水质稳定
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


海水淡化目前在全球发展迅速，很多缺水的城市已经在大量的使用海水淡化水作为城市用水的必要补充。海水淡化水的各项水质指标均优于自来水，一方面由于其水质过于纯净，基本不含矿物质，长期饮用会对人体健康产生危害；另一方面由于硬度、碱度低等特点，直接用于市政供水往往会出现红水或者黄水现象，引发用水安全问题。要解决上述问题，就必须对海水淡化水进行相应的后处理，提高水中的矿物质含量，增加海水淡化水的硬度、碱度，在该领域国外已经有实际的工程应用，但我国却缺少足够的研究与工程应用。本文对海水淡化水的二氧化碳酸化溶解方解石后处理工艺进行相关的研究。通过相应的模拟试验装置，研究各工艺参数对矿化出水水质的影响，并建立了基于化学动力学的反应模型，为海水淡化水的后处理提供理论基础。试验结果表明：出水的钙离子浓度随着进水二氧化碳分压的增大而增大，但是较大的进水二氧化碳分压会导致出水浊度超标的问题，适宜的进水二氧化碳分压为10kPa左右；水力停留时间越长，矿化效果越好，但12min以后，钙离子的增加速率明显变缓；进水二氧化碳分压和水力停留时间一定时，流速越大矿化效果越好，但是浊度也会随着流速的增大显著提高；方解石粒径对矿化效果有显著的影响，矿化处理的方解石粒径宜为510mm；出水的pH都呈酸性，具有较强的腐蚀性，需要进行pH调整，向矿化出水中曝气（空气）是较适宜的pH调节方式。通过化学热力学平衡原理推导出了出水钙离子浓度随着进水二氧化碳分压的函数关系，并通过化学动力学理论以及离子扩散理论建立了矿化反应模型。模型的预测结果显示，进水二氧化碳分压<10kPa，水力停留时间<12min时，模型预测结果的精度大于90%，可作为工艺设计的理论依据。从相关的水质稳定性指数分析，钙离子浓度比碱度对水质稳定性的影响要大，pH对水质稳定性的影响较大并与水体的钙离子和碱度有关。矿化出水经过pH调节后，pH：88.5，Ca2+：3240mg/L，此时4<CCPP<10、LSI>0，水质稳定性较好。根据试验室小试情况，对本工艺用于淡化水后处理的运行成本进行了估算，约为0.432元/m3。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-21
  1.1 课题背景及研究意义  9
    1.1.1 课题背景  9
    1.1.2 课题的提出及研究意义  9
  1.2 海水淡化相关技术  9-11
    1.2.1 海水淡化的发展  9-10
    1.2.2 海水淡化技术  10-11
  1.3 淡化水矿化方法  11-16
    1.3.1 添加药剂  12-13
    1.3.2 与其他水源掺混  13
    1.3.3 溶解矿石  13-16
  1.4 碳酸钙溶解过程的反应模型  16-17
  1.5 水质化学稳定性  17-19
    1.5.1 pH  17-18
    1.5.2 硬度  18
    1.5.3 碱度  18-19
    1.5.4 朗格利尔饱和指数  19
    1.5.5 碳酸钙沉积势  19
  1.6 研究内容  19-21
第二章 矿化试验及分析方法  21-30
  2.1 试验药剂及仪器  21-22
    2.1.1 试验药剂  21
    2.1.2 试验仪器  21-22
  2.2 试验装置及流程  22-25
    2.2.1 试验装置  22-24
    2.2.2 试验流程  24-25
  2.3 结果分析方法  25-30
    2.3.1 试验室指标分析方法  25-26
    2.3.2 腐蚀常数  26-30
第三章 矿化试验结果分析  30-40
  3.1 二氧化碳分压对矿化效果的影响  30-31
  3.2 水力停留时间对矿化效果的影响  31-32
  3.3 流速对矿化效果的影响  32-33
  3.4 方解石粒径对矿化效果的影响  33-34
  3.5 多因素对矿化效果的影响  34-35
    3.5.1 二氧化碳分压和水力停留时间对矿化效果的影响  34-35
    3.5.2 二氧化碳分压和流速对矿化效果的影响  35
  3.6 矿化过程中其他水质指标分析  35-39
    3.6.1 碱度与钙离子的关系  36
    3.6.2 pH 与钙离子的关系  36-37
    3.6.3 浊度与进水二氧化碳分压的关系  37-38
    3.6.4 浊度与流速的关系  38-39
  3.7 本章小结  39-40
第四章 矿化模型分析与应用  40-50
  4.1 反应的热力学平衡  40-45
    4.1.1 热力学平衡常数  40-42
    4.1.2 二氧化碳-水体系的平衡  42-43
    4.1.3 二氧化碳-碳酸钙-水体系的平衡  43-45
  4.2 反应模型的建立  45-46
    4.2.1 反应速率  45-46
    4.2.2 反应模型建立  46
  4.3 模型的求解与验证  46-49
    4.3.1 模型的求解  46-47
    4.3.2 模型的验证  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 矿化后淡化水的稳定性与成本分析  50-64
  5.1 矿化出水的 PH 调节  50-54
    5.1.1 加 NaOH  50-52
    5.1.2 曝气（空气）  52-54
  5.2 朗格利尔饱和指数（LSI）  54-58
    5.2.1 钙离子对 LSI 的影响  54-55
    5.2.2 碱度对 LSI 的影响  55
    5.2.3 pH 对 LSI 的影响  55-56
    5.2.4 矿化出水的 LSI 分析  56-58
  5.3 碳酸钙沉积势（CCPP）  58-62
    5.3.1 钙离子对 CCPP 的影响  58-59
    5.3.2 碱度对 CCPP 的影响  59
    5.3.3 pH 对 CCPP 的影响  59-60
    5.3.4 矿化出水的 CCPP 分析  60-62
  5.4 矿化处理成本分析  62
  5.5 本章小结  62-64
第六章 结论  64-66
  6.1 结论及创新点  64-65
    6.1.1 结论  64
    6.1.2 创新点  64-65
  6.2 建议及不足  65-66
参考文献  66-70
发表论文和参加科研情况说明  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 给水工程（上水道工程） > 净水工程（给水处理）
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