電滲析法處理廢水詳解

電滲析法處理廢水詳解電滲析概念與原理1.1概念利用半透膜的選擇透過性來分離不同的溶質(zhì)粒子的方法稱為滲析。在電場作用下進(jìn)行滲析時(shí)，溶液中的帶電的溶質(zhì)粒子通過膜而遷移的現(xiàn)象稱為電滲析。利用電滲析進(jìn)行提純和分離物質(zhì)的技術(shù)稱為電滲析法，它是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種新技術(shù)，最初用于海水淡化，現(xiàn)在廣泛用于化工、輕工、冶金、造紙、醫(yī)藥工業(yè)，尤以制備純水和在環(huán)境保護(hù)中處理三廢最受重視，例如用于酸堿回收、電鍍廢液處理以及從工業(yè)廢水中回收有用物質(zhì)等。1.2原理電滲析基本工作原理是在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。電滲析原理圖如圖1-1所示。電滲析裝置通常由離子交換膜、電極和夾緊裝置三部分組成。電滲析過程的實(shí)質(zhì)是電解質(zhì)離子在兩股液流間的傳遞，其中一股液流失去電解質(zhì)，成為淡化液，另一股液流得到電解質(zhì)，成為濃縮液。因此，電滲析過程脫鹽溶液中的離子以兩個(gè)基本條件為依據(jù)：1.在直流電場的作用下，使溶液中的陰、陽離子作定向移動；2.離子交換膜的選擇透過性使溶液中的離子作反離子遷移。電滲析工藝的電極和膜組成的隔室稱為極室，其中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)與普通的電極反應(yīng)相同。陽極室內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極水呈酸性，陽極本身容易被腐蝕。陰極室內(nèi)發(fā)生還原反應(yīng)，陰極水呈堿性，陰極上容易結(jié)垢。文獻(xiàn)報(bào)道及專利申請狀況2.1專利申請情況利用中國知網(wǎng)對近十年內(nèi)電滲析技術(shù)用于處理含酸/堿溶液的專利申請情況進(jìn)行了檢索并匯總（國內(nèi)專利），結(jié)果如圖2-1所示。從檢索結(jié)果可知，有關(guān)電滲析技術(shù)在含酸/堿溶液方面的應(yīng)用，申請的專利很少。近十年來，電滲析在酸液廢水中應(yīng)用的專利大概有19項(xiàng)，而電滲析在堿液廢水中的應(yīng)用大概有22項(xiàng)，并且電滲析在堿液廢水中應(yīng)用的相關(guān)專利是在近5年內(nèi)才出現(xiàn)的。2.2文獻(xiàn)發(fā)表情況利用中國知網(wǎng)對近十年內(nèi)電滲析技術(shù)用于處理含酸/堿溶液的文章發(fā)表情況進(jìn)行了檢索并匯總（國內(nèi)期刊），結(jié)果如圖2-2所示。從檢索結(jié)果可知，有關(guān)電滲析技術(shù)在含酸/堿溶液方面的應(yīng)用，發(fā)表的文章也不多，但呈現(xiàn)出增多的趨勢。以上結(jié)果說明電滲析技術(shù)在含酸/堿廢水中的應(yīng)用屬于新技術(shù)，可以作為工業(yè)水處理的儲備和前瞻性技術(shù)。電滲析技術(shù)的各種應(yīng)用3.1中高溫電滲析工藝電滲析器進(jìn)水溫度對脫鹽率的影響很大。隨溫度升高，水的黏性下降，從而水中離子的擴(kuò)散加快，膜及溶液的電導(dǎo)率上升，有利于離子遷移和透過離子交換膜，從而提高電流密度，降低處理費(fèi)用，增加脫鹽率。但溫度的升高上限還要由電滲析器的耐受程度決定，當(dāng)溫度升至40-50℃時(shí)，陰離子交換膜易分解，聚氯乙烯隔板也易變形。此外，水溫低于5℃時(shí)，電滲析脫鹽率明顯下降，且接近損壞離子交換膜的溫度。所以電滲析器溫度一般控制在5-40℃的中高溫范圍內(nèi)。3.2倒極電滲析（EDR）工藝EDR工藝是我國根據(jù)ED原理于1982年研制成功的一種新工藝，它每隔一定時(shí)間（一般為15-20min），倒換正負(fù)電極極性（頻繁倒極），這樣能自動清洗離子交換膜和電極表面的污垢，確保淡水的水質(zhì)水量、離子交換膜穩(wěn)定運(yùn)行和濃水排放量最少，倒極電滲析原理如圖3-1所示。EDR系統(tǒng)是由電滲析本體、整流器及自動倒極系統(tǒng)三部分組成，其倒極操作程序如下：1.轉(zhuǎn)換直流電源電極的極性，使?jié)?、淡室互換，離子流動反向進(jìn)行；2.轉(zhuǎn)換進(jìn)出水閥門，使?jié)狻⒌业墓┡潘到y(tǒng)互換；3.極性轉(zhuǎn)換后持續(xù)1-2min，將不合格淡水歸入濃水系統(tǒng)，然后濃、淡水各行其路，恢復(fù)正常運(yùn)行3.3雙極膜電滲析(EDMB)工藝EDMB工藝是一種獨(dú)特的電滲析過程。它通常由陽離子和陰離子交換膜疊合在一起形成，這兩種膜的通道構(gòu)成一個(gè)含水的中間層，在電場的作用下，首先將可能存在的離子遷移出中間層，然后通過解離水的作用在膜的陰、陽兩側(cè)分別產(chǎn)生H+離子和OH-離子。其最大的特點(diǎn)是可與其他陰離子交換膜、陽離子交換膜進(jìn)行巧妙組合，組成許多獨(dú)具特點(diǎn)的雙極膜電滲析工藝。與電解脫水法相比，能耗大大降低，并能從鹽溶液中生成等摩爾的酸和堿，所以此技術(shù)可用于廢酸、廢堿等物質(zhì)的再生和利用，降低物質(zhì)和能源的消耗，減低廢物排放，消除環(huán)境污染以及為某些酸和堿的分離與制備提供新的途徑，雙極膜電滲析的圖原理如圖3-2所示。3.4填充床電滲析(EDI)工藝填充床電滲析又稱電脫離子法，是將離子交換膜與離子交換樹脂有機(jī)地結(jié)合在一起，在直流電場的作用下實(shí)現(xiàn)除去水中已電離的或可電離的物質(zhì)的一種新型水處理技術(shù)。它利用電滲析過程中極化現(xiàn)象對離子交換填充床進(jìn)行電化學(xué)再生，它巧妙地集中了電滲析連續(xù)脫鹽與離子交換樹脂深度脫鹽這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，并且克服了它們的缺點(diǎn)，即電滲析過程的濃差極化現(xiàn)象和離子交換的化學(xué)再生過程。一般水中含鹽量為(50-15000mg/L)時(shí)都可使用，而對含鹽量低的水更為適宜。這種方法基本能夠除去水中全部離子，所以它在制備高純水及處理放射性廢水方面有著廣泛的用途。EDI過程原理如圖3-3所示。3.4離子交換膜為基礎(chǔ)的電滲析技術(shù)及應(yīng)用以離子交換膜為基礎(chǔ)的電滲析技術(shù)及應(yīng)用如表3-1所示。電滲析技術(shù)在廢水處理方面的應(yīng)用電滲析技術(shù)自20世紀(jì)50年代問世以來,已有近50多年歷史。目前電滲析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海水淡化、苦咸水淡化、超純水制備、工業(yè)廢水回收再利用,以及化工過程中的物質(zhì)分離、濃縮、提純、精制等，例如用電滲析法處理若干電鍍液,在氧化鋁生產(chǎn)中回收堿、鋁與工業(yè)水回用,從廢酸水中回收酸,處理含劇毒氰化物廢水,自來水脫氯等。電滲析可以用于廢酸廢堿及含鹽廢水的處理。污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對采用離子膜電解法對處理環(huán)氧丙烷氯醇化尾氣堿洗廢水進(jìn)行了研究。在電解電壓5.0V時(shí)，循環(huán)處理3h，廢水COD去除率可達(dá)78%，廢水中堿回收率可達(dá)73.55%，為后續(xù)生化單元起到良好的預(yù)處理作用。齊魯石油化工公司利用電滲析法處理高濃度復(fù)合有機(jī)酸廢水，濃度為3%～15%，無廢渣及二次污染，得到的濃溶液含酸20%~40%，可以回收處理，出水中含酸量可降至0.05%~0.3%。川化股份有限公司采用特殊電滲析裝置處理冷凝廢水，最大處理量為36t/h，濃水中硝酸銨體積百分比含量為20%，回收率達(dá)96%以上，合格淡水排放水中氨氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量≤40mg/L。工業(yè)排放的稀乙酸廢水中乙酸的含量在1%以下，回收廢水中稀乙酸的方法有萃取分離法、生化處理法、吸附法以及電膜分離法。ED法可以將廢水中乙酸濃度從2.5%濃縮到20%。雙極膜ED法可以將含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%乙酸廢水中的乙酸有效清除，廢水中乙酸濃度可以被濃縮到36%以上。用改性異相膜ED處理化纖廠去酸水，可把酸和鹽濃縮到了200g/L，再進(jìn)行多效蒸發(fā)可回收多余的Na2SO4，經(jīng)ED濃縮的H2SO4和ZnSO4溶液可返回凝固浴再用。廢水淡化后，溶解固體降到0.7g/L以下，無硬度，返回生產(chǎn)用作洗滌水。在電流密度24mA/cm2，濃淡水濃度比在10左右時(shí)，膜的鹽遷移量為0.4kg/(m2?h)左右。溶液遷移量濃縮時(shí)為1770mL/(m2˙h)，脫鹽時(shí)平均為396mL/(m2?h)。濃縮1t鹽的耗電量在300kWh，回收水溫在(35±2)℃的軟化水耗電10~13kW˙h/m3水。波蘭Dykuskikafal利用電滲析將硫酸鈉廢水電化學(xué)分解成硫酸和氫氧化鈉,產(chǎn)物均可返回流程，該法已工業(yè)化。日本KimuraToru等用電滲析回收了處理鋁印刷板表面的酸性廢水,并申請了專利。此外，由于產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的原因，排放的工業(yè)廢酸中常含有各種金屬離子，ED法也可以實(shí)現(xiàn)金屬離子和廢酸的回收。對于含銅、鐵、鎳離子的硫酸廢水，即使硫酸質(zhì)量濃度高達(dá)200g/L，金屬離子質(zhì)量濃度高達(dá)59%。然而，需要注意的是，電滲析法對進(jìn)水有一定的要求。這是因?yàn)檫M(jìn)水中的一些有害成分會對電滲析產(chǎn)生危害，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：1.在設(shè)備的水流通道和空隙中產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，水流阻力的不均勻改變也會使?jié)馑液偷抑械乃畨翰幌嗟龋瑖?yán)重時(shí)會使膜面破裂。水中夾帶的沙粒也會使膜產(chǎn)生機(jī)械性破損。2.水流通過電滲析隔板時(shí)，水中懸浮物附在膜面上，成為離子遷移的障礙，促使膜電阻增加和水質(zhì)惡