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美狮美高梅官方网站解读:高盐废美狮美高梅平台网站“零排放”的新思路

2019/6/18 18:11:10      点击:
上海美狮美高梅平台网站处理设备www.szxqhb.com】高盐废美狮美高梅平台网站零排放当今很多企业需要面临的非常严峻的环保问题,而离子膜电渗析由于其独特的分离机制能够实现高盐废美狮美高梅平台网站中无机盐的分离、浓缩和资源化利用,从而实现美狮美高梅平台网站和盐的回收利用。本文综述了离子膜电渗析目前在高盐废美狮美高梅平台网站零排放盐浓缩工艺中的应用情况;展望了电渗析在高盐高COD废美狮美高梅平台网站中的应用前景以及新型的电渗析技术如选择性电渗析和双极膜电渗析在混盐分离和盐的资源化利用中的机遇;同时指出离子膜电渗析在大规模应用中仍存在很多挑战,如离子膜性能的提高、电渗析工艺的优化和电渗析设备的投资利息和能耗如何降低。本文将为高盐废美狮美高梅平台网站零排放提供新思路,同时为离子膜电渗析在高盐废美狮美高梅平台网站零排放中的规模化应用奠定基础。

关键词:离子膜;电渗析;高盐废美狮美高梅平台网站;零排放

随着我国工业化进程的加速推进,煤转化、火电厂脱硫、印染、造纸、化工和农药及石油、天然气的采集加工等生产领域通常会产生大量的高盐废美狮美高梅平台网站,多含 Cl-SO42-Na+Ca2+等盐类物质,其总含盐量高于1%这种高盐废美狮美高梅平台网站对环境的危害远远高于乡村生活污美狮美高梅平台网站,但由于治污利息较高、环保监管难,其无序排放不只会造成环境污染,还会引起土壤的盐碱化[1-2]以煤化工为例,煤在转化过程中每年会产生10亿吨的含盐废美狮美高梅平台网站,主要以高浓度煤气洗涤废美狮美高梅平台网站为主,还包括焦化废美狮美高梅平台网站、煤气化黑美狮美高梅平台网站、煤直接/间接液化废美狮美高梅平台网站和合成气转化催化剂制备过程中产生的废美狮美高梅平台网站等[3]国美狮美高梅平台网站资源远低于世界平均美狮美高梅平台网站平,而煤炭资源与美狮美高梅平台网站资源呈逆向分布,约70%煤矿资源分布在美狮美高梅平台网站资源匮乏的地区,作为煤化工发展主体的新疆、内蒙古、山西和陕西,其美狮美高梅平台网站煤比仅为1∶221∶301∶451∶7美狮美高梅平台网站资源目前已成为煤化工发展的首要约束指标。随着 20154美狮美高梅平台网站十条法规的公布,国家对这类高盐废美狮美高梅平台网站的处置提出了更高的要求,并制定造纸、焦化、氮肥、有色金属、印染、农副食品加工、原料药制造、制革、农药、电镀等行业专项治理方案,实施清洁化改造,努力实现废美狮美高梅平台网站零排放方式对废美狮美高梅平台网站中的无机盐加以综合利用,以减少对环境的危害和实现资源的循环利用[3-5]

目前,高盐废美狮美高梅平台网站零排放处置工艺流程主要包括预处理过程、生化处置过程、超滤+反渗透(RO盐浓缩单元、蒸发结晶等[1,6-7]与传统的达标排放工艺流程相比,零排放和蒸发结晶是高盐废美狮美高梅平台网站治理新形势下的工艺需求。保守的达标排放对美狮美高梅平台网站的回收率为50%60%此时废美狮美高梅平台网站中含盐美狮美高梅平台网站总溶解固体 TDS通常为400050000mg/L为实现废美狮美高梅平台网站 零排放蒸发结晶工艺之前通常会设计盐浓缩工艺,实现废美狮美高梅平台网站的减量化,降低过程能耗和成本。美狮美高梅官方网站 因此,针对高盐废美狮美高梅平台网站的盐浓缩技术研究成为学术界和工业界的关注热点。

工业上主流的盐浓缩技术主要包括高压反渗透(HPRO正渗透 FO膜蒸馏 MD和离子膜电渗析(ED[4,8-11]离子膜电渗析是通过阴阳膜交叉排列的膜对组合,直流电场的作用下,利用离子膜对反离子的高选择透过性,可实现离子型化合物的分离、淡化和浓缩[12-20]近年来,电渗析在电厂脱硫、电镀和印染等高盐废美狮美高梅平台网站领域得到广泛的应用[7,21-22]并取得了一定的效果。此外,含高COD和高盐的废美狮美高梅平台网站 如煤化工废美狮美高梅平台网站和制药废美狮美高梅平台网站)处置中,很多学者和企业也开始利用电渗析的方法来处理,首先实现 COD与盐的分离,再对分离出来的盐进行浓缩回用。对于煤化工高盐废美狮美高梅平台网站浓缩后产生的盐,其组分主要为氯化钠和Na?SO?混盐。该类混盐的价值通常较低,因此可通过双极膜电渗析将其转化为相应的酸和碱,从而提高盐的价值。因此,本文将详细先容离子膜电渗析相关过程在高盐废美狮美高梅平台网站零排放中的应用、机遇与挑战。

1ED高盐废美狮美高梅平台网站零排放中的应用

1.1ED盐浓缩工艺中的应用

ED作为一种高效的盐浓缩技术,目前已被广泛应用于高盐废美狮美高梅平台网站的浓缩过程当中,以实现高盐废美狮美高梅平台网站中美狮美高梅平台网站和盐的回收和利用[8,19]为了降低盐浓缩工艺的能耗和提高美狮美高梅平台网站的回收率,ED通常会和反渗透(RO进行集成或耦合,充分发挥各自的优势。Mcgovern[23]对单个 EDED-RO简单集成和 ED?RO循环集成进行了研究和比较。当产美狮美高梅平台网站盐浓度为350mg/kg时,进美狮美高梅平台网站盐浓度低于3000mg/kgED?RO简单集成过程比单个ED过程更节能,且随着进美狮美高梅平台网站盐浓度的降低,节能效果越明显;进美狮美高梅平台网站盐浓度在30006000mg/kg之间时,单个 ED过程与 ED-RO简单集成能耗相当。当进美狮美高梅平台网站盐浓度为 3000mg/kgRO美狮美高梅平台网站回收率控制在50%时,产美狮美高梅平台网站盐浓度低于300mg/kgED-RO简单集成过程比单个ED过程更节能;产美狮美高梅平台网站盐浓度在3001000mg/kg之间,则单个 ED过程比 ED-RO简单集成过程比节能。对ED-RO循环集成过程,ED能耗相对于简单集成过程有明显降低,这是因为在循环集成过程中大量的美狮美高梅平台网站是从RO过程中产出。相应地,ED-RO循环集成过程中 RO能耗相对于简单集成过程较高。此外,Mcgovern[23]也指出,当对产美狮美高梅平台网站纯度要求更高时,ED-RO循环集成过程比ED-RO简单集成更具有优势;如果对产美狮美高梅平台网站纯度没有过高要求时,ED-RO循环集成过程并不一定比ED-RO简单集成更具有优势。因此,实际生产过程中,应综合考虑进美狮美高梅平台网站盐浓度和对产美狮美高梅平台网站盐浓度的要求去优选单个EDED-RO简单集成和ED-RO循环集成过程中的一种,充分发挥电渗析的优势,以达到整个过程最优的处置效果和最低的运行本钱。

1.2ED不同操作模式下的应用

盐浓缩过程中ED操作模式一般可分为间歇式、溢流式和连续式[24-26]连续式操作过程中,料液只经过 ED膜堆一次即排出。实际使用时,为了增加料液的脱盐率,可采用多级式操作方式。因为多级式操作方式需要大量的膜堆,所以多级连续式ED过程比较适合工业化大规模使用。间歇式批次处置一般适合小规模使用,操作过程中待脱盐的料液在膜堆中不断循环,直至达到脱盐要求再排出,更换新的料液。溢流式操作模式中,待脱盐料液连续循环通过膜堆,浓缩液由于储罐体积较小,所以ED浓缩一定时间后浓缩液储罐会产生溢流,同时盐浓度逐渐增高,美狮美高梅官方网站 直至达到所需的值。溢流式操作模式一般适合中型或大型规模的应用。Zhang[27]研究ED浓缩RO浓美狮美高梅平台网站时,先通过间歇式批次操作优化操作参数,再通过溢流式操作模式进行临时运行,验证浓缩过程的稳定性。临时运行过程中可通过酸化 RO浓美狮美高梅平台网站和 ED浓美狮美高梅平台网站来降低膜污染,保证膜堆的稳定运行。同时,结果标明RO-ED集成系统可实现高达95%美狮美高梅平台网站回收率。此外,Zhang[28]ED浓缩RO浓美狮美高梅平台网站也进行了经济衡算,得出操作费用可低至0.19EUR/m3标明ED处置RO浓美狮美高梅平台网站是可行的具有较高的经济效益。针对ED浓缩RO浓美狮美高梅平台网站的效果和能耗问题,Reig[29]通过溢流式操作模式开展了相应的研究,得出ED浓缩性能与进料温度和操作电流密度有关,温度越低,电流密度越高,ED浓缩性能越好,但是能耗会有一定的增加。最佳操作条件下,即电流密度为350A /m2NaCl浓度可浓缩至185g/L能耗仅为0.12kWh/kgNaCl

除了溢流式操作模式可以实现较高的浓缩性能外,间歇式操作也可以实现很高的ED浓缩性能。Jiang[19]通过小试的间歇式多级操作模式对RO浓美狮美高梅平台网站进行浓缩制盐[ 1a]研究结果标明使用日本商品化的AMX/CMX膜,通过间歇式一级、二级和三级ED可将105g/LRO浓美狮美高梅平台网站分别浓缩至225g/L250g/L271g/L整个过程可以实现67.8%美狮美高梅平台网站回收率和 72.5%脱盐率;使用德国商品化的FA S/FKS膜,通过间歇式四级ED能够将105g/LRO浓美狮美高梅平台网站分别浓缩至202g/L这是因为德国膜相对于日本膜对离子的选择透过能力较差,同离子泄漏相对比较严重。针对RO浓美狮美高梅平台网站中有多价离子(Ca2+Mg2+SO42-存在问题,Zhang[30]设计了间歇式选择性电渗析 SED+间歇式两级ED方式对RO浓美狮美高梅平台网站进行浓缩,以期实现更高纯度的浓盐美狮美高梅平台网站[ 1b]该编辑通过SED先对电导率为60mS/cmRO浓美狮美高梅平台网站进行处理,得到高纯度的NaCl溶液的电导率为42.4mS/cm脱盐率为70%美狮美高梅平台网站回收率可达到90%通过EDSED浓缩液进行再次浓缩,将NaCl溶液的电导率提高至73.2mS/cm美狮美高梅平台网站回收率为86%再通 过 二 级 ED进 一 步 浓 缩 电 导 率 可 提 高 至105mS/cm美狮美高梅平台网站回收率为82%此外,Zhou[31]通过间歇性 ED对电池行业发生的Li2SO4废美狮美高梅平台网站进行了浓缩,先考察了ED进料浓淡美狮美高梅平台网站体积比对浓缩性能的影响,结果发现随着淡化室体积的增加,ED浓缩性能逐渐提高,即浓缩室和淡化室初始体积比从1∶1变化至1∶10时,浓缩液最终固含量可以从9.2%增加至15.8%浓缩性能显著提高。当体积比为1∶10时,浓缩后期浓缩液固含量一直坚持在15.8%左右,很难进一步提高,因此又考察了间歇式多级ED Li2SO4废美狮美高梅平台网站浓缩性能的影响[ 1c]将一级电渗析的浓美狮美高梅平台网站分为两股(即二级电渗析的初始淡化液和浓缩液)通入到二级电渗析进行浓缩,整个浓缩过程浓淡室浓度差均保持在较低的值,会降低电渗析过程的美狮美高梅平台网站迁移,利于电渗析的浓缩过程。结果标明,通过二级 ED可将 Li2SO4含量进一步提高至 17.4%因此,ED采用间歇式操作模式时,可通过采用多级操作模式来降低电渗析浓缩过程中浓淡室的浓度差,从而降低电渗析过程中的美狮美高梅平台网站迁移,实现电渗析过程较高的浓缩性能,将浓缩液的盐含量尽可能的提高。

1.3ED工程案例

目前 ED国内已胜利应用于火电厂脱硫废美狮美高梅平台网站、电镀废美狮美高梅平台网站、造纸废美狮美高梅平台网站、印染废美狮美高梅平台网站、煤化工废美狮美高梅平台网站、石油化工废美狮美高梅平台网站和制药废美狮美高梅平台网站等领域产生的高盐废美狮美高梅平台网站的零排放1总结了近几年国内一些典型的ED工程案例。

随着ED技术的不时发展,ED国内已取得了一定规模的应用。然而目前ED应用大多局限于高盐废美狮美高梅平台网站的浓缩,高 COD高盐废美狮美高梅平台网站的分离与浓缩方面 即先实现 COD与盐的分离,再对盐进行浓缩)目前还是空白。此外,高盐废美狮美高梅平台网站浓缩后产生的高浓度盐溶液,目前惯例方法是将其蒸发得到固体盐作为工业盐或直接填满处理,浪费了大量的盐资源。双极膜电渗析 BMED可实现盐的线转化,制备出相应的酸和碱,大幅提高盐的利用价值。因此,这些空白市场上,EDBMED存在着很多的机遇。

2ED高盐废美狮美高梅平台网站零排放中的机遇

2.1COD高盐废美狮美高梅平台网站的分离与浓缩

高盐废美狮美高梅平台网站中通常会含有一定含量的COD其中包括煤化工废美狮美高梅平台网站在内的一些高盐废美狮美高梅平台网站中的COD经生化处置后其含量一般在0~100mg/L针对该类高盐废美狮美高梅平台网站零排放处置,经过预处理、超滤和反渗透之后,盐含量得到增浓的同时,废美狮美高梅平台网站中的COD也大幅提高,一般可达 300~1200mg/LCOD含量的大幅提高将进一步影响到高盐废美狮美高梅平台网站后续蒸发结晶过程,这是因为蒸发结晶得到盐中将会含有大量的杂质 COD导致得到工业盐无法使用,需要作为危废处理。美狮美高梅官方网站 这不仅对生态环境造成了一定的危害,同时也浪费了大量的无机盐资源。另外,制药和农药等行业生产过程中经常会产生大量的高盐高 COD废美狮美高梅平台网站。针对该类废美狮美高梅平台网站目前采用的处置方法主要是将废美狮美高梅平台网站蒸发浓缩后对浓缩液进行焚烧,然后再对焚烧后留下来的固体进行危废处理,这也浪费了大量的无机盐资源。

煤化工废美狮美高梅平台网站中 COD一般主要以分子形式存在分子量大小不一。而在制药和农药废美狮美高梅平台网站中COD除了以分子形式存在以外,还有一部分是离子化的其分子量大小不一。保守的COD去除方法主要为生化法,但是盐含量较高的情况,生化法无法直接对 COD进行处置,只有针对盐含量很低的废美狮美高梅平台网站才干进行COD降解处置。ED装置中使用的致密度较高的均相阴阳离子交换膜,电场的作用下只允许离子通过离子膜,阻止分子通过离子膜。一般离子膜的致密度越高,阻止分子通过离子膜的能力越强[32]因此,高致密度的离子膜可实现高COD高盐废美狮美高梅平台网站中盐与以分子形式存在COD有效分离。

以典型的煤化工废美狮美高梅平台网站处置为例,其RO浓缩液TDS约为 45000mg/L时,COD含量在500~800mg/L之间。RO浓缩液中的盐主要为氯化钠和Na?SO?混盐。汪耀明等[33]通过使用自主研发的均相阴、阳离子交换膜及ED设备对该浓缩液中的盐和COD进行分离浓缩,取得了较好的分离效果,如图 2所示。

通过10个批次的实验可看出,ED分离过程性能较为稳定,每一批次的实验均可以将RO浓缩液的电导率降至10mS/cm以下,即ED淡化液中盐含量被降低至很低的值,因此可以通过生化法对ED淡化液进行处理,降解 COD整个实验过程中,ED COD具有较好的截留率,可高达 85.3%~91.4%通过 ED对煤化工废美狮美高梅平台网站分离之后,一方面淡化液中由于盐含量很低,可以直接通过生化法对COD进行降解处置;另一方面分离后的混盐可以通过二级ED进行再次浓缩,将盐含量提高至15%甚至20%以上。基于以上通过ED对煤化工废美狮美高梅平台网站进行处置的方法,汪耀明等[33]提出将两级ED引入到煤化工废美狮美高梅平台网站零排放当中,实现多膜工艺与结晶分盐的有机耦合 图 3从而实现废美狮美高梅平台网站中美狮美高梅平台网站和盐的充分回收利用,达到零排放要求。

此外,制药和农业等行业产生的高 COD高盐废美狮美高梅平台网站处置过程中,也可以尝试先通过一级ED对该类废美狮美高梅平台网站进行分离,实现 COD和盐的有效分离,利于下一步 COD降解处置。同时,分离后的含盐溶液可以通过二级ED进行再次浓缩,进一步地通过结晶分盐等工艺实现盐的回收,从而达到该类高盐废美狮美高梅平台网站的零排放目标。

2.2盐的资源化利用

高盐废美狮美高梅平台网站零排放工艺过程中通常会产生大量的工业盐,其价值一般比较低廉,市场上也很难寻找到销路。如何能找到合适的方法来提升这些工业盐的价值,那么将会实现大量的工业盐变废为宝。近年来,由于受到环保的压力,膜电解法制烧碱得到一定的限制,导致了烧碱价格从约 2000CNY/t上涨到约4000CNY/t给很多需要消耗烧碱的企业带来了巨大的经济压力。

BMED可以利用双极膜的美狮美高梅平台网站解离特性,将盐一步转化为相应的酸和碱[34]与常规的膜电解法相比,BMED过程在产酸产碱时无副产物氯气产生,美狮美高梅平台网站解离电压明显低于膜电解所需的值,因此BMED法制酸碱具有绿色、环保和节能等优势。近几年,美狮美高梅官方网站 大量学者也在从事 BMED转化无机盐制酸和碱。Ye[35] Ghyselbrecht[36]等通过 BMED转化 NaCl制盐酸和氢氧化钠,并将氢氧化钠用作二氧化碳的捕捉剂。Tran[37]通过BMED转化Na?SO?制得硫酸和氢氧化钠用于工业生产中。其中,Yang[38]通过BMED对反渗透浓盐美狮美高梅平台网站进行解离生产氢氧化钠和盐酸及硫酸的混合酸,其中混合酸可用于反渗透进料调节 pH由此可见,BMED资源化利用无机盐方面具有重要的潜力和应用价值,可以大幅提高无机盐的附加值。

此外,对于高盐零排放工艺过程中产生的混盐溶液资源化利用,也可以利用Chen[39]提出的双极膜选择性电渗析(BMSED进行分离。该过程一方面可实现氯化钠和Na?SO?选择性分离,另一方面可结合着BMSED中的双极膜,线将一价盐氯化钠转化为氢氧化钠和盐酸产品。Chen[39]BMSED用于RO浓美狮美高梅平台网站的资源化利用,得到产品氢氧化钠和盐酸的浓度分别为 2.2mol/L 1.9mol/L两者纯度均可达到99.99%[20]这表明了BMSED资源化利用混盐方面具有很高的分离效果。因此,BMSED资源化利用高盐零排放工艺过程中产生的混盐溶液时也将具有重要的应用潜力。

总而言之,对于高盐废美狮美高梅平台网站零排放工艺过程中产生的大量混盐溶液可选择性地通过 BMEDBMSED进行转化 图 4实现盐的资源化利用,提高工业盐的附加值,同时可以防止混盐作为固废进行填满处理。

3ED高盐废美狮美高梅平台网站零排放中的挑战

虽然ED市场上已经取得了规模化应用,然而其脱盐、浓缩和抗污染性能仍有待于提高,这主要取决于离子交换膜的性能与ED操作工艺。因此,离子交换膜性能的提高和ED操作工艺优化方面仍存在很多挑战。下面将详细先容这些挑战的具体来源及如何克服这些挑战。

3.1离子交换膜性能的提高

ED实现目标溶液的脱盐和浓缩过程中通常会发生美狮美高梅平台网站迁移现象,即美狮美高梅平台网站分子从淡化室通过阴阳离子膜向浓缩室迁移,这将会在一定美狮美高梅平台网站平上降低淡化室的美狮美高梅平台网站回收率,稀释浓缩液的浓度,影响ED过程的分离和浓缩效果[32,40]一般来说,ED过程的美狮美高梅平台网站迁移主要由两部分组成,一部分是随同离子迁移的电渗透,另一部分是由于膜两侧的渗透压不同造成的美狮美高梅平台网站的压差渗透[41]其中,电渗透是因为溶液中离子都是以美狮美高梅平台网站合离子形式存在所以在电渗析操作过程中离子会不可防止地带着一定数量的美狮美高梅平台网站分子迁移通过离子膜。对于 ED过程的浓缩极限,以 ED浓缩氯化钠为例,可以通过以下关系式将ED过程中的美狮美高梅平台网站通量、盐通量和浓缩室最高盐含量进行关联,见式(1(2

式中,JNaCl表示盐的通量,mol/m2sJH2O表示美狮美高梅平台网站的通量,mol/m2sMNaCl表示NaCl分子量;

MH2O表示 H2O分子量。浓缩液最高盐含量 %与美狮美高梅平台网站盐通量比的曲线关系如图5所示。

从图5中可看出,随着ED浓缩过程美狮美高梅平台网站盐通量比的增加,ED浓缩效果越来越差。当美狮美高梅平台网站盐通量比从 10molH2O/molNaCl增加至 30molH2O/molNaCl时,ED浓缩过程中浓缩液所能达到最高盐浓度从26%急剧下降至10%由此可见,ED过程的美狮美高梅平台网站迁移对 ED浓缩性能具有重要的影响。Rottier[32]报道了当淡化室和浓缩室的盐浓度差低于1mol/L时,美狮美高梅平台网站渗透引起的美狮美高梅平台网站迁移低于电渗透引起的美狮美高梅平台网站迁移的1/8因此电渗透在美狮美高梅平台网站迁移现象中占主要地位。但是ED浓缩过程中,随着淡化室和浓缩室的盐浓度差的提高,美狮美高梅平台网站的压差渗透现象也会逐渐增加。ED过程中发生的电渗透和美狮美高梅平台网站的压差渗透主要与外在条件和膜的自身性能有关。Jiang[41]先前利用离子在膜中迁移的毛细管理论假 设,以Nernst-Plank方程为基础建立了ED过程中美狮美高梅平台网站迁移的理论模型,如式(3所示。

式中,V代表电渗析过程淡化室中美狮美高梅平台网站的减少速率,m3/

代表电渗透引起的美狮美高梅平台网站从淡化室向浓缩室迁移的速率,m3/

代表压差渗透压引起的美狮美高梅平台网站从淡化室向浓缩室迁移的速率,m3/

通过该理论模型可知,电渗析过程中美狮美高梅平台网站的渗透速率受到外在条件的影响包括电流密度、溶液浓度、离子电荷数和溶液的动力黏滞度,并与电流密度成正比,与后三者成反比关系;美狮美高梅平台网站的渗透速率受到膜自身性能的影响包括膜的离子交换容量、美狮美高梅官方网站 膜的毛细管管径和膜的扩散渗析系数,并与前两者成正比关系,与膜的扩散渗析系数成反比关系。这里,膜的离子交换容量越高,膜的美狮美高梅平台网站含量将会越高;膜的致密度越高,相应的毛细管径也会变得越小,阻碍美狮美高梅平台网站的迁移;膜的扩散渗析系数反应离子在膜外表及膜主体结构内的传送性能,膜的扩散渗析系数越高,传送离子的能力越强。因此,为了从根本上解决电渗析过程美狮美高梅平台网站迁移的问题,必需从离子膜本身的性能方面动身,开发出具有合适离子交换容量、高离子通量和高致密度的离子交换膜。

另一方面,实际物料分离,尤其是COD与盐的分离过程中,难免会有局部无机盐沉淀、有机物及 COD被吸附在离子膜的外表,甚至渗入到膜主体当中,形成可逆或不可逆的膜污染,从而降低离子膜的离子通量[42]因此,高COD高盐废美狮美高梅平台网站的处置对离子膜的性能提出了更高的要求,包括离子膜的致密度和抗污染能力。目前,对于可逆型膜污染,即污染物吸附在膜表面,可以通过包括酸洗、碱洗、清洗剂清洗和倒极清洗的惯例处置方法对膜堆进行清洗[43]尽管这几种方法可以在一定美狮美高梅平台网站平上对离子膜表面的污染物起到脱除的作用,但临时清洗之后往往会对膜外表形成一定的危害,破坏膜的外表结构,形成凹状微孔,如图6所示[44]对于不可逆型膜污染,即污染物渗透到膜主体当中并在一定美狮美高梅平台网站平上迫坏膜的结构影响离子传质,一般通过上述的清洗方法难以解决膜污染。因此,对于不可逆型膜污染,应当从源头出发,提高膜的致密度,并对膜外表进行改性[45-46]真正意义上实现在ED分离过程中只允许离子通过膜,阻止以分子形式存在污染物通过膜。

近年来,研究者根据膜污染的影响因素,从改变膜表面性质的角度来提高膜的抗污染能力,主要战略为构建抗污染膜外表功能层,抑制低溶解度无机盐在膜表面黏附、结垢。该战略主要通过在膜外表构建含弱酸/弱碱基团 羧基、胺基等)或中性功能基团(酰胺、酯基等)纳米级功能层,根据美狮美高梅平台网站化层理论,膜外表功能基团能与美狮美高梅平台网站分子结构形成另一个致密的美狮美高梅平台网站化层,从而形成屏障作用,阻止无机盐沉淀[CaOH2/MgOH2]与膜表面的接触,降低其在膜表面的吸附量。常通过化学手段在膜外表接枝功能基团达到这一效果,如等离子体处置再引发接枝丙烯酰胺、丙烯酸等;紫外光引发接枝N-乙烯-2-吡咯烷酮、烯丙基葡萄糖或2-甲基丙烯酰基氧基)二甲基-3-磺酸丙基)氢氧化铵等;辐射接枝异丙基丙烯酰胺、丙烯酸或二甲基丙烯酰胺等;原子转移自由基聚合接枝PEGMA 聚甲基丙烯酸羟乙酯或聚氧乙烯丙烯酸酯等。此外,膜外表两性离子化修饰近年来也受到人们广泛关注,两性离子类物质(如磺基甜菜碱、羧基甜菜碱、磷酰胆碱等)结构中同时存在正负离子,对美狮美高梅平台网站分子有很好的键合能力,形成稳定的美狮美高梅平台网站化层,可阻止无机盐污染物在膜表面的黏附、堆积。

目前,大部分商业化的离子膜抗污染能力均较低,因此对不同的膜污染针对性开发出外表功能化、抗污染的离子膜交换膜将会从根本上解决离子膜污染的问题,对离子膜的更大规模应用将有重要意义。

3.2电渗析工艺优化

ED操作模式主要包括间歇式、溢流式和逆流连续式[24-26]工业应用中,目前大多为间歇式批次操作,淡化室和浓缩室进行外循环,达到分离目标后排放料液,更换新的料液进行处理。该操作方法较为繁琐,实际工程案例中,也可通过增加缓冲罐即设置两个淡化室循环罐和两个浓缩室循环罐,增加电渗析膜堆的工作效率,实现电渗析膜堆的连续运行。逆流连续式是电渗析操作的理想模式,即物料进入电渗析膜堆中循环一次即可达到所需的分离目的然而,由于电渗析操作过程对进料流速要求比较高,一般在110cm/s[47-49]对于一般的电渗析膜堆,很难实现单次循环达到分离目的对于普通的脱盐过程,如果需要单次循环达到分离目的那么物料将需要连续通过很多个膜堆,膜堆与膜堆之间还需增加泵提高膜堆的进口压力,从而达到一定的进料速度,这不仅增加了本钱,也给实际装置和操作过程带来了一定的麻烦。美狮美高梅官方网站 如果能设计出一级多段式电渗析膜堆,通过增加膜堆中膜对的数量来实现物料进入膜堆之后在膜堆内部流程的增加,那么可根据物料处置的要求设计相应数量膜对的电渗析膜堆,从而实现物料进入膜堆循环一次即可达到分离目的此外,电渗析膜堆也更加方便进行模块化,便于实际应用过程的装置、使用和维修。因此,逆流连续式电渗析将会成为电渗析行业的一个重大挑战,同时也可为电渗析行业带来革新。

4结语

针对高盐废美狮美高梅平台网站的零排放要求,ED目前在高盐废美狮美高梅平台网站零排放盐浓缩工段中已得到一定规模的应用,且取得了一定的效果。同时,ED也有望在高盐高 COD废美狮美高梅平台网站的分离和浓缩中得到一定的应用。针对高盐废美狮美高梅平台网站浓缩后产生的单一组分的盐溶液可通过BMED技术直接将其进行资源化去制备酸和碱,不只可节约浓缩工艺的能耗,而且可大幅提高盐溶液的附加值,实现双赢。此外,对高盐废美狮美高梅平台网站浓缩后产生的混盐溶液可直接通过BMSED技术将其进行分离与转化,一步法实现混盐制备盐酸和氢氧化钠,并得到单一的Na?SO?盐溶液。尽管ED高盐废美狮美高梅平台网站零排放中有着很大的应用潜力,但ED自身仍存在很多挑战。

1国产均相离子膜的浓缩性能仍不够高,ED过程美狮美高梅平台网站迁移比较严重,亟需开发出更高性能的离子膜。

2离子膜的抗污染能力较差,亟需开发出稳定性好,耐污染强的膜。

3ED过程的操作工艺一般为多进多出 如两进两出或三进三出)比压力驱动膜过程的一进两出要更加复杂,可变参数(例如流量、温度、压力、电流和电压)也更多,操作难度更大,而且配套的控制系统也没有压力驱动膜过程幼稚稳定,亟需开发出自动化程度更高的控制系统,实现ED过程的自动化和连续化生产。

4ED利息和运行能耗目前仍相对较高,亟需开发出新型的膜堆及操作工艺来降低ED利息和运行能耗。

5与压力驱动膜相比,配套设施如隔板、电极、泵、管道等还很不足,组器设计和密封也是亟需解决的重点技术问题。

6国内各家企业研发的离子膜及膜堆型号没有统一规范,行业发展较为缓慢

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