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雙極膜電滲析的奇思妙想!

欄目:行業資訊 發布時間:2021-12-07
?北極星水處理網訊:進水要求、噸水能耗、產品純度等往往是雙極膜電滲析系統核心考慮的因素。

工藝有時候是死的,但設計是相對是靈活的。

       北極星水處理網訊:進水要求、噸水能耗、產品純度等往往是雙極膜電滲析系統核心考慮的因素。

       工藝有時候是死的,但設計是相對是靈活的。

       01 工業高鹽廢水系統

       雙極膜的使用,很多人對進水要求會有一個定性的理解,其中進水水質中二價及二價以上陽離子含量需要基本去除,否則不可行。其實也并非如此,比如有色行業有些項目,其系統如下:

       上述系統項目需求主要是回收銅、鋅,盡可能去除系統內的F、Cl,只要控制終點鹽室中的pH,即可以避免金屬離子形成氫氧化物沉淀,從而確保雙極膜系統在此條件下的運行穩定性。

       工業高鹽廢水零排放系統中,最終走工業無機鹽副產品的思路很多時候業主也不太認可,可大部分時候他們又無備選方案可選。雙極膜的出現則給他們帶來了新思路,這兩年有非常多的應用案例落地,在這些案例中,大部分都是納濾分鹽后,納濾產水氯化鈉部分進行雙極膜電滲析,轉化成鹽酸和氫氧化鈉。

       如果廢水是氯化鈉和硫酸鈉的混合物,雙極膜電滲析出水堿液為氫氧化鈉,酸液為鹽酸和硫酸混合物,而且這一結果貌似我們在不改變進水的條件下,無法改變系統的出水。而顏海洋“In-Situ Combination of Bipolar Membrane Electrodialysis with Monovalent Selective Anion-Exchange Membrane for the Valorization of Mixed Salts into Relatively High-Purity Monoprotic and Diprotic Acids”一文中則分享了一種思路:

       02 碳酸鹽與易結晶物料系統

       廢水中若含有大量碳酸根,一般不建議進入雙極膜電滲析系統,因為系統中碳酸根會結合H+產生二氧化碳氣泡,影響運行,容易造成燒膜。

       某一溶液由有機酸鹽和碳酸鈉組成,傳統工藝主要采用連續離交工藝生成有機酸產品,實際生產面臨兩個問題:1. 連續離交需要考慮離交廢水處理,且大量副產的無機鹽需要處理;2. 連續離交過程中排氣量大,影響設備處理能力和效果。

       改造工藝則采用雙極膜電滲析,過程中控制鹽室的pH,控制碳酸根僅僅轉化為碳酸氫根,可以有效降低離交的負荷。其次工藝還可繼續延伸,當碳酸鈉轉化為碳酸氫鈉時,它被剝離出系統,碳酸氫鈉而又可以分解成碳酸鈉和二氧化碳,再進雙極膜。

       現在有機鹽產品的雙極膜清潔生產案例應用越來越多,其中溶液組成和性質具有特殊性的類似系統不少,過程中需要控制核心工藝參數。

       比如酒石酸鈉的雙極膜系統,在30℃條件下,酒石酸溶解度為156g,酒石酸一鈉為11g,酒石酸二鈉為60.9g,顯然這個雙極膜系統,其核心的點是酒石酸一鈉的溶解度,系統可以考慮降低物料進水濃度,或者控制系統的轉化終點。

       03 要求高純度的系統

       高鹽廢水的無機鹽資源化做成酸和堿,酸堿的濃度、品質等會受到關注。有機鹽的清潔生產過程,有機產品的純度、酸堿液純度會受到關注。這個絕大部分取決于雙極膜電滲析系統所配套的雙極膜、陽膜、陰膜的性能,其次它也受工藝設計的產品濃度等工藝因素影響。

       以TPAOH的生產,除了常規的電解法,目前還有雙極膜電滲析工藝,可以兩隔室和三隔室。電解法存在膜的使用壽命、系統占地和規模受限等問題,雙極膜電滲析則會遇到TPAOH純度的問題。

       TPABr用傳統的二隔室雙極膜工藝,產品要求轉化徹底,TPAOH產品中盡量不含Br,所以二隔室雙極膜工藝要求較高,實際工藝系統做出來的TPAOH產品中含有800-1000ppm的Br離子。

       而余杰的上述研究發現,基于結果原因的分析,他將雙極膜的組裝形式做一些調整,最終有效地降低TPAOH產品中Br的含量(約400ppm)。

       工業系統高鹽廢水資源化的雙極膜電滲析應用,其變化的形式相對單一?;ぎa品清潔生產系統雙極膜的應用則比較多樣化,需要結合前端生產和客戶需求來進行設計,這種往往最終能形成有競爭力的新的生產工藝。

 


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