煤化工等行业的反渗透浓水中含有大量NaCl和Na₂SO₄,直接排放污染环境,蒸发结晶则能耗高且产生低价值杂盐。电渗析(ED)可以低能耗地将盐水从几千mg/L浓缩至15-20%,为后续资源化提供高浓度盐水。双极膜电渗析(BMED)则能将盐水直接转化为对应的酸和碱。然而,BMED对进水盐浓度和纯度有较高要求,直接处理低浓度或含杂质的浓水电流效率低、膜污染严重。将ED作为BMED的前端预处理和预浓缩单元,由ED完成盐水的初步提浓和净化,再供给BMED生产高品质酸碱,可以充分发挥两种膜技术的各自优势,构成一个完美的“盐水精炼-酸碱生产”全链条。
在本集成系统中,RO浓水(TDS约15000mg/L)首先进入一个多级ED膜堆。在直流电场下,大部分盐离子被迁移至浓缩室,形成TDS约150g/L的高浓度盐水,而淡水室出水TDS降至500mg/L以下,可直接作为工艺纯水或冷却水回用。这股高浓度、较为纯净的ED浓缩盐水,随后作为进料液进入BMED膜堆。在BMED中,盐水中的Na⁺与双极膜产生的OH⁻结合生成NaOH,Cl⁻与H⁺结合生成HCl,SO₄²⁻则与H⁺结合生成H₂SO₄。BMED的盐室残液因盐浓度已极低,可返回至ED进水端进行循环再浓缩,从而实现全系统的近零排放。实验结果表明,该系统可稳定产出浓度约1.5mol/L的HCl和约1.0mol/L的NaOH,电流效率维持在70%以上。
经济性分析显示,该ED-BMED集成系统生产每吨酸碱的总成本(电耗+膜折旧)已与当前市场外购商品酸碱的价格持平或略低。更为重要的是,它帮助工厂就地解决了高盐废水的排放难题,产出有价值的酸碱可回用于厂内离子交换树脂再生、pH调节等工序,实现了废水全组分的高值化资源利用闭环。该集成系统是未来工业高盐废水零排放和循环经济的核心技术之一。
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