電滲析廢水處理技術(shù)

周鴻亮等

摘 要：電滲析技術(shù)屬于膜分離技術(shù)，廣泛應(yīng)用于廢水處理行業(yè)的分離純化的生產(chǎn)過程中，有效率高、清潔衛(wèi)生及經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。本文簡(jiǎn)述了電滲析技術(shù)的原理，介紹了電滲析技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用研究，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電滲析；膜；應(yīng)用

電滲析是在外加直流電場(chǎng)的作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，使離子從一部分水中遷移到另一部分水中的物理化學(xué)過程。電滲析器，就是利用多層隔室中的電滲析過程達(dá)到除鹽的目的。電滲析作為一種新興的膜法分離技術(shù)，在天然水淡化，海水濃縮制鹽，廢水處理等方面起著重要的作用，已成為一種較為成熟的水處理方法。

1 電滲透技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

1.1 電滲透技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水的研究

硝酸銨是基本的化學(xué)化工原料和農(nóng)用氮肥，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、國(guó)防、化工、醫(yī)藥、紡織、輕工等領(lǐng)域。由于歷史的原因，我國(guó)傳統(tǒng)的硝酸銨生產(chǎn)裝置大多技術(shù)裝備陳舊，工藝落后，環(huán)保水平偏低，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含氮工業(yè)廢水。特別是由于硝酸銨生產(chǎn)工藝決定由稀硝酸帶入的水分在中和、蒸發(fā)及結(jié)晶過程中以二次蒸汽的形式排出，形成的工藝?yán)淠褐泻邢跛徜@和氨，成為硝酸銨生產(chǎn)的主要污水源。這些冷凝液若直接排放，會(huì)使排放水中氨氮含量嚴(yán)重超標(biāo)，造成地表水體的富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水環(huán)境的生態(tài)平衡。如直接送回硝酸吸收塔回用又不利于生產(chǎn)安全，并且還不能全部回收利用。由于缺乏有效的治理措施，一些廠家采用兌水稀釋的辦法以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，耗費(fèi)大量的水資源。目前，新修訂的地方和行業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)都相繼提高了氨、氮標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)污染物的排放限值、水污染物基準(zhǔn)排水量和排放濃度都做了相應(yīng)規(guī)定，硝酸銨冷凝液的治理及回收利用成為硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)面臨的亟待解決的難題。川化股份有限公司采用24臺(tái)具有特殊專用膜的電滲析單元所組成電滲析裝置，冷凝廢水的最大處理量為36t/h，硝酸銨冷凝廢水經(jīng)電滲析裝置循環(huán)濃縮、淡化處理后，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。冷凝廢水中氨、硝酸、硝酸銨每年削減或回收的排放量分別為113.54t、362.23t、88.34t，氨氮排放總量從每年的71.208t減少到10.162t，減少量為61.046t，削減85. 173%，不僅達(dá)到了減少硝酸銨廢水排放量、消除污染的目的，而且還提高了資源綜合利用率，降低了生產(chǎn)成本，取得了顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 電滲透技術(shù)處理氨氮廢水的研究

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各種污染物的排放量急劇增加，對(duì)環(huán)境尤其是水體造成了嚴(yán)重污染，資料表明，氨氮、磷等是地表水的主要污染物。氨氮廢水的超標(biāo)排放是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一。目前在工業(yè)上應(yīng)用的脫氨方法主要有生物脫氮法、吹脫法、折點(diǎn)加氯法、離子交換法等。生物脫氮法適用于處理含有機(jī)物的低氨氮濃度廢水，該法技術(shù)可靠，處理效果好，主要應(yīng)用于含氨化工廢水和生活污水的處理。折點(diǎn)加氯法和離子交換法適用于不含有機(jī)物的低濃度氨氮的廢水處理。對(duì)于高濃度無機(jī)氨氮廢水，如氮肥廠廢水等，目前工業(yè)應(yīng)用較多采用吹脫法，但脫氨率僅為70%，無法達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，且投資大，二次污染嚴(yán)重。唐艷等采用電滲析法處理氨氮廢水，對(duì)工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化研究，在實(shí)驗(yàn)室條件下得到工藝參數(shù)。電滲析電壓為55V，進(jìn)水流量為24L/h，氨氮廢水進(jìn)水電導(dǎo)率為2920s/cm，氨氮濃度為534.59mg/L。出水室濃水和淡水各占19%和81%，濃水和淡水的電導(dǎo)率分別為14000s/cm和11.8s/cm，氨氮含量分別為2700mg/L和13mg /L。該電滲析裝置處理后的氨氮廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足回用要求。

1.3 電滲透技術(shù)處理蘋果酸廢水的研究

隨著我國(guó)蘋果栽種面積的不斷擴(kuò)大和蘋果產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，我國(guó)的蘋果加工業(yè)得到了蓬勃發(fā)展。脫色脫酸果汁是近年來興起的蘋果汁加工新品種，它是將經(jīng)前處理、澄清、超濾后的清汁經(jīng)脫色樹脂吸附、脫酸樹脂深度脫色、脫酸處理，濃縮后得到的無色透明、質(zhì)地純凈的純天然果糖產(chǎn)品，在歐美、國(guó)內(nèi)等市場(chǎng)成為消費(fèi)的熱點(diǎn)，具有良好的市場(chǎng)前景。在目前的生產(chǎn)工藝中，脫色脫酸樹脂的NaOH再生廢液與前處理樹脂的酸洗廢液中和后直接排放，這樣不僅對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，制約了我國(guó)蘋果汁加工行業(yè)進(jìn)入良性的可持續(xù)發(fā)展軌道，而且浪費(fèi)了NaOH再生廢液中大量天然的L-蘋果酸。同時(shí)，由于原料等條件的限制，我國(guó)現(xiàn)有的蘋果濃縮汁多為低酸果汁，而國(guó)際市場(chǎng)上濃縮蘋果汁的價(jià)格與酸度成正比，酸度每升高1，每噸濃縮蘋果汁的價(jià)格即可提高100～150美元。如果能將NaOH再生廢液中的天然L-蘋果酸脫鹽回收，達(dá)到蘋果濃縮汁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，就可以將其直接回兌到蘋果濃縮汁中，提高產(chǎn)品的酸度，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。葉微微等采用國(guó)產(chǎn)離子交換膜研究了采用電滲析法脫鹽回收廢液中的蘋果酸，及其對(duì)蘋果酸廢液脫鹽的工藝條件。將廢液pH調(diào)至4.0，工作電流11A下循環(huán)脫鹽2h，脫鹽率達(dá)99%以上，含Na+11821mg/L的廢液脫鹽至含Na+42.88mg/L，其中L-蘋果酸損失18.94%，基本達(dá)到分離要求，表明了電滲析對(duì)蘋果酸廢液的脫鹽是切實(shí)可行的。

2、展望

隨著科學(xué)發(fā)展觀的不斷深入，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性需求，節(jié)能減排，清潔工業(yè)的發(fā)展等等因素，膜分離技術(shù)正在滲透到所有工業(yè)和研究領(lǐng)域，應(yīng)用的領(lǐng)域和規(guī)模發(fā)展也不斷加快?？傊?，電滲析技術(shù)作為工業(yè)分離以及廢水處理技術(shù)，將會(huì)加快工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程，應(yīng)用前景是十分可觀的。

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作者簡(jiǎn)介

周鴻亮（1992-），男，漢族，河南周口人，鄭州大學(xué)給水排水2011級(jí)本科生。

李曉楠（1991-），女，漢族，黑龍江鶴崗人，鄭州大學(xué)給水排水2011級(jí)本科生。