電滲析用于鹽水濃縮的工藝及運(yùn)行試驗(yàn)

張宏偉，岳 智，王詩琪

（1．中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038；2．云南錫業(yè)股份有限公司錫業(yè)分公司，云南個(gè)舊 661000）

某企業(yè)為消除潛在的環(huán)境污染隱患，保持企業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，擬實(shí)施污廢水“零排放”。將經(jīng)“雙膜法”深度處理單元產(chǎn)生反滲透含鹽濃水，采用電滲析進(jìn)一步濃縮，以減少后續(xù)蒸發(fā)的運(yùn)行與投資成本；電滲析的淡水回收利用，濃水送蒸發(fā)系統(tǒng)。本文對電滲析濃縮的效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

為能夠?qū)崿F(xiàn)電滲析濃縮單元的工業(yè)化穩(wěn)定運(yùn)行，需驗(yàn)證采用電滲析濃縮技術(shù)的可行性，確定最佳的工藝路線和工藝參數(shù)。

2 技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)

電滲析原理是利用離子在直流電場下遷移作用的電化學(xué)分離過程，即在直流電場作用下，利用陰陽離子交換膜對溶液中陰陽離子進(jìn)行選擇性透過，使溶液中呈離子狀態(tài)的溶質(zhì)和溶劑分離的一種物理化學(xué)過程，廣泛應(yīng)用于脫鹽系統(tǒng)的濃縮、脫鹽。 如圖1所示， 電滲析的隔室由陰陽離子交換膜及濃淡水隔板交替疊裝，且在兩端設(shè)置電極。當(dāng)含鹽水通過該隔室時(shí)，在直流電場作用下產(chǎn)生離子定向遷移，即陽離子向陰極方向遷移，陰離子向陽極方向遷移。由于離子交換膜具有選擇透過性，陰離子交換膜只能讓陰離子通過，陽離子交換膜只能讓陽離子通過，導(dǎo)致淡水室中的陰離子向陽極方向遷移，透過陰膜進(jìn)入濃水室，陽離子向陰極方向遷移，透過陽膜進(jìn)入濃水室；而濃水室中的陰、 陽離子， 雖然也在直流電場的作用下，分別向陽極和陰極方向遷移，但由于受到隔室兩側(cè)陽膜和陰膜的阻擋，無法遷出濃水室，從而留在濃水室中。 這樣，濃水室因陰、陽離子不斷進(jìn)入而濃度提高，淡水室因陰、陽離子不斷移出而使?jié)舛认陆?，通過隔板邊緣特制的孔，分別將各濃、淡隔室的水流匯聚引出，從而產(chǎn)生脫鹽水和濃縮鹽水兩股主水流。

圖1 電滲析原理

3 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

試驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證采用“雙膜法”深度處理單元產(chǎn)生反滲透含鹽濃水濃縮至TDS＞14%， 淡水出水電導(dǎo)＜3 000 μs/cm 的技術(shù)可行性。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

在現(xiàn)場運(yùn)行試驗(yàn)裝置，模擬實(shí)際工況進(jìn)行試驗(yàn):1）采用反滲透含鹽濃水作為本次實(shí)驗(yàn)的原水，研究原水中硬度對膜的影響及遷移情況；2）根據(jù)原水水質(zhì)， 采用藥劑軟化對反滲透含鹽濃水進(jìn)行預(yù)除鈣試驗(yàn)，確定藥劑投加量及去除效果；3）對軟化后的濃水進(jìn)行分段濃縮，對第一階段電滲析濃水進(jìn)行樹脂軟化，選擇合適的樹脂，考察軟化效果；4）考察電滲析濃縮最終濃水的TDS，以及淡水的電導(dǎo)率，驗(yàn)證電滲析濃縮工藝的可能性。在此基礎(chǔ)上，確定最優(yōu)化的工藝流程和工藝參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)工程化提供依據(jù)。

3.3 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)水質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)水質(zhì)

3.4 試驗(yàn)工藝路線

試驗(yàn)工藝路線見圖2。

圖2 試驗(yàn)工藝路線示意

4 試驗(yàn)效果及驗(yàn)證

4.1 軟化藥劑篩選

分別使用純堿、純堿+PAM、純堿+PAC+PAM 等軟化藥劑進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)效果見表2。

表2 軟化藥劑篩選及效果

由表2 可知，PAC 添加與否，所得上清液都為澄清，對沉淀效果影響不明顯，但沉淀物會附著在容器內(nèi)壁。 因此，軟化藥劑選用純堿+PAM。

4.2 藥劑軟化效果驗(yàn)證

1）測算。 根據(jù)Ca2+的質(zhì)量濃度537．165 mg/L、Mg2+的質(zhì)量濃度92．697 mg/L， 測算純堿添加量為1 832．74 mg/L，調(diào)節(jié)pH 值至7．8。

2）效果。 軟化前、后水質(zhì)指標(biāo)對比如表3。

表3 軟化前、后水質(zhì)指標(biāo)對比

4.3 一級電滲析濃縮

對軟化后的256．86 kg 上清液進(jìn)行一級電滲析濃縮試驗(yàn)，一級電滲析合計(jì)淡水出水230．66 kg，電導(dǎo)率1 966 μs/cm，TDS為1 352 mg/L，水質(zhì)指標(biāo)見表4。 濃水出水26．2 kg，電導(dǎo)率54 000 μs/cm，TDS49 624 mg/L，水質(zhì)指標(biāo)見表5。 一級電滲析淡運(yùn)行數(shù)據(jù)，見表6。

表4 一級電滲析淡水指標(biāo) mg/L

表5 一級電滲析濃水指標(biāo) mg/L

表6 一級電滲析運(yùn)行數(shù)據(jù)

4.4 一級電滲析濃水樹脂軟化

1）方法。 在離子交換柱中填充1．7 L 樹脂，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸3 L 清洗，流速3 L/h；用純水或軟化水清洗至pH 值大于2； 再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的氫氧化鈉2 L 清洗，流速1 L/h；然后用純水或軟化水清洗至pH 值小于10。 把濃水引入離子交換柱，流速12 L/h，出水為軟化水。

2）效果。 軟化后Ca2+質(zhì)量濃度6．413 mg/L，Mg2+質(zhì)量濃度78．246 mg/L，軟化水量26．2 kg。 樹脂軟化前后Ca2+、Mg2+數(shù)據(jù)見表7。

表7 樹脂軟化運(yùn)行數(shù)據(jù)

4.5 二級電滲析濃縮

1）液量。 取21．5 kg 樹脂軟化水進(jìn)行二級電滲析實(shí)驗(yàn)。 二級電滲析淡水出水16．5 kg，電導(dǎo)率21 300 μs/cm，TDS17 936 mg/L，水質(zhì)指標(biāo)如表8。二級電滲析濃水出水5 kg，電導(dǎo)率124 100 μs/cm，TDS為147 428 mg/L，水質(zhì)指標(biāo)如表9。

表8 二級電滲析淡水指標(biāo)mg/L

表9 二級電滲析濃水指標(biāo) mg/L

2）樹脂軟化水、二級電滲析淡水、二級電滲析運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表10。

表10 二級電滲析運(yùn)行數(shù)據(jù)

4.6 系統(tǒng)整體運(yùn)行數(shù)據(jù)及評價(jià)

雙膜法濃水經(jīng)純堿軟化水、一級電滲析淡水、二級電滲析濃水、二級電滲析淡水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表11。

表11 系統(tǒng)整體運(yùn)行數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

“雙膜法”單元產(chǎn)生的含鹽濃水采用“軟化+一級電滲析濃縮+樹脂軟化+二級電滲析濃縮”處理后，依據(jù)一級電滲析淡水、二級電滲析濃水、二級電滲析淡水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，淡水產(chǎn)水率96．7%、濃水產(chǎn)水率3．3%，脫鹽率78%，淡水TDS為1 352 mg/L，淡水電導(dǎo)率為1 966 μs/cm；最終濃水TDS為147 428 mg/L，濃水電導(dǎo)率為124 100 μs/cm，驗(yàn)證了預(yù)設(shè)工藝技術(shù)可行性，各項(xiàng)指標(biāo)滿足工程擬定指標(biāo)，可進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用。