陽(yáng)離子交換膜在高鹽廢水處理中的應(yīng)用

李明 李建軍

摘要：離子交換膜分離技術(shù)是一種常用的技術(shù)，許多相關(guān)人員對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了深度.離子交換膜表面包含特有基團(tuán)，具有分離和選擇特質(zhì)，還具有節(jié)能和高效環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用在海水脫鹽和工業(yè)廢水回收利用等領(lǐng)域。本文對(duì)陽(yáng)離子交換膜在高鹽廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：陽(yáng)離子交換膜;高鹽廢水處理;應(yīng)用

1、 高鹽廢水簡(jiǎn)介

高鹽廢水是指以NaCl含量計(jì)算的總鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于1%的廢水。這類廢水除了含有有機(jī)污染物外，還含有鈣、鎂、鈉、氯和硫酸根等大量可溶性無(wú)機(jī)鹽離子，甚至含有放射性物質(zhì)。高鹽廢水主要來源以下幾個(gè)途徑：1）海水。通常來源于沿海城市工業(yè)用水過程中的排水或冷卻循環(huán)水。2）工廠。高鹽廢水主要來源印染、煉化、采油、制藥和制鹽等企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的排水。3）含鹽生活污水。主要來源于海水利用，將海水用于城市生活中的消防、沖灑道路、沖廁等不與人體直接接觸的生活雜用水。4）含鹽量的地下水。有些地區(qū)的地下水中含鹽量較高，總?cè)芙庑怨腆w含量大，例如內(nèi)蒙古河套部分地區(qū)、河北平原部分淺層地下水出現(xiàn)微咸水和咸水。

2、 陽(yáng)離子交換膜在高鹽廢水處理中的應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

2.1.1材料

甲基橙、直接深棕NM、活性艷藍(lán)X-BR、酸性大紅3R，均為工業(yè)級(jí)。

2.1.2方法

電解技術(shù)和陽(yáng)離子交換膜的選擇滲透技術(shù)相結(jié)合，處理高鹽廢水。可拆卸的電解槽裝置當(dāng)作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，陽(yáng)離子交換膜和硅膠墊片夾在槽室上，再用長(zhǎng)螺絲固定。將槽室當(dāng)作原液池，外加一個(gè)槽室當(dāng)作接收池，溶液通過泵循環(huán)傳輸至電解槽中實(shí)現(xiàn)電解脫鹽操作。其中，電解槽中為NaOH溶液，原液池中為Nacl溶液和有機(jī)物的混合液。實(shí)驗(yàn)裝置使用2塊電極，一個(gè)正極，一個(gè)負(fù)極，分別放在膜的兩側(cè)，實(shí)驗(yàn)在直流電場(chǎng)下完成。陽(yáng)離子交換膜測(cè) 試前顯微結(jié)構(gòu)較為均勻，測(cè)試后，由于陽(yáng)離子交換膜含有酸性活性基團(tuán)，解離出陽(yáng)離子，使膜呈負(fù)電性，選擇性透過陽(yáng)離子，因此其顯微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)解離界限。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在相同的鹽濃度環(huán)境下，對(duì)混合溶液進(jìn)行脫鹽實(shí)驗(yàn)，溶液濃度均設(shè)定為500mgCOD/L，其中的Nacl濃度是10g/L。電解過程時(shí)，極板表面出現(xiàn)氣泡，隨后會(huì)產(chǎn)生比較刺激的氣味，且溶液顏色會(huì)由棕色變?yōu)闇\色。依據(jù)高鹽廢水水樣的PH、電導(dǎo)率和脫鹽率等指標(biāo)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2.1 PH與電導(dǎo)率

甲基橙含鹽混合液中PH直接從堿性轉(zhuǎn)換為強(qiáng)酸性。酸性大紅3R和活性艷藍(lán)X-BR開始電解時(shí)，PH均呈上升趨勢(shì)。主要原因是陽(yáng)極氧化生成H+反應(yīng)被抑制，使溶液在規(guī)定時(shí)間內(nèi)會(huì)變?yōu)閴A性?；钚云G藍(lán)X-BR電解8h后，原液池中PH逐漸降低，這時(shí)原液池中電化學(xué)反應(yīng)主要以陽(yáng)極氧化為主要反應(yīng)，此階段有機(jī)物會(huì)降解一定的有機(jī)酸，還會(huì)存在析氯產(chǎn)H+反應(yīng).針對(duì)直接深棕PH隨時(shí)間變化整體情況，初始的2h電解，溶液中的PH為下降態(tài)勢(shì)，這時(shí)陽(yáng)極生成析氧耗， OH-反應(yīng)較為劇烈;在2-6h之間，PH有上升趨勢(shì);后續(xù)即溶液主要為陽(yáng)極反應(yīng)，OH-反應(yīng)會(huì)被大規(guī)模消耗，有機(jī)物被降解生成有機(jī)酸，生成的Cl-部分存留在溶液中，溶液的PH呈下降趨勢(shì).

電解時(shí)接收池中PH總體呈較高趨勢(shì)，這說明在整個(gè)反應(yīng)的過程中，該溶液池內(nèi)陽(yáng)極的析氯產(chǎn)H+呈平穩(wěn)狀態(tài);但從結(jié)果中也能夠看出，針對(duì)不同物質(zhì)，此種反應(yīng)均衡性不同，酸性大紅3RPH變化為下降趨勢(shì)，足以見得，其溶液中的OH-反應(yīng)已經(jīng)被消耗.以上反應(yīng)均衡主要傾向于陽(yáng)極反應(yīng)，池中的PH呈降低趨勢(shì).在電解過程中，原液池與接收池電導(dǎo)率結(jié)果主要為：兩個(gè)溶液池中電導(dǎo)率均為下降走勢(shì)，該結(jié)果表明，溶液池中導(dǎo)電離子量成逐漸降低的趨勢(shì);與原液池相對(duì)應(yīng)的接收池電導(dǎo)率逐漸上升，這表明原液池中導(dǎo)電離子憑借電場(chǎng)作用，透過陽(yáng)離子交換膜轉(zhuǎn)移至與其相應(yīng)的接收池，實(shí)驗(yàn)也表明了Cl-與Na+可從混合溶液中高效濾除。

2.2.2脫鹽率

脫鹽率是指處理高鹽廢水的過程中，去除的離子量占原量的百分比，反映陽(yáng)離子交換膜的分離效果.其計(jì)算方法為脫鹽率=原廢水的含鹽量-處理后水的含鹽量原廢水的含鹽量×100%，在上述實(shí)驗(yàn)中，通過膜電解裝置實(shí)現(xiàn)陽(yáng)離子交換膜在高鹽廢水處理中的應(yīng)用，能夠在電場(chǎng)促進(jìn)下濾除溶液中 Cl-與Na+.在12h的電解中.原液池與接收池的 Cl-與Na+處理效果主要為：Cl-在電場(chǎng)促進(jìn)作用下，能夠高效利用交換膜從原液池中有選擇性地濾除，并在不同的物質(zhì)中去除率以甲基橙存在條件下最高，能夠達(dá)到90%以上，酸性大紅3R存在條件下效果最差，大致為84%;與原液池相對(duì)應(yīng)的接收池中Cl-去除效果和原液池大致相同。這表明，在實(shí)驗(yàn)裝置下，在不同物質(zhì)溶液中將Cl-進(jìn)行選擇性地濾除十分可行。對(duì)于原液池和接收池中Na+濾除結(jié)果為：在不同有機(jī)物混合溶液中，Na+能夠高效濾除;甲基橙溶液中，Na+濾除率約為97%，酸性大紅3R溶液中，Na+濾 除 率 約 為 75%。在電解時(shí)，混合溶液中的Na+濾除效果不同，究其原因，是有機(jī)物溶解在溶液中帶有負(fù)電荷以及正電荷的Na+具備靜電吸引特質(zhì)，且不同物質(zhì)具備的強(qiáng)度不同.

2.2.3 TOC

不同物質(zhì)混合情況下，在12h電解中原液池與接收池溶液中TOC變化情況.幾種染料物質(zhì)在12h電解中都在不同程度上被降解，但是效果不是十分理想，其中，酸性大紅3R對(duì)TOC的去除率約為38%%，活性艷藍(lán)X-BR與直接深棕分別約為39%和51%。從總體看來，染料廢水能夠通過膜電解高效分解染料物質(zhì)有機(jī)物和鹽離子，從而實(shí)現(xiàn)廢水的高效治理。模擬污染廢水中有機(jī)物和鹽能夠有效分離.接收池中TOC波動(dòng)比較小，盡管電解時(shí)會(huì)出現(xiàn)TOC增加情況，但是接收池中的陽(yáng)極具備氧化降解有機(jī)物的性能，且最后接收池的TOC可以保持一個(gè)比較低的水平，以此實(shí)現(xiàn)鹽的高效濾除。

2.2.4色度變化

幾種染料在水中會(huì)呈現(xiàn)出不同色彩，且在電解過程中會(huì)被降解，其結(jié)構(gòu)也會(huì)遭到一定程度的破壞，溶液的顏色會(huì)隨著被降解破壞而改變.因此，可利用溶液色度變化來確定染料物質(zhì)降解情況.其中，酸性大紅3R和直接深棕隸屬偶氮染料，兩者在溶液中顏色主要依靠發(fā)色基團(tuán)偶氮基與助色基團(tuán)改變;活性艷藍(lán)X-BR 隸屬蒽醌類染料，發(fā)色基團(tuán)為CC和CO等一系列不飽和的基團(tuán)，助色基團(tuán)-NH-和-NH2及-SO3Na等。歷經(jīng)12h的電解，幾種溶液色度去除率均較高，活性艷藍(lán)X-BR所處的溶液色度濾除效果最為顯著，從不透明深藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)色透明液體.綜合所得結(jié)果，在電解中，染料物質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到了一定程度的破壞，結(jié)合溶液中的TOC降低能夠表 明，隨電解程序逐漸遞進(jìn)，有機(jī)物被高效降解，歷經(jīng)電化學(xué)氧化反應(yīng)，污染物會(huì)被分解為CO2及H20.

3、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，未來高鹽廢水的研發(fā)應(yīng)加強(qiáng)分析鹽組分、發(fā)展膜技術(shù)、完善在線監(jiān)測(cè)和調(diào)控，針對(duì)不同高鹽廢水采用不同處理技術(shù)，做到有的放矢、提高效率、降低成本;同時(shí)為了充分回收、循環(huán)利用水資源，減少各種高鹽廢水對(duì)水資源的鹽化污染和對(duì)土壤造成的鹽堿化危害，實(shí)現(xiàn)鹽與水的高效分離，這對(duì)保護(hù)環(huán)境，節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 晁雷，邵雪，胡成，等.高鹽廢水處理工藝技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（31）：19387-19389.

[2] 王宏，鄭一新，錢彪，等.電解凝絮法處理高鹽度有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2001，14（2）：51-53.