石墨廢水雙極膜電滲析制酸、堿工藝探討

文_張耀武 陳希書(shū) 陳百俊 浙江沐源環(huán)境工程有限公司

1 基本信息

1.1 物料信息

石墨化學(xué)提純工藝產(chǎn)生的廢水，經(jīng)預(yù)處理后氯化鈉的含量為4%左右、硝酸鹽1870mg/L，含有20ppm的氟離子。

1.2 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

通過(guò)均相膜電滲析對(duì)廢水進(jìn)行濃縮至140g/L，淡水小于10g/L；濃水進(jìn)雙極膜電滲析得到兩個(gè)當(dāng)量的酸、堿。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)采用均相膜電滲析處理水洗液，在電場(chǎng)作用下，水中的Na+透過(guò)陽(yáng)離子交換膜，Cl-透過(guò)陰離子交換膜，從淡水室遷移到濃水室，實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽溶液的濃縮,詳見(jiàn)圖1。

圖1 均相膜電滲析原理示意圖

3隔室雙極膜電滲析（圖2）原理在于，當(dāng)雙極膜兩端施加反向電壓時(shí)，陰陽(yáng)離子交換層中的離子將分別通過(guò)陰、陽(yáng)層向主體溶液遷移。于是BP中間界面層出現(xiàn)了強(qiáng)電場(chǎng)的狹窄區(qū)域，此時(shí)，水分子快速解離生成H+和OH-遷移到主體溶液之中， 消耗的水分子通過(guò)擴(kuò)散作用由膜外溶液向中間界面層補(bǔ)充。遷移到主體溶液中的H+和OH-分別與穿過(guò)陰、陽(yáng)離子交換膜的 Cl-、Na+結(jié)合，在酸、堿室生成HCl和NaOH。

圖2 3 室雙極膜電滲析原理示意圖

試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)電導(dǎo)率確定鹽濃度，并以能耗、處理量等參數(shù)進(jìn)行分析。

2.2 試驗(yàn)方案

均相膜電滲析對(duì)廢水進(jìn)行脫鹽濃縮至140g/L后濃水進(jìn)入雙極膜電滲析制酸堿，淡水經(jīng)反滲透濃縮后回到原物料，產(chǎn)水回用；雙極膜電滲析鹽水濃度降至50g/L左右時(shí)回到原物料，堿液蒸發(fā)得片堿，酸液濃縮 后繼續(xù)用于浸泡石墨。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)備

2.4 檢測(cè)方法

具體檢測(cè)方法如表2所示。

表2 檢測(cè)方法

3 結(jié)果與討論

物料預(yù)處理的檢測(cè)結(jié)果如表3所示，試驗(yàn)前由于樹(shù)脂未活化故濃縮后對(duì)物料進(jìn)行除硬。濃鹽水過(guò)濾后未檢測(cè)到 Ca、Mg的存在。

表3 物料鈣鎂離子檢測(cè)結(jié)果

濃縮及雙極膜試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。試驗(yàn)共處理5L廢水，濃縮終點(diǎn)濃水電導(dǎo)率為162.2mS/cm，TDS為140.7g/L；淡水電導(dǎo)率9.8mS/cm，TDS為7.6g/L。雙極膜試驗(yàn)產(chǎn)堿濃度為1.97mol/L、酸濃度為2.08mol/L。

表4 試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本次試驗(yàn)主要考察均相膜電滲析濃縮該股石墨廢水并用雙極膜制酸堿。試驗(yàn)結(jié)果顯示，均相膜電滲析工藝可行，試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生膜污染的情況。經(jīng)濃縮后的鹽溶液中的金屬離子可經(jīng)螯合樹(shù)脂完全去除。

濃縮試驗(yàn)中1臺(tái)AC50-120設(shè)備每小時(shí)能夠處理1.65t（1.64m3）物料，處理物料能耗為14.3kWh/t，若以膜堆凈電壓記，單位處理能耗為6.2kWh/t；過(guò)濾后的廢水TDS為46.5g/L，濃水140.7g/L、淡水7.6g/L。

雙極膜試驗(yàn)中產(chǎn)堿濃度為1.97mol/L、酸濃度為2.08mol/L。處理濃鹽水能耗為183.96kWh/t，若以膜堆凈電壓記，單位處理能耗為121.08kWh/t；其中堿凈能耗為2186 kWh/t（不含水泵）。

因此，均相膜電滲析結(jié)合雙極膜用于石墨工業(yè)的廢液處理，對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)濃縮并資源利用，比傳統(tǒng)的蒸發(fā)系統(tǒng)資源化效果顯著，而且產(chǎn)生鹽酸和氫氧化鈉，減輕了環(huán)境污染，既實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，保護(hù)了環(huán)境，又產(chǎn)生了可觀的收益，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙提高，解決了石墨工業(yè)的制約，促進(jìn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)資源化發(fā)展。