進水要求、噸水能耗、產品純度等往往是雙極膜電滲析系統核心考慮的因素。

 

工藝有時候是死的，但設計是相對是靈活的。

 

01 工業高鹽廢水系統

 

雙極膜的使用，很多人對進水要求會有一個定性的理解，其中進水水質中二價及二價以上陽離子含量需要基本去除，否則不可行。其實也并非如此，比如有色行業有些項目，其系統如下：

 

上述系統項目需求主要是回收銅、鋅，盡可能去除系統內的f、cl，只要控制終點鹽室中的ph，即可以避免金屬離子形成氫氧化物沉淀，從而確保雙極膜系統在此條件下的運行穩定性。

 

工業高鹽廢水零排放系統中，最終走工業無機鹽副產品的思路很多時候業主也不太認可，可大部分時候他們又無備選方案可選。雙極膜的出現則給他們帶來了新思路，這兩年有非常多的應用案例落地，在這些案例中，大部分都是納濾分鹽后，納濾產水氯化鈉部分進行雙極膜電滲析，轉化成鹽酸和氫氧化鈉。

 

如果廢水是氯化鈉和硫酸鈉的混合物，雙極膜電滲析出水堿液為氫氧化鈉，酸液為鹽酸和硫酸混合物，而且這一結果貌似我們在不改變進水的條件下，無法改變系統的出水。而顏海洋“in-situ combination of bipolar membrane electrodialysis with monovalent selective anion-exchange membrane for the valorization of mixed salts into relatively high-purity monoprotic and diprotic acids”一文中則分享了一種思路：

 

02 碳酸鹽與易結晶物料系統

 

廢水中若含有大量碳酸根，一般不建議進入雙極膜電滲析系統，因為系統中碳酸根會結合h+產生二氧化碳氣泡，影響運行，容易造成燒膜。

 

某一溶液由有機酸鹽和碳酸鈉組成，傳統工藝主要采用連續離交工藝生成有機酸產品，實際生產面臨兩個問題：1. 連續離交需要考慮離交廢水處理，且大量副產的無機鹽需要處理；2. 連續離交過程中排氣量大，影響設備處理能力和效果。

 

改造工藝則采用雙極膜電滲析，過程中控制鹽室的ph，控制碳酸根僅僅轉化為碳酸氫根，可以有效降低離交的負荷。其次工藝還可繼續延伸，當碳酸鈉轉化為碳酸氫鈉時，它被剝離出系統，碳酸氫鈉而又可以分解成碳酸鈉和二氧化碳，再進雙極膜。

 

現在有機鹽產品的雙極膜清潔生產案例應用越來越多，其中溶液組成和性質具有特殊性的類似系統不少，過程中需要控制核心工藝參數。

 

比如酒石酸鈉的雙極膜系統，在30℃條件下，酒石酸溶解度為156g，酒石酸一鈉為11g，酒石酸二鈉為60.9g，顯然這個雙極膜系統，其核心的點是酒石酸一鈉的溶解度，系統可以考慮降低物料進水濃度，或者控制系統的轉化終點。

 

03 要求高純度的系統

 

高鹽廢水的無機鹽資源化做成酸和堿，酸堿的濃度、品質等會受到關注。有機鹽的清潔生產過程，有機產品的純度、酸堿液純度會受到關注。這個絕大部分取決于雙極膜電滲析系統所配套的雙極膜、陽膜、陰膜的性能，其次它也受工藝設計的產品濃度等工藝因素影響。

 

以tpaoh的生產，除了常規的電解法，目前還有雙極膜電滲析工藝，可以兩隔室和三隔室。電解法存在膜的使用壽命、系統占地和規模受限等問題，雙極膜電滲析則會遇到tpaoh純度的問題。

 

tpabr用傳統的二隔室雙極膜工藝，產品要求轉化徹底，tpaoh產品中盡量不含br，所以二隔室雙極膜工藝要求較高，實際工藝系統做出來的tpaoh產品中含有800-1000ppm的br離子。

 

而余杰的上述研究發現，基于結果原因的分析，他將雙極膜的組裝形式做一些調整，最終有效地降低tpaoh產品中br的含量（約400ppm）。

 

工業系統高鹽廢水資源化的雙極膜電滲析應用，其變化的形式相對單一。化工產品清潔生產系統雙極膜的應用則比較多樣化，需要結合前端生產和客戶需求來進行設計，這種往往最終能形成有競爭力的新的生產工藝。

 

 

 

來源:膜法水處理札記（wx公眾號）