進水要求、噸水能耗、產(chǎn)品純度等往往是雙極膜電滲析系統(tǒng)核心考慮的因素。
工藝有時候是死的,但設(shè)計是相對是靈活的。
01 工業(yè)高鹽廢水系統(tǒng)
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(zhì)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(yè)有些項目,其系統(tǒng)如下:
上述系統(tǒng)項目需求主要是回收銅、鋅,盡可能去除系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)在此條件下的運行穩(wěn)定性。
工業(yè)高鹽廢水零排放系統(tǒng)中,最終走工業(yè)無機鹽副產(chǎn)品的思路很多時候業(yè)主也不太認(rèn)可,可大部分時候他們又無備選方案可選。雙極膜的出現(xiàn)則給他們帶來了新思路,這兩年有非常多的應(yīng)用案例落地,在這些案例中,大部分都是納濾分鹽后,納濾產(chǎn)水氯化鈉部分進行雙極膜電滲析,轉(zhuǎn)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(jié)果貌似我們在不改變進水的條件下,無法改變系統(tǒng)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(jié)晶物料系統(tǒng)
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(tǒng),因為系統(tǒng)中碳酸根會結(jié)合h+產(chǎn)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(tǒng)工藝主要采用連續(xù)離交工藝生成有機酸產(chǎn)品,實際生產(chǎn)面臨兩個問題:1. 連續(xù)離交需要考慮離交廢水處理,且大量副產(chǎn)的無機鹽需要處理;2. 連續(xù)離交過程中排氣量大,影響設(shè)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(zhuǎn)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(xù)延伸,當(dāng)碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉時,它被剝離出系統(tǒng),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(xiàn)在有機鹽產(chǎn)品的雙極膜清潔生產(chǎn)案例應(yīng)用越來越多,其中溶液組成和性質(zhì)具有特殊性的類似系統(tǒng)不少,過程中需要控制核心工藝參數(shù)。
比如酒石酸鈉的雙極膜系統(tǒng),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(tǒng),其核心的點是酒石酸一鈉的溶解度,系統(tǒng)可以考慮降低物料進水濃度,或者控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化終點。
03 要求高純度的系統(tǒng)
高鹽廢水的無機鹽資源化做成酸和堿,酸堿的濃度、品質(zhì)等會受到關(guān)注。有機鹽的清潔生產(chǎn)過程,有機產(chǎn)品的純度、酸堿液純度會受到關(guān)注。這個絕大部分取決于雙極膜電滲析系統(tǒng)所配套的雙極膜、陽膜、陰膜的性能,其次它也受工藝設(shè)計的產(chǎn)品濃度等工藝因素影響。
以tpaoh的生產(chǎn),除了常規(guī)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(tǒng)占地和規(guī)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(tǒng)的二隔室雙極膜工藝,產(chǎn)品要求轉(zhuǎn)化徹底,tpaoh產(chǎn)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(tǒng)做出來的tpaoh產(chǎn)品中含有800-1000ppm的br離子。
而余杰的上述研究發(fā)現(xiàn),基于結(jié)果原因的分析,他將雙極膜的組裝形式做一些調(diào)整,最終有效地降低tpaoh產(chǎn)品中br的含量(約400ppm)。
工業(yè)系統(tǒng)高鹽廢水資源化的雙極膜電滲析應(yīng)用,其變化的形式相對單一?;ぎa(chǎn)品清潔生產(chǎn)系統(tǒng)雙極膜的應(yīng)用則比較多樣化,需要結(jié)合前端生產(chǎn)和客戶需求來進行設(shè)計,這種往往最終能形成有競爭力的新的生產(chǎn)工藝。
來源:膜法水處理札記(wx公眾號)