双极膜电渗析技术处理化工含盐废水的研究

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化工含盐废水的处理是实现化工企业废水“零排放”的最后关键环节。因高浓度化工含盐废水成分复杂、含有多种污染物、重金属去除困难等问题导致其所含杂盐资源化利用困难。双极膜电渗析(BMED)技术作为现在新兴的绿色化工技术,可利用化工浓盐水制备相应的酸、碱,不仅将废水中的盐分脱除,同时也能得到酸、碱产品。其技术拥有能耗低、绿色、高效等优势为解决高盐废水环境污染问题提供了全新的道路。但是BMED膜堆容易被高盐废水中的COD(水样中需要被氧化的还原性有机物的量)所污染影响其处理效果。因此,本论文主要针对化工废水中COD对BMED膜堆处理效果影响展开研究:通过电解盐速率、产酸产碱量、经济效益及电耗成本等方面筛选两种不同性能BMED膜堆后,在实验室条件下使用筛选的优良BMED膜堆处理模拟的化工高盐废水,在COD为5000 mg/L浓度下估算膜堆的使用寿命;并模拟三种不同实际废水COD浓度下分析BMED膜堆性能,具体的研究内容如下:(1)检测两种BMED膜堆在初始条件(额定电压U=35 V,额定电流I=4.4 A,初始Na Cl浓度10%,运行时间t=1 h)下,得到两种膜堆的电解盐速率都在1.5 kg/m~2h左右,在电解产酸产碱速率上,两种膜堆都集中在0.9 kg/m~2h,在电解电耗方面BL3T-40A型膜堆小于1.15k Wh/kg,BL3T-40L型膜堆在1.2-1.3 k Wh/kg之间。通过两种膜堆性能比较及运行成本计算,即筛选出更优的BL3T-40L型膜堆作为实验膜堆。(2)利用筛选的BL3T-40L型膜堆处理高浓度COD含盐废水,分析COD为5000mg/L时膜堆运行情况。将膜堆在高浓度COD下总体运行140h后,发现其电解盐性能、电解产酸和产碱性能分别下降了33%、37%和38%,而电解盐电耗上升了44%。结果表明,盐水中的高浓度COD对膜堆造成污染,其性能呈线性下降。(3)模拟实际工业园区含盐废水COD浓度,分别在三种不同COD浓度下,考察BMED膜堆的运行情况。研究发现膜堆在COD浓度分别为3280 mg/L、5320 mg/L和1460 mg/L浓盐水中运行100 h后,电解盐速率分别下降了9.5%、14.5%和7.5%;电解产酸速率分别下降16%、21%和7.5%,电解产碱速率分别下降7%、17%和27.5%;电解盐电耗分别增加了24%、3%和1.5%。由此可见,膜堆对含盐废水的处理性受COD浓度影响:电解盐、产酸速率均随COD浓度的不断增加,衰退速率逐渐提高;而产碱速率超过膜堆受污染的限度,膜堆的产碱速率会迅速降低;电解盐能耗初时增加迅速,污染稳定后电耗增长逐渐缓慢。基于以上分析可见,BMED膜堆在处理含盐废水时,其性能显著受COD的影响较明显,膜堆容易受COD污染,这些结论将有助于进一步处理和提升BMED膜堆处理高盐废水的效果。
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