石墨廢水雙極膜電滲析制酸、堿工藝探討

文_張耀武 陳希書 陳百俊 浙江沐源環境工程有限公司

1 基本信息

1.1 物料信息

石墨化學提純工藝產生的廢水，經預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 試驗目標

通過均相膜電滲析對廢水進行濃縮至140g/L，淡水小于10g/L；濃水進雙極膜電滲析得到兩個當量的酸、堿。

2 試驗方案

2.1 試驗原理

試驗采用均相膜電滲析處理水洗液，在電場作用下，水中的Na+透過陽離子交換膜，Cl-透過陰離子交換膜，從淡水室遷移到濃水室，實現對鹽溶液的濃縮,詳見圖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，當雙極膜兩端施加反向電壓時，陰陽離子交換層中的離子將分別通過陰、陽層向主體溶液遷移。于是BP中間界面層出現了強電場的狹窄區域，此時，水分子快速解離生成H+和OH-遷移到主體溶液之中， 消耗的水分子通過擴散作用由膜外溶液向中間界面層補充。遷移到主體溶液中的H+和OH-分別與穿過陰、陽離子交換膜的 Cl-、Na+結合，在酸、堿室生成HCl和NaOH。

圖2 3 室雙極膜電滲析原理示意圖

試驗過程中通過電導率確定鹽濃度，并以能耗、處理量等參數進行分析。

2.2 試驗方案

均相膜電滲析對廢水進行脫鹽濃縮至140g/L后濃水進入雙極膜電滲析制酸堿，淡水經反滲透濃縮后回到原物料，產水回用；雙極膜電滲析鹽水濃度降至50g/L左右時回到原物料，堿液蒸發得片堿，酸液濃縮 后繼續用于浸泡石墨。

2.3 試驗設備

試驗設備如表1所示。

表1 試驗設備

2.4 檢測方法

具體檢測方法如表2所示。

表2 檢測方法

3 結果與討論

物料預處理的檢測結果如表3所示，試驗前由于樹脂未活化故濃縮后對物料進行除硬。濃鹽水過濾后未檢測到 Ca、Mg的存在。

表3 物料鈣鎂離子檢測結果

濃縮及雙極膜試驗結果匯總如表4所示。試驗共處理5L廢水，濃縮終點濃水電導率為162.2mS/cm，TDS為140.7g/L；淡水電導率9.8mS/cm，TDS為7.6g/L。雙極膜試驗產堿濃度為1.97mol/L、酸濃度為2.08mol/L。

表4 試驗結果

4 結語

本次試驗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。試驗結果顯示，均相膜電滲析工藝可行，試驗過程中沒有發生膜污染的情況。經濃縮后的鹽溶液中的金屬離子可經螯合樹脂完全去除。

濃縮試驗中1臺AC50-120設備每小時能夠處理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。

雙極膜試驗中產堿濃度為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，均相膜電滲析結合雙極膜用于石墨工業的廢液處理，對廢水進行預濃縮并資源利用，比傳統的蒸發系統資源化效果顯著，而且產生鹽酸和氫氧化鈉，減輕了環境污染，既實現了清潔生產，保護了環境，又產生了可觀的收益，達到經濟效益和環境效益的雙提高，解決了石墨工業的制約，促進環保產業資源化發展。