基于雙極膜電滲析的礦井濃鹽水資源化處理工藝研究

雙極膜電滲析（BMED）工藝能夠?qū)⒌V井水膜濃縮系統(tǒng)產(chǎn)生的濃鹽水轉(zhuǎn)化為酸和堿

，從而實現(xiàn)濃鹽水的資源化處理

。BMED系統(tǒng)的運行能耗較高

，且其性能與系統(tǒng)的初始酸/堿濃度

、電解質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及電流密度等參數(shù)密切相關(guān)，有必要對其進(jìn)行優(yōu)化研究

，以降低系統(tǒng)運行成本。




以某礦井水零排放處理系統(tǒng)產(chǎn)生的納濾（NF）濃鹽水和碟管式反滲透（DTRO）濃鹽水為研究對象

，采用BMED小試裝置研究了不同初始酸/堿濃度、電解質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及電流密度工況下

，BMED系統(tǒng)運行電壓、酸/堿濃度

、電流效率等變化情況

。




實驗結(jié)果表明

，實驗條件下處理濃鹽水

，當(dāng)初始酸/堿濃度為0.1 mol/L左右時，BMED產(chǎn)生的酸/堿濃度*高

；BMED裝置產(chǎn)生酸/堿的速度與電解質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)

，電解質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的工況下酸/堿濃度增加較快；此外

，產(chǎn)生酸/堿的速度與電流密度呈正相關(guān)

，而電流效率與電流密度呈負(fù)相關(guān)。




對于NF濃鹽水的處理

，在初始酸/堿濃度為0.1 mol/L左右

、電流密度控制在21 mA/cm²時經(jīng)濟(jì)性*高。此外

，根據(jù)BMED系統(tǒng)的運行參數(shù)進(jìn)行濃鹽水資源化處理的成本收益測算

，結(jié)果表明

，采用雙極膜電滲析工藝處理NF濃鹽水的運行成本低于DTRO-蒸發(fā)結(jié)晶工藝

，具有經(jīng)濟(jì)可行性。

煤礦礦井水通常具有較高的硬度和含鹽量

，如若直接排放容易導(dǎo)致土壤鹽堿化

，因此礦井水的處理回用乃至零排放處理是煤礦環(huán)保工作的重點

。

近年來

，礦井水等高鹽廢水的零排放處理已經(jīng)有了較多的工程應(yīng)用

，取得了顯著的社會環(huán)境效益

。

不過，由于礦井水水量較大

，其零排放處理工藝系統(tǒng)極為復(fù)雜

，由此導(dǎo)致系統(tǒng)的投資和運行成本較高

，而產(chǎn)生的結(jié)晶鹽主要為硫酸鈉，經(jīng)濟(jì)價值較低

，并且在部分地區(qū)難以全部銷售

。利用雙極膜電滲析工藝（Bipolar membrane electric dialysis，BMED）

，將經(jīng)過多級濃縮處理后的礦井水轉(zhuǎn)化為一定濃度的酸和堿進(jìn)行回用，一方面能夠減少進(jìn)入后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶裝置的濃鹽水量

，另一方面產(chǎn)生的酸和堿能夠在礦井水預(yù)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行回用，降低系統(tǒng)運行的藥劑成本

，因此近年來得到了較多的關(guān)注和研究。

目前

，BMED用于濃鹽水資源化處理的研究多是采用配水進(jìn)行，水質(zhì)與經(jīng)過濃縮處理后的礦井水差別很大

，因此系統(tǒng)運行的參數(shù)優(yōu)化對于實際工程的指導(dǎo)意義較弱

。

礦井水水質(zhì)波動頻繁

，并且經(jīng)過多級濃縮處理后的濃鹽水成分較為復(fù)雜

，采用礦井水零排放處理系統(tǒng)運行中的實際水樣進(jìn)行BMED裝置運行參數(shù)優(yōu)化更具工程應(yīng)用意義。本研究以某礦井水零排放處理系統(tǒng)中兩級反滲透（Reverse osmosis

，RO）-納濾（Nano-filtration，NF）環(huán)節(jié)和碟管式反滲透（Disctube reverse osmosis

，DTRO）環(huán)節(jié)產(chǎn)生的濃鹽水為處理對象，采用BMED工藝對其進(jìn)行處理

，研究了不同初始酸/堿濃度

、不同電解質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

、不同電流密度對BMED系統(tǒng)運行的影響

，優(yōu)化了BMED系統(tǒng)處理礦井濃鹽水的運行參數(shù)，對比分析了NF系統(tǒng)產(chǎn)生的濃鹽水采用BMED工藝進(jìn)行資源化處理的成本和采用DTRO-機(jī)械蒸汽再壓縮處理（Mechanical vapor recompression

，MVR）工藝進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶零排放處理的成本，評估了BMED技術(shù)用于濃鹽水資源化處理的經(jīng)濟(jì)性

。

錄入時間：2024/5/13 14:51:48 點擊次數(shù)：1226