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双极膜电渗析资源化硝酸钠制酸碱

无机盐工业 2024年第7期56卷 104-111页

作者：范乐李浩刘国昌徐守疆王海涛李国才常娜天津工业大学化学工程与技术学院天津300387 自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所天津300192 泉州市海丝节水科技有限公司福建泉州362008 天津工业大学环境科学与工程学院天津300387

工业生产中产生的含有NaNO_(3)的高盐废水是一种可回收再利用的资源,通过双极膜电渗析(BMED)技术可制备出相应的酸和碱,对高盐废水的资源化利用具有重要的意义。采用三隔室双极膜电渗析膜堆,以NaNO_(3)溶液模拟高盐废水制备HNO_(3)和NaO... 详细信息

工业生产中产生的含有NaNO_(3)的高盐废水是一种可回收再利用的资源,通过双极膜电渗析(BMED)技术可制备出相应的酸和碱,对高盐废水的资源化利用具有重要的意义。采用三隔室双极膜电渗析膜堆,以NaNO_(3)溶液模拟高盐废水制备HNO_(3)和NaOH。选取能耗、电流效率、转化率作为评价指标,探究电流密度、原料液浓度、极液种类及浓度、酸碱室初始浓度对BMED制酸碱过程的影响。结果表明:随着电流密度的增大,盐转化率提高,能耗增加;随着原料液浓度的增大,电流效率增加,能耗降低,原料液浓度过高会导致电流效率明显降低;极液以3%(质量分数)的NaOH最宜;酸碱室初始浓度的增加可提高盐转化率,降低能耗。综合各因素最优参数进行实验,在电压为35 V、电流密度为700 A/m^(2)、酸碱室初始浓度为0.05 mol/L、原料液为12%(质量分数)的硝酸钠、极液为3%(质量分数)的NaOH的条件下,制得的碱浓度为2.227 mol/L,盐转化率可达93.42%,电流效率为60.83%,能耗为3.23 kW·h/kg。研究结果可为工业生产中NaNO_(3)高盐废水的资源化利用提供参考。

关键词：双极膜电渗析硝酸钠氢氧化钠

基于双极膜电渗析的矿井浓盐水资源化处理工艺研究

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工业水处理 2024年第3期44卷 104-111页

作者：晋银佳王绍曾郭栋尤良洲衡世权华电电力科学研究院有限公司浙江杭州310030 中国华能集团有限公司北京100031

双极膜电渗析(BMED)工艺能够将矿井水膜浓缩系统产生的浓盐水转化为酸和碱,从而实现浓盐水的资源化处理。BMED系统的运行能耗较高,且其性能与系统的初始酸/碱浓度、电解质质量分数以及电流密度等参数密切相关,有必要对其进行优化研究,... 详细信息

双极膜电渗析(BMED)工艺能够将矿井水膜浓缩系统产生的浓盐水转化为酸和碱,从而实现浓盐水的资源化处理。BMED系统的运行能耗较高,且其性能与系统的初始酸/碱浓度、电解质质量分数以及电流密度等参数密切相关,有必要对其进行优化研究,以降低系统运行成本。以某矿井水零排放处理系统产生的纳滤(NF)浓盐水和碟管式反渗透(DTRO)浓盐水为研究对象,采用BMED小试装置研究了不同初始酸/碱浓度、电解质质量分数以及电流密度工况下,BMED系统运行电压、酸/碱浓度、电流效率等变化情况。实验结果表明,实验条件下处理浓盐水,当初始酸/碱浓度为0.1 mol/L左右时,BMED产生的酸/碱浓度最高;BMED装置产生酸/碱的速度与电解质质量分数有关,电解质质量分数较低的工况下酸/碱浓度增加较快;此外,产生酸/碱的速度与电流密度呈正相关,而电流效率与电流密度呈负相关。对于NF浓盐水的处理,在初始酸/碱浓度为0.1 mol/L左右、电流密度控制在21 mA/cm^(2)时经济性最高。此外,根据BMED系统的运行参数进行浓盐水资源化处理的成本收益测算,结果表明,采用双极膜电渗析工艺处理NF浓盐水的运行成本低于DTRO-蒸发结晶工艺,具有经济可行性。

关键词：矿井浓盐水资源化处理双极膜电渗析经济分析

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双极膜电渗析制取酸碱研究进展

山西化工 2024年第5期44卷 47-48,62页

作者：李宁辉郭琳琳李小龙朱建中韦安培中海石油环保服务(天津)有限公司天津300452

基于双极膜电渗析(BMED)技术的基本原理和工作原理,探讨BMED技术在酸碱制备中的应用,包括酸碱反应过程、纯化方法等,通过分析BMED技术在酸碱制备中的优势和挑战,展望了该技术的未来发展方向。

关键词：双极膜电渗析酸碱制备纯化分离电化学方法

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高盐矿井水浓缩液双极膜电渗析试验研究

煤炭科学技术 2023年第11期51卷 248-254页

作者：李福勤薛甜丽高珊珊豆硕超何绪文河北工程大学能源与环境工程学院河北邯郸056038 河北省水污染控制与水生态修复技术创新中心河北邯郸056038 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

基于高盐矿井水的零排放和资源化利用,采用BP-A-C-BP三隔室构型的双极膜电渗析处理高盐矿井水浓缩液。以河北某矿高盐矿井水为原水,经过预处理+RO+脱碳+浓水RO+ED浓缩,最终浓缩液TDS质量浓度达到93040 mg/L,进行双极膜电渗析试验,探究... 详细信息

基于高盐矿井水的零排放和资源化利用,采用BP-A-C-BP三隔室构型的双极膜电渗析处理高盐矿井水浓缩液。以河北某矿高盐矿井水为原水,经过预处理+RO+脱碳+浓水RO+ED浓缩,最终浓缩液TDS质量浓度达到93040 mg/L,进行双极膜电渗析试验,探究了电流密度、循环流量以及极室电解质浓度对于双极膜电渗析产酸碱效果的影响。结果表明:电流密度10~40 mA/cm^(2),随着电流密度的增大,操作电压升高,电流效率和产能逐渐减小,能耗逐渐增加,最佳电流密度为30 mA/cm^(2);循环流量10~30 L/h,随着循环流量的增大,电流效率和产能上升、能耗降低,进一步提高循环流量至40 L/h时反而增加能耗,降低产能,最佳循环流量为30 L/h;极室电解质浓度不宜过低、过高,容易增加能耗,浓度适中时的双极膜电渗析的水解离效果最好,最佳极室电解质浓度为2%。初始盐室浓缩液4 L、酸室和碱室分别为去离子水1.5 L、极室2%硫酸钠溶液2 L,电流密度为30 mA/cm^(2),极室循环流量为60 L/h,其他各室循环流量为30 L/h,运行120 min时,酸、碱浓度分别为6.91%、5.38%,达到试验预期目标,电流效率、产能及能耗分别为74.21%、1.49 kg/(m^(2)·h)、1.66 kWh/kg。经双极膜电渗析工艺产生的酸碱液可用于高盐矿井水零排放工艺以及煤炭下游产业链中,实现了浓缩液的非相变资源化,避免出现杂盐难处理的问题,同时也提高了废水的经济价值。

关键词：矿井水处理高盐矿井水双极膜电渗析浓缩液水解离矿井水资源化

双极膜电渗析应用于高盐废水再生酸碱的影响因素

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膜科学与技术 2023年第1期43卷 116-126页

作者：董隽刘春红薛上峰祁志福高强生董云迪沈江南浙江浙能技术研究院有限公司杭州311121 浙江省工业新水源工程中心杭州311121 浙江工业大学化工学院杭州310014

高盐废水的处理是煤化工废水零排放的关键环节.双极膜电渗析(BMED)可将盐转化为相应的酸和碱,并回用于酸碱调整等内部工艺过程,对煤化工高盐废水的资源化利用有重要意义.针对“预处理-纳滤分盐-反渗透浓缩-二次预处理-电渗析提浓-BMED... 详细信息

高盐废水的处理是煤化工废水零排放的关键环节.双极膜电渗析(BMED)可将盐转化为相应的酸和碱,并回用于酸碱调整等内部工艺过程,对煤化工高盐废水的资源化利用有重要意义.针对“预处理-纳滤分盐-反渗透浓缩-二次预处理-电渗析提浓-BMED再生酸碱”的煤化工废水集成处理工艺,以配制的NaCl溶液模拟纳滤产水作为BMED的原水,探讨其制备NaOH和HCl过程中的关键影响因素.采用三隔室构型BMED装置,以碱浓度、反应速率、电流效率及能耗等作为主要评价指标,考察盐室初始/残液浓度、电流密度、膜堆循环流量和电极液浓度及类型等对BMED运行性能的影响.结果表明,在盐室初始NaCl质量分数15%,盐室NaCl残液质量分数5%,电流密度500 A/m^(2),膜堆各室循环流量90 L/h,电极液3%NaOH的优化运行条件下,NaOH浓度可达1.50 mol/L,电流效率60%,能耗2079 kWh/t-NaOH.研究结果可为推进BMED在煤化工高盐废水资源化处理中的应用提供参考.

关键词：双极膜电渗析煤化工高盐废水零排放氯化钠

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双极膜电渗析处理工业高盐废水的研究现状

膜科学与技术 2022年第4期42卷 148-156页

作者：杨浩然王炳煌郑煜铭杨佳诚苑志华福建农林大学生命科学学院福州350002 中国科学院城市环境研究所城市污染物转化重点实验室厦门361021

相比较传统离子膜电解制酸碱,双极膜电渗析(BMED)具有较低的投运成本、进水预处理要求低、对盐种类适用性广等优点,在当前工业高盐废水资源化处理中,极具应用潜力.本文首先介绍了BMED的技术原理,综述了BMED及其耦合工艺在工业高盐废水... 详细信息

相比较传统离子膜电解制酸碱,双极膜电渗析(BMED)具有较低的投运成本、进水预处理要求低、对盐种类适用性广等优点,在当前工业高盐废水资源化处理中,极具应用潜力.本文首先介绍了BMED的技术原理,综述了BMED及其耦合工艺在工业高盐废水处理的研究应用现状,提出了目前应用的技术问题以及改进措施,最后展望了未来发展趋势.

关键词：双极膜电渗析高盐废水脱盐废水资源化耦合工艺

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双极膜电渗析法处理脱硫废水研究

双极膜电渗析法处理脱硫废水研究

作者：李云朋东北电力大学

学位级别：硕士

我国90%以上燃煤电厂采用了石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术,湿法烟气脱硫工艺中,为维持系统的稳定运行,确保石膏品质,需控制浆液中Cl浓度,因此运行过程中会产生一定量的脱硫废水。脱硫废水具有悬浮物高、含盐量高、重金属种类多以及化学... 详细信息

我国90%以上燃煤电厂采用了石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术,湿法烟气脱硫工艺中,为维持系统的稳定运行,确保石膏品质,需控制浆液中Cl浓度,因此运行过程中会产生一定量的脱硫废水。脱硫废水具有悬浮物高、含盐量高、重金属种类多以及化学需氧量高等特点,是电厂系统末端最难处理废水之一,严重制约着燃煤电厂实现废水零排放的目标。本文采用双极膜电渗析(BMED)技术处理脱硫废水,重点研究BMED膜堆结构和膜材料对处理效果的影响,确定最佳运行参数,并对膜污堵机理进行探究。主要工作如下:(1)BMED膜堆试验主要考察二隔室、三隔室和四隔室结构对模拟脱硫废水处理效果的影响,重点考察电流密度、流速和盐浓度对电压、碱收率、电流效率和能耗的影响。试验结果表明:最佳隔室为三隔室,控制电流密度为30m A/cm,流速为70m L/min,盐浓度为0.91mol/L,可制备的酸浓度为0.69mol/L,碱收率为98.3%,能耗为6.97k Wh/kg,电流效率为95.17%,电导率可降到5.18m S/cm。(2)BMED膜材料试验在第一章确定隔室之后,利用三隔室进行试验。主要考察阴离子交换膜(CJMA-4)、阻酸膜(ATD)、选择性离子交换膜(ACS)对膜堆处理效果的影响。试验结果表明:ATD膜对H泄露有一定抑制作用,但会伴随着高电压,高能耗。ACS膜对二价离子具有一定的选择性,有利于处理模拟脱硫废水。控制ACS膜的最佳运行条件为电流密度为30m A/cm,流速为70m L/min,盐浓度为0.91mol/L,此时产酸浓度可达到0.68mol/L,碱收率为84.7%,能耗为6.65k Wh/kg,电流效率为78.9%,SO的透过率可降到49.1%。(3)BMED膜污染试验主要研究Ca和Mg选择性离子交换膜的污堵情况,通过对膜表面沉积物进行SEM、EDS和XRD表征,试验结果表明Ca和硬度选择性试验后选择性阳离子交换膜表面会形成沉积物,硬度选择性试验沉积物主要为Ca CO、Ca(OH)、Mg(OH),Mg(OH)沉淀主要集中在阳膜盐室侧,Ca CO沉淀主要集中在阳膜碱室侧。

关键词：脱硫废水双极膜电渗析选择性离子交换膜膜污堵

双极膜电渗析同步资源化处理铁尾矿与高磷高氨氮废水性能及机理研究

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双极膜电渗析同步资源化处理铁尾矿与高磷高氨氮废水性能及机理研...

作者：叶鹭婷福建师范大学

学位级别：硕士

矿产资源对于国民经济发展至关重要,特别是开采量最大的铁矿,其开采、选矿过程中会产生大量尾矿,对其的不当处理不仅会污染环境也会造成资源浪费。与此同时,工业生产过程中产生的高磷高氨氮废水也对环境健康造成威胁。为实现铁尾矿与高... 详细信息

矿产资源对于国民经济发展至关重要,特别是开采量最大的铁矿,其开采、选矿过程中会产生大量尾矿,对其的不当处理不仅会污染环境也会造成资源浪费。与此同时,工业生产过程中产生的高磷高氨氮废水也对环境健康造成威胁。为实现铁尾矿与高磷高氨氮废水的资源化处理,本文开展了双极膜电渗析（BMED）同步资源化处理铁尾矿与高磷高氨氮废水的研究。主要研究内容如下:首先研究了双极膜电渗析资源化处理铁尾矿与高磷高氨氮废水性能,结果表明:当电流密度从2.5 m A/cm增加至15.0 m A/cm时,处理4 h,氨氮回收率由26.23%增大至73.14%,磷回收率由6.05%增加至59.95%,磷酸铁母液中铁离子浓度从52.13mg/L增大至348.00 mg/L,但能耗也从0.004 k W·h/L增加至0.092 k W·h/L。过高浓度的H会与金属离子竞争迁移,预处理硝酸浓度由0.3 mol/L增大至1.0 mol/L时,回收母液中铁离子浓度由484.75 mg/L降低至298.38 mg/L,但不同硝酸浓度下氨氮回收率均达到82%以上,磷回收率均达到66%以上。尾矿浸出液中存在Na不利于金属离子回收,铁尾矿采用HNO/Na NO预处理比例由0.5/0变化至0.1/0.4,回收母液中铁离子浓度由737.13 mg/L降低至257.00 mg/L。用0.5 mol/L HNO于35℃预处理处理25 g铁尾矿48 h,电流密度为10.0 m A/cm是应用BMED系统资源化处理铁尾矿的最佳条件,处理7 h,回收室的铁离子浓度达到1011.70 mg/L。其次重点考察了废水组分对BMED资源化处理铁尾矿与高磷高氨氮废水性能的影响。结果表明:不同N:P条件下,氨氮和磷回收率均达到79%和72%以上。N:P从1:1降低到0.15:1,处理时间从7 h缩短至4.7 h,氮磷回收率也分别达到89.16%和72.34%。当P:N从1:1降低到0.25:1时,氨氮回收率达到90.17%,但是磷回收率仅为50.94%。BMED系统处理高磷高氨氮废水的最佳条件为:N:P=1:1、氮磷含量均为1000 mg/L、铁尾矿投加量为25 g、电流密度为10.0 m A/cm,氮磷回收率分别达到88.58%和80.13%。最后应用多槽串联双极膜电渗析处理铁尾矿与高磷高氨氮废水中的氮磷,结果表明:多槽串联条件下,水处理时间从12 h缩短至7 h,氮磷回收率（7 h）分别达到78.81%和74.34%。当电流密度从2.5 m A/cm增大至7.5 m A/cm,处理4 h,2个回收室磷酸铁母液中铁离子浓度从45.63、9.00 mg/L增大至216.63、153.63 mg/L,能耗从0.010 k W·h/L增加到0.048 k W·h/L。尾矿投加量由15 g增大至25 g,回收室（2）铁离子浓度从165.25 mg/L增加至224.38 mg/L。用HNO/Na _disibledevent=0.1/0.4溶液预处理尾矿氮磷回收率分别达到72.36%和65.06%,能耗为0.057 k W·h/L。双单元串联BMED最佳实验室工艺条件为:0.5mol/L HNO预处理25 g铁尾矿48 h,5.0 m A/cm电流密度下运行双串联BMED系统,氨氮和磷回收率可达80.45%和78.06%,其水处理能耗为0.050 k W·h/L。本文采用双极膜电渗析技术同步资源化处理铁尾矿与高磷高氨氮废水,可同时实现废水与固废的资源化处理,既能避免环境污染,又能实现资源的循环利用。

关键词：双极膜电渗析铁尾矿氨氮磷酸盐资源化

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双极膜电渗析回收电镀污泥中重金属的研究

双极膜电渗析回收电镀污泥中重金属的研究

作者：丁建国福建师范大学

学位级别：硕士

电镀产业的快速发展也产生了大量的电镀污泥,其中的重金属化合物、有机物和可溶盐等成分对生态环境具有较大威胁。同时,电镀污泥中含有的丰富重金属是一种重要的资源。目前,电镀污泥的处理多青睐于固定化/稳定化技术,但该技术会占据大... 详细信息

电镀产业的快速发展也产生了大量的电镀污泥,其中的重金属化合物、有机物和可溶盐等成分对生态环境具有较大威胁。同时,电镀污泥中含有的丰富重金属是一种重要的资源。目前,电镀污泥的处理多青睐于固定化/稳定化技术,但该技术会占据大量土地,产物易受环境变化影响;在持续的研究过程中,研究者们提出了材料化、湿法冶金和电动法等方法,但这些技术方法都存在各种各样的缺陷。因此,有必要寻求一种能够有效处理电镀污泥并回收其中重金属资源的技术。电渗析（ED）技术常被用于处理含盐废水,双极膜电渗析（BMED）是将双极膜（BPM）引入ED的一种新型膜分离技术,其可将盐转化为对应的酸和碱,在含盐废水治理方面得到了大量使用。本论文利用BMED结合其余技术手段,分别对含Cu、Ni和Cr的电镀污泥进行资源化回收,主要研究内容与结果如下:（1）BMED耦合电沉积系统回收电镀污泥中的Cu本部分主要研究了BMED对电镀污泥中Cu的分离富集性能和Cu的直流电沉积效果。首先,考察了电解质Na NO浓度对BMED电压的影响以及电流密度对Cu回收率、电镀污泥室p H和电导率、电压、单位能耗和电流效率的影响;其次,研究了电流密度、镀液p H、初始Cu浓度对电沉积Cu的影响;最后,在最佳运行条件下,将BMED与电沉积相结合对电镀污泥中的Cu进行回收。结果表明:在BMED中,Cu的回收率随电流密度的增加而增加,串联多个电镀污泥室能够提高电流效率,降低单位能耗。在Cu电沉积过程中,电流密度、镀液p H和初始Cu浓度明显影响Cu电沉积率和所获铜箔的形态。当BMED耦合电沉积系统中的电镀电镀污泥室数量从1个增加到2个和3个时,回收Cu的电流效率从17.4%分别增加到28.5%和35.2%,单位能耗从11.3分别下降到6.7和5.3 k W·h/kg。电镀污泥中的Cu去除率达到96.4%,回收率高于57.3%。（2）BMED回收电镀污泥中的Ni首先,考察了BMED中电流密度、固液比和污泥粒径对Ni回收率、电镀污泥室p H和电导率、电压、单位能耗和电流效率的影响;另外,优化了Ni的直流电沉积的条件;最后,在最佳运行条件下,使用电沉积回收BMED富集溶液中的Ni,分析了Ni去除率与回收率、电镀污泥室p H和电导率、电压、单位能耗和电流效率的变化。结果表明:在BMED中,Ni的回收率随着电流密度的增加而增加,提高固液比能够提升BMED回收Ni的效果,串联多个电镀污泥室可降低单位能耗、提高电流效率,经BMED处理后,电镀污泥中Ni的去除率为100%,回收率为86.7%。在Ni电沉积过程中,电流密度、镀液p H、初始Ni浓度和温度会影响Ni的电沉积效果,Ni电沉积的优化实验参数如下:电流密度70 m A/cm,镀液p H为6.0,初始Ni浓度为16.0 g/L,温度为40℃,该条件下Ni的电沉积率为47.6%,最终从电镀污泥中回收到纯度为99.3%的镍箔。（3）BMED结合HO氧化回收电镀污泥中的Cr首先,探究了HO氧化电镀污泥中Cr（Ⅲ）的情况;其次,考察了BMED中电流密度、固液比、粒径以及电镀污泥室串联数等参数对Cr回收率、电镀污泥室p H、电压、单位能耗和电流效率的影响;最后,分析了处理前后污泥中Cr的形态变化。结果表明:在p H为12,1 g电镀污泥中投加5.5 m L HO时,HO氧化Cr（Ⅲ）的效率最高,氧化率为68.4%;增大电流密度会提高Cr的回收率,在40 m A/cm的电流密度下得到59.6%的Cr回收率,增大固液比使BMED回收到更多的Cr,增加电镀污泥室数量可降低单位能耗、提高系统电流效率;预加酸能够使污泥中的Cr（Ⅲ）容易被氧化,但会影响产物纯度,氧化后得到的Cr（Ⅵ）以易于迁移的EXC为主,经BMED处理后,污泥中剩余Fe Mn Ox、OM和RES的Cr（Ⅲ）,以及少量的Fe Mn Ox和RES的Cr（Ⅵ）。

关键词：双极膜电渗析电镀污泥重金属回收