电渗析用于盐水浓缩的工艺及运行试验

张宏伟，岳 智，王诗琪

（1．中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038；2．云南锡业股份有限公司锡业分公司，云南个旧 661000）

某企业为消除潜在的环境污染隐患，保持企业的持续、稳定生产，拟实施污废水“零排放”。将经“双膜法”深度处理单元产生反渗透含盐浓水，采用电渗析进一步浓缩，以减少后续蒸发的运行与投资成本；电渗析的淡水回收利用，浓水送蒸发系统。本文对电渗析浓缩的效果进行验证。

1 试验目的

为能够实现电渗析浓缩单元的工业化稳定运行，需验证采用电渗析浓缩技术的可行性，确定最佳的工艺路线和工艺参数。

2 技术原理及优点

电渗析原理是利用离子在直流电场下迁移作用的电化学分离过程，即在直流电场作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子进行选择性透过，使溶液中呈离子状态的溶质和溶剂分离的一种物理化学过程，广泛应用于脱盐系统的浓缩、脱盐。 如图1所示， 电渗析的隔室由阴阳离子交换膜及浓淡水隔板交替叠装，且在两端设置电极。当含盐水通过该隔室时，在直流电场作用下产生离子定向迁移，即阳离子向阴极方向迁移，阴离子向阳极方向迁移。由于离子交换膜具有选择透过性，阴离子交换膜只能让阴离子通过，阳离子交换膜只能让阳离子通过，导致淡水室中的阴离子向阳极方向迁移，透过阴膜进入浓水室，阳离子向阴极方向迁移，透过阳膜进入浓水室；而浓水室中的阴、 阳离子， 虽然也在直流电场的作用下，分别向阳极和阴极方向迁移，但由于受到隔室两侧阳膜和阴膜的阻挡，无法迁出浓水室，从而留在浓水室中。 这样，浓水室因阴、阳离子不断进入而浓度提高，淡水室因阴、阳离子不断移出而使浓度下降，通过隔板边缘特制的孔，分别将各浓、淡隔室的水流汇聚引出，从而产生脱盐水和浓缩盐水两股主水流。

图1 电渗析原理

3 试验目的及内容

3.1 试验目的

试验的目的是为了验证采用“双膜法”深度处理单元产生反渗透含盐浓水浓缩至TDS＞14%， 淡水出水电导＜3 000 μs/cm 的技术可行性。

3.2 试验内容

在现场运行试验装置，模拟实际工况进行试验:1）采用反渗透含盐浓水作为本次实验的原水，研究原水中硬度对膜的影响及迁移情况；2）根据原水水质， 采用药剂软化对反渗透含盐浓水进行预除钙试验，确定药剂投加量及去除效果；3）对软化后的浓水进行分段浓缩，对第一阶段电渗析浓水进行树脂软化，选择合适的树脂，考察软化效果；4）考察电渗析浓缩最终浓水的TDS，以及淡水的电导率，验证电渗析浓缩工艺的可能性。在此基础上，确定最优化的工艺流程和工艺参数，为实现工程化提供依据。

3.3 试验水质

试验水质见表1。

表1 试验水质

3.4 试验工艺路线

试验工艺路线见图2。

图2 试验工艺路线示意

4 试验效果及验证

4.1 软化药剂筛选

分别使用纯碱、纯碱+PAM、纯碱+PAC+PAM 等软化药剂进行试验，试验效果见表2。

表2 软化药剂筛选及效果

由表2 可知，PAC 添加与否，所得上清液都为澄清，对沉淀效果影响不明显，但沉淀物会附着在容器内壁。 因此，软化药剂选用纯碱+PAM。

4.2 药剂软化效果验证

1）测算。 根据Ca2+的质量浓度537．165 mg/L、Mg2+的质量浓度92．697 mg/L， 测算纯碱添加量为1 832．74 mg/L，调节pH 值至7．8。

2）效果。 软化前、后水质指标对比如表3。

表3 软化前、后水质指标对比

4.3 一级电渗析浓缩

对软化后的256．86 kg 上清液进行一级电渗析浓缩试验，一级电渗析合计淡水出水230．66 kg，电导率1 966 μs/cm，TDS为1 352 mg/L，水质指标见表4。 浓水出水26．2 kg，电导率54 000 μs/cm，TDS49 624 mg/L，水质指标见表5。 一级电渗析淡运行数据，见表6。

表4 一级电渗析淡水指标 mg/L

表5 一级电渗析浓水指标 mg/L

表6 一级电渗析运行数据

4.4 一级电渗析浓水树脂软化

1）方法。 在离子交换柱中填充1．7 L 树脂，使用质量分数为10%的盐酸3 L 清洗，流速3 L/h；用纯水或软化水清洗至pH 值大于2； 再用质量分数为8%的氢氧化钠2 L 清洗，流速1 L/h；然后用纯水或软化水清洗至pH 值小于10。 把浓水引入离子交换柱，流速12 L/h，出水为软化水。

2）效果。 软化后Ca2+质量浓度6．413 mg/L，Mg2+质量浓度78．246 mg/L，软化水量26．2 kg。 树脂软化前后Ca2+、Mg2+数据见表7。

表7 树脂软化运行数据

4.5 二级电渗析浓缩

1）液量。 取21．5 kg 树脂软化水进行二级电渗析实验。 二级电渗析淡水出水16．5 kg，电导率21 300 μs/cm，TDS17 936 mg/L，水质指标如表8。二级电渗析浓水出水5 kg，电导率124 100 μs/cm，TDS为147 428 mg/L，水质指标如表9。

表8 二级电渗析淡水指标mg/L

表9 二级电渗析浓水指标 mg/L

2）树脂软化水、二级电渗析淡水、二级电渗析运行数据统计见表10。

表10 二级电渗析运行数据

4.6 系统整体运行数据及评价

双膜法浓水经纯碱软化水、一级电渗析淡水、二级电渗析浓水、二级电渗析淡水数据统计如表11。

表11 系统整体运行数据

5 结论

“双膜法”单元产生的含盐浓水采用“软化+一级电渗析浓缩+树脂软化+二级电渗析浓缩”处理后，依据一级电渗析淡水、二级电渗析浓水、二级电渗析淡水数据统计，淡水产水率96．7%、浓水产水率3．3%，脱盐率78%，淡水TDS为1 352 mg/L，淡水电导率为1 966 μs/cm；最终浓水TDS为147 428 mg/L，浓水电导率为124 100 μs/cm，验证了预设工艺技术可行性，各项指标满足工程拟定指标，可进行工业化应用。