石墨废水双极膜电渗析制酸、碱工艺探讨

文_张耀武 陈希书 陈百俊 浙江沐源环境工程有限公司

1 基本信息

1.1 物料信息

石墨化学提纯工艺产生的废水，经预处理后氯化钠的含量为4%左右、硝酸盐1870mg/L，含有20ppm的氟离子。

1.2 试验目标

通过均相膜电渗析对废水进行浓缩至140g/L，淡水小于10g/L；浓水进双极膜电渗析得到两个当量的酸、碱。

2 试验方案

2.1 试验原理

试验采用均相膜电渗析处理水洗液，在电场作用下，水中的Na+透过阳离子交换膜，Cl-透过阴离子交换膜，从淡水室迁移到浓水室，实现对盐溶液的浓缩,详见图1。

图1 均相膜电渗析原理示意图

3隔室双极膜电渗析（图2）原理在于，当双极膜两端施加反向电压时，阴阳离子交换层中的离子将分别通过阴、阳层向主体溶液迁移。于是BP中间界面层出现了强电场的狭窄区域，此时，水分子快速解离生成H+和OH-迁移到主体溶液之中， 消耗的水分子通过扩散作用由膜外溶液向中间界面层补充。迁移到主体溶液中的H+和OH-分别与穿过阴、阳离子交换膜的 Cl-、Na+结合，在酸、碱室生成HCl和NaOH。

图2 3 室双极膜电渗析原理示意图

试验过程中通过电导率确定盐浓度，并以能耗、处理量等参数进行分析。

2.2 试验方案

均相膜电渗析对废水进行脱盐浓缩至140g/L后浓水进入双极膜电渗析制酸碱，淡水经反渗透浓缩后回到原物料，产水回用；双极膜电渗析盐水浓度降至50g/L左右时回到原物料，碱液蒸发得片碱，酸液浓缩 后继续用于浸泡石墨。

2.3 试验设备

试验设备如表1所示。

表1 试验设备

2.4 检测方法

具体检测方法如表2所示。

表2 检测方法

3 结果与讨论

物料预处理的检测结果如表3所示，试验前由于树脂未活化故浓缩后对物料进行除硬。浓盐水过滤后未检测到 Ca、Mg的存在。

表3 物料钙镁离子检测结果

浓缩及双极膜试验结果汇总如表4所示。试验共处理5L废水，浓缩终点浓水电导率为162.2mS/cm，TDS为140.7g/L；淡水电导率9.8mS/cm，TDS为7.6g/L。双极膜试验产碱浓度为1.97mol/L、酸浓度为2.08mol/L。

表4 试验结果

4 结语

本次试验主要考察均相膜电渗析浓缩该股石墨废水并用双极膜制酸碱。试验结果显示，均相膜电渗析工艺可行，试验过程中没有发生膜污染的情况。经浓缩后的盐溶液中的金属离子可经螯合树脂完全去除。

浓缩试验中1台AC50-120设备每小时能够处理1.65t（1.64m3）物料，处理物料能耗为14.3kWh/t，若以膜堆净电压记，单位处理能耗为6.2kWh/t；过滤后的废水TDS为46.5g/L，浓水140.7g/L、淡水7.6g/L。

双极膜试验中产碱浓度为1.97mol/L、酸浓度为2.08mol/L。处理浓盐水能耗为183.96kWh/t，若以膜堆净电压记，单位处理能耗为121.08kWh/t；其中碱净能耗为2186 kWh/t（不含水泵）。

因此，均相膜电渗析结合双极膜用于石墨工业的废液处理，对废水进行预浓缩并资源利用，比传统的蒸发系统资源化效果显著，而且产生盐酸和氢氧化钠，减轻了环境污染，既实现了清洁生产，保护了环境，又产生了可观的收益，达到经济效益和环境效益的双提高，解决了石墨工业的制约，促进环保产业资源化发展。