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郵箱:zzxinlvzhou@163.com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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行中的實際水樣進(jìn)行BMED裝置運(yùn)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(yùn)行的影響,優(yōu)化了BMED系統(tǒng)處理礦井濃鹽水的運(yùn)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。
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