陨灶凿怎泽贼则蚤葬造宰葬贼藻则栽则藻葬贼皂藻灶贼灾燥造援41晕燥援9Sep.袁圆园21DOI院10.19965/j.cnki.iwt.2020-1176
试验研究
单价选择性电渗析对高盐废水一/二价阴离子的分离李福勤袁朱
敏袁张引弓袁李佳宾
渊河北工程大学能源与环境工程学院袁河北邯郸056038冤
咱摘要暂采用由实验室改性得到的单价选择性阴离子交换膜电渗析技术对模拟高盐废水中的Cl-和SO42-进行分
浓室尧极室流量分别为20尧30L/h袁Cl-与SO42-的初始总浓度为0.5mol/L袁在淡室流量为20L/h袁电压为5V袁Cl-尧SO42-浓度比为1颐1袁pH为7的最佳条件下袁电渗析装置运行120min时袁Cl-和SO42-的STR达到6.6袁能耗为0.67kW窑h/kg遥
咱关键词暂高盐废水曰单价选择性阴离子交换膜曰电渗析曰选择性分离
咱文献标识码暂A
咱中图分类号暂X703.1
咱文章编号暂1005-829X渊2021冤09-0056-04
离袁考察了流量尧电压尧Cl-和SO42-浓度比尧pH对Cl-和SO42-的选择性迁移比渊STR冤及能耗的影响遥实验结果表明院设定
Separationofmonovalent/divalentanionsinhigh鄄salt
wastewaterbymonovalentselectiveelectrodialysis
渊CollegeofEnergyandEnvironmentalEngineering袁HebeiUniversityofEngineering袁Handan056038袁China冤alaboratory鄄modifiedunivalentselectiveanionexchangemembrane.Theeffectsofflowrate袁voltage袁theconcentra鄄Theexperimentalresultsshowedthat袁withtheflowrateofconcentrationchamberandelectrodechamber20L/handtheselectivemigrationratioofCl-toSO42-was6.6andtheenergyconsumptionwas0.67kW窑h/kg.ration
tionratioofCl-toSO42-袁pHontheselectivemigrationratioofCl-toSO42-andenergyconsumptionwereinvestigated.L/h袁voltage5V袁theconcentrationratioofCl-toSO42-1颐1andpH7袁theelectrodialysisdeviceoperatedfor120min袁Keywords院high鄄salinitywastewater曰univalentselectiveanionexchangemembrane曰electrodialysis曰selectivesepa鄄30L/hrespectively袁theinitialtotalconcentrationofCl-andSO42-0.5mol/L袁theflowrateoffreshwaterchamber20Abstract院TheseparationofCl-andSO42-insimulatedhigh鄄salinitywastewaterwasstudiedbyelectrodialysisusing
LiFuqin袁ZhuMin袁ZhangYingong袁LiJiabin
近年来袁我国对水环境问题逐渐重视袁很多工准也1-3页遥目前袁工业高盐废水野零排放冶处理工艺的主要思路是将盐和水分离袁得到回用水和结晶盐袁然而高盐废水中的离子种类繁多袁产生的工业盐纯度较盐废水中的盐组分进行高效分离袁实现盐资源的分质回收袁已经成为了工业高盐废水处理研究中的重点与难点也7-8页遥
以单价选择性离子交换膜为核心的新型电渗析低袁很难实现其资源化利用价值也4-6页遥因此袁如何将高业生产中的高盐废水处理被要求达到野零排放冶标
技术可以在电场力作用下袁利用孔径筛分和静电排离袁从而实现杂盐纯化也9-11页遥该技术的优点在于水回由于我国还没有商业化的单价选择性离子交换膜袁进口产品价格较高袁故本实验采用国产均相阴离子交换膜进行改性袁利用改性得到的单价选择性阴离流量尧电压尧Cl-和SO42-浓度比及pH对Cl-尧SO42-选择子交换膜组装电渗析膜堆处理高盐废水袁考察淡室斥的原理对同种电性不同价态的离子进行选择性分
收率高尧操作简单尧成本低以及浓缩上限较高也12-13页遥
性迁移比渊STR冤和能耗的影响袁从而确定最佳操作
咱基金项目暂河北省重点研发计划项目渊19213602D冤
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1.2
实验方法
1
野零排放冶提供参考遥
条件袁实现系统的优化袁以期为高盐废水处理实现
利用氯化钠和硫酸钠配制模拟高盐废水袁设定
首先将均相阴离子交换膜浸泡在0.5g/L的4袁4爷-二叠氮二苯乙烯-2袁2爷-二磺酸钠渊DAS冤溶液中8h袁然后将膜取出进行30min的紫外线照射袁利用DAS中的磺酸基团与叠氮基团使其具有单价选择性能袁得到单价选择性阴离子交换膜也14页遥实验过程中采用的电渗析膜堆由10张单价选择性阴离子交换膜尧11张阳离子交换膜和专用隔板渊PP材质冤组成袁交替排列形成淡室和浓室遥2种膜的有效尺寸均为17.5cm伊7cm袁主要性能见表1遥
表1
Table1膜种类
1.1
实验部分
实验原理及流程
电压尧Cl-和SO42-浓度比尧pH等因素对实验结果的影响袁并在各因素的最优条件下进行电渗析实验遥1.3
分析方法
初始总浓度为0.5mol/L袁溶液初始pH为6.8袁以Cl-尧SO42-的STR和能耗为评价指标袁考察淡室流量尧
浓室流量为20L/h袁极室流量为30L/h袁Cl-与SO42-的
Cl-浓度采用硝酸银滴定法测定袁SO42-浓度采用重量法测定遥
淡室中Cl-尧SO42-的STR按式渊1冤计算遥
-VtC0渊SO42-冤V0STR=Ct渊Cl冤Ct渊SO42-冤VtC0渊Cl-冤V0
式中院Ct渊Cl-冤要要要t时刻浓室的Cl-浓度袁mol/L曰
渊1冤
离子交换膜的主要性能
含水
量/%
迁移离子交换
容量/数
渊mmol窑g-1冤0.820.88
Mainpropertiesofionexchangemembrane膜厚/mm
膜生产商阴离子交换
膜改性山东天维膜技术有限公司
要t时刻浓室的SO42-浓度袁mol/L曰Ct渊SO42-冤要要
要0时刻淡室的Cl-浓度袁mol/L曰C0渊Cl-冤要要
单价选择性0.1317.8逸0.98阴离子交换膜
均相阳离子0.15~0.1720~30逸0.97交换膜
注院测定条件为25益袁0.5mol/LNaCl溶液遥
V0要要要0时刻淡室的体积袁L遥
淡室中Cl-或SO42-的透过率渊浊i冤按式渊2冤计算遥式中院浊i要要要t时刻i离子的透过率袁%曰
浊i=Ci0-Cit伊100%
Ci0
C0渊SO42-冤要要要0时刻淡室的SO42-浓度袁mol/L曰Vt要要要t时刻浓室的体积袁L曰
渊2冤
电渗析实验流程见图1遥
浓室产出1kgNaCl的能耗按式渊3冤计算遥
E=
要t时刻淡室的i离子浓度袁mol/L曰Cit要要Ci0要要要0时刻淡室的i离子浓度袁mol/L遥
式中院E要要要电渗析能耗袁kW窑h/kg曰
乙t0
UIdtCtVtM渊3冤
Ct要要要t时刻浓室的Cl-浓度袁mol/L曰Vt要要要t时刻浓室的体积袁L曰要NaCl摩尔质量袁g/mol遥M要要
1要流量计曰2要阀门曰3要循环泵曰4要浓室循环罐曰
5要淡室循环罐曰6要极水循环罐曰7要直流稳压电源遥
图1电渗析实验流程
2
Fig.1Flowchartofelectrodialysisexperiment
2.1
结果与讨论
积的去离子水袁极室中加入0.2mol/LNa2SO4极液遥在电场力作用下袁淡室中的Cl-和Na+分别通过单价选择性阴离子交换膜和阳离子交换膜进入相邻浓室袁得到氯化钠浓缩液袁而淡室中的SO被截留袁随着氯化钠浓度的降低袁硫酸钠相对含量增加袁因此实现了氯化钠和硫酸钠的选择性分离遥
2-4
向淡室中加入模拟高盐废水袁浓室中加入等体
的条件下袁调节淡室流量分别为10尧15尧20尧25尧30L/h袁进行2h的电渗析实验袁此时Cl-尧SO42-的STR与能耗随淡室流量的变化见图2遥
STR和能耗先增大后减小遥原因是阴离子交换膜的选择性主要由离子水化能决定袁Cl-的水化能渊317
57由图2可知袁随着淡室流量的增加袁Cl-尧SO42-的
在Cl-尧SO42-浓度比为1颐1袁电压为6V袁原水pH
淡室流量对STR的影响
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工业水处理圆园21-09袁41渊9冤
于6V时袁电场力不断增强袁此时电场力为主要影响电场力作用下迁移速率都加快袁但高电荷离子迁移
小遥这是因为电场力不断增强袁离子的迁移速率加快袁Cl-的水合半径远小于SO42-袁Cl-更易透过遥当电压大
因素袁膜表面排斥力为次要影响因素袁Cl-和SO42-在率更快袁即二价的SO42-泄漏率增大比例大于一价的Cl-通过率增大比例袁STR减小遥因此袁电压为6V时袁分离效果最好袁但同时其能耗较大袁综合考虑袁选择最佳电压为5V袁此时STR为5.02袁能耗为0.52kW窑h/kg遥2.3
Cl-尧SO42-浓度比对STR的影响
在淡室流量为20L/h袁电压为6V袁原水pH条件下袁调节Cl-尧SO42-浓度比分别为2颐1尧1.5颐1尧1颐1尧1颐1.5尧
图2Fig.2
kJ/mol冤小于SO42-的水化能渊1000kJ/mol冤袁Cl-更易迁移遥并且流量的增加意味着相同时间内电渗析完成的循环次数增多袁Cl-透过率更大袁故STR增加遥当淡室流量为20~30L/h时袁相对于Cl-袁SO42-的泄漏率增大的幅度更大袁故STR逐渐降低遥实验结果表明袁流量为20L/h时袁分离效果最好袁能耗也相对较小袁因1.03kW窑h/kg遥
2.2电压对STR的影响
此选择最佳流量为20L/h袁此时STR为6.10袁能耗为
EffectofflowrateonCl-andSO42-separationeffect
淡室流量对Cl-和SO42-分离效果的影响
1颐2袁进行2h的电渗析实验袁Cl-尧SO42-的STR与能耗随Cl-尧SO42-浓度比的变化见图4遥
电渗析实验袁此时Cl-尧SO42-的STR与能耗随电压的变化见图3遥
图4
Fig.4EffectofconcentrationratioofCl-andSO42-onseparationeffectofCl-andSO42-Cl-尧SO42-浓度比对Cl-和SO42-分离效果的影响
条件下袁调节电压分别为4尧5尧6尧7尧8V袁进行2h的
在Cl-尧SO42-浓度比为1颐1袁淡室流量为20L/h的
1.03kW窑h/kg袁因此选择最佳浓度比为1颐1遥2.4pH对选择性迁移比的影响
离效果最好袁STR最大袁为6.1袁此时能耗也较低袁为
由图4可知袁当Cl-尧SO42-浓度比为1颐1时袁其分
8尧9袁进行2h的电渗析实验袁此时Cl-尧SO42-的STR与能耗随pH的变化见图5遥
图3Fig.3
EffectofvoltageonCl-andSO42-separationeffect
电压对Cl-和SO42-分离效果的影响
度比为1颐1的条件下袁调节pH分别为3尧4尧5尧6尧7尧
在淡室流量为20L/h袁电压为6V袁Cl-尧SO42-浓
不同袁随着电压的增大袁Cl-尧SO42-的STR先增大后减58由图3可知袁电压不同袁Cl-和SO42-的分离效果
STR都略有下降袁原因在于酸性条件下引入了H+袁H+与已解离的磺酸基团结合袁削弱了单价选择性阴离pH时引入了额外的阴离子OH-袁导致Cl-的透过率子交换膜表面的负电荷排斥能力曰碱性条件下调节
由图5可知袁在酸性或碱性条件下袁Cl-尧SO42-的
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最佳值遥
为0.67kW窑h/kg袁分离效果可达最好遥
下电渗析装置运行2h袁Cl-尧SO42-的STR为6.6袁能耗
电压为5V袁Cl-尧SO42-浓度比为1颐1袁pH为7袁此条件
择性交换膜电渗析的最佳条件院淡室流量为20L/h袁
渊2冤设定浓室流量为20L/h袁极室流量为30L/h袁Cl-与SO42-的初始总浓度为0.5mol/L袁单价阴离子选
渊3冤实验结果表明实验室改性的单价选择性阴离子交换膜能够有效截留二价阴离子袁实现一尧二价阴离子的分离遥
图5Fig.5
EffectofpHonCl-andSO42-separationpH对Cl-和SO42-分离效果的影响
参考文献
咱1暂陈富强袁池勇志袁田秉晖袁等.高盐工业废水零排放技术研究进咱2暂杨楠.煤化工高盐废水零排放工艺技术研究咱D暂.西安院西北大咱3暂许加海袁万树春袁王乃琳袁等.石化高盐废水处理及零排放回用咱J暂.
工业水处理袁2020袁40渊5冤院122-125.
咱4暂卞晓彤袁黄永明袁郭如涛袁等.高盐废水单质分盐与资源化利用的
研究进展咱J暂.无机盐工业袁2019袁51渊8冤院7-12.
咱5暂熊日华袁何灿袁马瑞袁等.高盐废水分盐结晶工艺及其技术经济分
析咱J暂.煤炭科学技术袁2018袁46渊9冤院37-43.
咱6暂颜海洋袁汪耀明袁蒋晨啸袁等.离子膜电渗析在高盐废水野零排放冶
中的应用尧机遇与挑战咱J暂.化工进展袁2019袁38渊1冤院672-681.零排放技术咱J暂.化学进展袁2019袁31渊12冤院1669-1680.性能咱J暂.过程工程学报袁2017袁17渊3冤院491-499.
咱7暂陈青柏袁刘雨袁赵津礼袁等.基于新型离子交换膜过程的含盐废水咱8暂陈静袁张杰袁金艳袁等.纳滤和电渗析对浓海水一二价离子的分离咱9暂田秉晖袁刘芷源袁李昱含.基于野趋零排放冶的高盐废水电渗析浓
缩技术研究进展咱J暂.环境工程学报袁2020袁14渊9冤院2394-2405.属废水试验研究咱J暂.工业水处理袁2020袁40渊4冤院67-70.咱10暂李福勤袁焦亚楠袁朱云浩袁等.单价选择性电渗析处理酸性重金咱11暂TongTiezheng袁ElimelechM.Theglobalriseofzeroliquiddischar鄄
学袁2018.
展咱J暂.工业水处理袁2018袁38渊8冤院1-5.
在淡室流量为20L/h袁电压为5V袁Cl-尧SO42-浓度比为1颐1袁pH为7的条件下进行电渗析实验袁此时Cl-与SO42-的透过率与能耗随时间的变化见图6遥
STR为6.54袁能耗为1.38kW窑h/kg遥
2.5最佳条件下离子透过率随时间的变化
相对减少袁STR降低遥故最佳的pH条件为7袁此时
图6Cl与SO的分离效率与能耗随时间的变化
-
Fig.6VariationofseparationefficiencyandenergyconsumptionofCl-andSO42-withtime
2-4
Cl-的透过率达到70.29%袁SO42-的泄漏率为28.09%遥此时Cl-尧SO42-的STR为6.6袁能耗为0.67kW窑h/kg袁分离效果良好袁能耗较低遥
由图6可知袁在该条件下电渗析装置运行2h后袁
咱12暂王惠袁赵新星袁朱安民袁等.电渗析脱盐处理离子交换再生废水
的试验与研究咱J暂.工业水处理袁2019袁39渊7冤院50-53.
咱13暂ZhangYang袁PaepenS袁PinoyL袁etal.Selectrodialysis院Fractiona鄄
6846-6855.
rections咱J暂.EnvironmentalScience&Technology袁2016袁50渊13冤院
geforwastewatermanagement院Drivers袁technologies袁andfuturedi鄄
tionofdivalentionsfrommonovalentionsinanovelelectrodialysisstack咱J暂.SeparationandPurificationTechnology袁2012袁88院191-
渊1冤在实验范围内袁随着流量尧电压和pH的增大袁Cl-尧SO42-的STR与能耗都是先增大后减小袁存在
3结论
咱14暂柳慧敏.叠氮交联型单价选择性阴离子交换膜的制备和性能表
征咱D暂.杭州院浙江工业大学袁2018.要要要要要要要要要要要
201.
咱作者简介暂李福勤渊1966要冤袁教授遥E鄄mail院lifuqin2003@163.com遥咱收稿日期暂2021-07-08渊修改稿冤
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