周鴻亮等
摘 要:電滲析技術(shù)屬于膜分離技術(shù),廣泛應(yīng)用于廢水處理行業(yè)的分離純化的生產(chǎn)過程中,有效率高、清潔衛(wèi)生及經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。本文簡述了電滲析技術(shù)的原理,介紹了電滲析技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用研究,并對其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞:電滲析;膜;應(yīng)用
電滲析是在外加直流電場的作用下,利用離子交換膜的選擇透過性,使離子從一部分水中遷移到另一部分水中的物理化學(xué)過程。電滲析器,就是利用多層隔室中的電滲析過程達(dá)到除鹽的目的。電滲析作為一種新興的膜法分離技術(shù),在天然水淡化,海水濃縮制鹽,廢水處理等方面起著重要的作用,已成為一種較為成熟的水處理方法。
1 電滲透技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用
1.1 電滲透技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水的研究
硝酸銨是基本的化學(xué)化工原料和農(nóng)用氮肥,廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、國防、化工、醫(yī)藥、紡織、輕工等領(lǐng)域。由于歷史的原因,我國傳統(tǒng)的硝酸銨生產(chǎn)裝置大多技術(shù)裝備陳舊,工藝落后,環(huán)保水平偏低,在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含氮工業(yè)廢水。特別是由于硝酸銨生產(chǎn)工藝決定由稀硝酸帶入的水分在中和、蒸發(fā)及結(jié)晶過程中以二次蒸汽的形式排出,形成的工藝?yán)淠褐泻邢跛徜@和氨,成為硝酸銨生產(chǎn)的主要污水源。這些冷凝液若直接排放,會使排放水中氨氮含量嚴(yán)重超標(biāo),造成地表水體的富營養(yǎng)化,破壞水環(huán)境的生態(tài)平衡。如直接送回硝酸吸收塔回用又不利于生產(chǎn)安全,并且還不能全部回收利用。由于缺乏有效的治理措施,一些廠家采用兌水稀釋的辦法以實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放,耗費(fèi)大量的水資源。目前,新修訂的地方和行業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)都相繼提高了氨、氮標(biāo)準(zhǔn),并對污染物的排放限值、水污染物基準(zhǔn)排水量和排放濃度都做了相應(yīng)規(guī)定,硝酸銨冷凝液的治理及回收利用成為硝酸銨生產(chǎn)企業(yè)面臨的亟待解決的難題。川化股份有限公司采用24臺具有特殊專用膜的電滲析單元所組成電滲析裝置,冷凝廢水的最大處理量為36t/h,硝酸銨冷凝廢水經(jīng)電滲析裝置循環(huán)濃縮、淡化處理后,濃水中硝酸銨體積百分比含量為20% ,回收率達(dá)96%以上,合格淡水排放水中氨氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量≤40mg/L。冷凝廢水中氨、硝酸、硝酸銨每年削減或回收的排放量分別為113.54t、362.23t、88.34t,氨氮排放總量從每年的71.208t減少到10.162t,減少量為61.046t,削減85. 173%,不僅達(dá)到了減少硝酸銨廢水排放量、消除污染的目的,而且還提高了資源綜合利用率,降低了生產(chǎn)成本,取得了顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 電滲透技術(shù)處理氨氮廢水的研究
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,各種污染物的排放量急劇增加,對環(huán)境尤其是水體造成了嚴(yán)重污染,資料表明,氨氮、磷等是地表水的主要污染物。氨氮廢水的超標(biāo)排放是水體富營養(yǎng)化的主要原因之一。目前在工業(yè)上應(yīng)用的脫氨方法主要有生物脫氮法、吹脫法、折點(diǎn)加氯法、離子交換法等。生物脫氮法適用于處理含有機(jī)物的低氨氮濃度廢水,該法技術(shù)可靠,處理效果好,主要應(yīng)用于含氨化工廢水和生活污水的處理。折點(diǎn)加氯法和離子交換法適用于不含有機(jī)物的低濃度氨氮的廢水處理。對于高濃度無機(jī)氨氮廢水,如氮肥廠廢水等,目前工業(yè)應(yīng)用較多采用吹脫法,但脫氨率僅為70%,無法達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn),且投資大,二次污染嚴(yán)重。唐艷等采用電滲析法處理氨氮廢水,對工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化研究,在實驗室條件下得到工藝參數(shù)。電滲析電壓為55V,進(jìn)水流量為24L/h,氨氮廢水進(jìn)水電導(dǎo)率為2920s/cm,氨氮濃度為534.59mg/L。出水室濃水和淡水各占19%和81%,濃水和淡水的電導(dǎo)率分別為14000s/cm和11.8s/cm,氨氮含量分別為2700mg/L和13mg /L。該電滲析裝置處理后的氨氮廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),可以滿足回用要求。
1.3 電滲透技術(shù)處理蘋果酸廢水的研究
隨著我國蘋果栽種面積的不斷擴(kuò)大和蘋果產(chǎn)量的快速增長,我國的蘋果加工業(yè)得到了蓬勃發(fā)展。脫色脫酸果汁是近年來興起的蘋果汁加工新品種,它是將經(jīng)前處理、澄清、超濾后的清汁經(jīng)脫色樹脂吸附、脫酸樹脂深度脫色、脫酸處理,濃縮后得到的無色透明、質(zhì)地純凈的純天然果糖產(chǎn)品,在歐美、國內(nèi)等市場成為消費(fèi)的熱點(diǎn),具有良好的市場前景。在目前的生產(chǎn)工藝中,脫色脫酸樹脂的NaOH再生廢液與前處理樹脂的酸洗廢液中和后直接排放,這樣不僅對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,制約了我國蘋果汁加工行業(yè)進(jìn)入良性的可持續(xù)發(fā)展軌道,而且浪費(fèi)了NaOH再生廢液中大量天然的L-蘋果酸。同時,由于原料等條件的限制,我國現(xiàn)有的蘋果濃縮汁多為低酸果汁,而國際市場上濃縮蘋果汁的價格與酸度成正比,酸度每升高1,每噸濃縮蘋果汁的價格即可提高100~150美元。如果能將NaOH再生廢液中的天然L-蘋果酸脫鹽回收,達(dá)到蘋果濃縮汁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),就可以將其直接回兌到蘋果濃縮汁中,提高產(chǎn)品的酸度,帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。葉微微等采用國產(chǎn)離子交換膜研究了采用電滲析法脫鹽回收廢液中的蘋果酸,及其對蘋果酸廢液脫鹽的工藝條件。將廢液pH調(diào)至4.0,工作電流11A下循環(huán)脫鹽2h,脫鹽率達(dá)99%以上,含Na+11821mg/L的廢液脫鹽至含Na+42.88mg/L,其中L-蘋果酸損失18.94%,基本達(dá)到分離要求,表明了電滲析對蘋果酸廢液的脫鹽是切實可行的。
2、展望
隨著科學(xué)發(fā)展觀的不斷深入,我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性需求,節(jié)能減排,清潔工業(yè)的發(fā)展等等因素,膜分離技術(shù)正在滲透到所有工業(yè)和研究領(lǐng)域,應(yīng)用的領(lǐng)域和規(guī)模發(fā)展也不斷加快??傊?,電滲析技術(shù)作為工業(yè)分離以及廢水處理技術(shù),將會加快工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程,應(yīng)用前景是十分可觀的。
參考文獻(xiàn)
[1]張維潤.電滲析工程學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1995:1-3,117-128.
[2]汪建芳,湯建華.電滲析濃縮回收硫酸鈉溶液的實驗研究[J]水處理技術(shù),2002,28(5):288-289.
[3]汪家銘.利用電滲析技術(shù)處理硝酸銨冷凝廢水[J].瀘天化科技,2009(2): 184-186+193.
[4]許國強(qiáng),曾光明.氨氮廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].湖南有色金屬,2002,26(2): 37-40.
[5]鐘理,譚春偉.高濃度氨氮廢水處理技術(shù)[J].北京工商大學(xué)學(xué)報,2004,22(2): 5-8.
[6]唐艷,凌云.氨氮廢水的電滲析處理研究[J].中國資源綜合利用,2008,126(3): 27-29.
[7]呂建國.中藥廢水處理方法研究[J].甘肅科技,2009,25(22):65-67+58.
作者簡介
周鴻亮(1992-),男,漢族,河南周口人,鄭州大學(xué)給水排水2011級本科生。
李曉楠(1991-),女,漢族,黑龍江鶴崗人,鄭州大學(xué)給水排水2011級本科生。