進(jìn)水要求、噸水能耗、產(chǎn)品純度等往往是雙極膜電滲析系統(tǒng)核心考慮的因素。
工藝有時(shí)候是死的，但設(shè)計(jì)是相對(duì)是靈活的。
01 工業(yè)高鹽廢水系統(tǒng)
雙極膜的使用，很多人對(duì)進(jìn)水要求會(huì)有一個(gè)定性的理解，其中進(jìn)水水質(zhì)中二價(jià)及二價(jià)以上陽(yáng)離子含量需要基本去除，否則不可行。其實(shí)也并非如此，比如有色行業(yè)有些項(xiàng)目，其系統(tǒng)如下：
上述系統(tǒng)項(xiàng)目需求主要是回收銅、鋅，盡可能去除系統(tǒng)內(nèi)的f、cl，只要控制終點(diǎn)鹽室中的ph，即可以避免金屬離子形成氫氧化物沉淀，從而確保雙極膜系統(tǒng)在此條件下的運(yùn)行穩(wěn)定性。
工業(yè)高鹽廢水零排放系統(tǒng)中，最終走工業(yè)無(wú)機(jī)鹽副產(chǎn)品的思路很多時(shí)候業(yè)主也不太認(rèn)可，可大部分時(shí)候他們又無(wú)備選方案可選。雙極膜的出現(xiàn)則給他們帶來(lái)了新思路，這兩年有非常多的應(yīng)用案例落地，在這些案例中，大部分都是納濾分鹽后，納濾產(chǎn)水氯化鈉部分進(jìn)行雙極膜電滲析，轉(zhuǎn)化成鹽酸和氫氧化鈉。
如果廢水是氯化鈉和硫酸鈉的混合物，雙極膜電滲析出水堿液為氫氧化鈉，酸液為鹽酸和硫酸混合物，而且這一結(jié)果貌似我們?cè)诓桓淖冞M(jìn)水的條件下，無(wú)法改變系統(tǒng)的出水。而顏海洋“in-situ combination of bipolar membrane electrodialysis with monovalent selective anion-exchange membrane for the valorization of mixed salts into relatively high-purity monoprotic and diprotic acids”一文中則分享了一種思路：
02 碳酸鹽與易結(jié)晶物料系統(tǒng)
廢水中若含有大量碳酸根，一般不建議進(jìn)入雙極膜電滲析系統(tǒng)，因?yàn)橄到y(tǒng)中碳酸根會(huì)結(jié)合h+產(chǎn)生二氧化碳?xì)馀?，影響運(yùn)行，容易造成燒膜。
某一溶液由有機(jī)酸鹽和碳酸鈉組成，傳統(tǒng)工藝主要采用連續(xù)離交工藝生成有機(jī)酸產(chǎn)品，實(shí)際生產(chǎn)面臨兩個(gè)問(wèn)題：1. 連續(xù)離交需要考慮離交廢水處理，且大量副產(chǎn)的無(wú)機(jī)鹽需要處理；2. 連續(xù)離交過(guò)程中排氣量大，影響設(shè)備處理能力和效果。
改造工藝則采用雙極膜電滲析，過(guò)程中控制鹽室的ph，控制碳酸根僅僅轉(zhuǎn)化為碳酸氫根，可以有效降低離交的負(fù)荷。其次工藝還可繼續(xù)延伸，當(dāng)碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉時(shí)，它被剝離出系統(tǒng)，碳酸氫鈉而又可以分解成碳酸鈉和二氧化碳，再進(jìn)雙極膜。
現(xiàn)在有機(jī)鹽產(chǎn)品的雙極膜清潔生產(chǎn)案例應(yīng)用越來(lái)越多，其中溶液組成和性質(zhì)具有特殊性的類(lèi)似系統(tǒng)不少，過(guò)程中需要控制核心工藝參數(shù)。
比如酒石酸鈉的雙極膜系統(tǒng)，在30℃條件下，酒石酸溶解度為156g，酒石酸一鈉為11g，酒石酸二鈉為60.9g，顯然這個(gè)雙極膜系統(tǒng)，其核心的點(diǎn)是酒石酸一鈉的溶解度，系統(tǒng)可以考慮降低物料進(jìn)水濃度，或者控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化終點(diǎn)。
03 要求高純度的系統(tǒng)
高鹽廢水的無(wú)機(jī)鹽資源化做成酸和堿，酸堿的濃度、品質(zhì)等會(huì)受到關(guān)注。有機(jī)鹽的清潔生產(chǎn)過(guò)程，有機(jī)產(chǎn)品的純度、酸堿液純度會(huì)受到關(guān)注。這個(gè)絕大部分取決于雙極膜電滲析系統(tǒng)所配套的雙極膜、陽(yáng)膜、陰膜的性能，其次它也受工藝設(shè)計(jì)的產(chǎn)品濃度等工藝因素影響。
以tpaoh的生產(chǎn)，除了常規(guī)的電解法，目前還有雙極膜電滲析工藝，可以?xún)筛羰液腿羰?。電解法存在膜的使用壽命、系統(tǒng)占地和規(guī)模受限等問(wèn)題，雙極膜電滲析則會(huì)遇到tpaoh純度的問(wèn)題。
tpabr用傳統(tǒng)的二隔室雙極膜工藝，產(chǎn)品要求轉(zhuǎn)化徹底，tpaoh產(chǎn)品中盡量不含br，所以二隔室雙極膜工藝要求較高，實(shí)際工藝系統(tǒng)做出來(lái)的tpaoh產(chǎn)品中含有800-1000ppm的br離子。
而余杰的上述研究發(fā)現(xiàn)，基于結(jié)果原因的分析，他將雙極膜的組裝形式做一些調(diào)整，最終有效地降低tpaoh產(chǎn)品中br的含量（約400ppm）。
工業(yè)系統(tǒng)高鹽廢水資源化的雙極膜電滲析應(yīng)用，其變化的形式相對(duì)單一。化工產(chǎn)品清潔生產(chǎn)系統(tǒng)雙極膜的應(yīng)用則比較多樣化，需要結(jié)合前端生產(chǎn)和客戶(hù)需求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種往往最終能形成有競(jìng)爭(zhēng)力的新的生產(chǎn)工藝。
來(lái)源:膜法水處理札記（wx公眾號(hào)）
