離子膜電解技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

　　隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，大量的污水和廢水任意排放，給城市水資源帶來極大污染，嚴(yán)重威脅著人們生活質(zhì)量，并危害水資源與人類社會的可持續(xù)發(fā)展，所以如何科學(xué)地對生活污水與化工廢水進(jìn)行處理已成為當(dāng)前亟待解決的問題。而離子膜電解技術(shù)是一種高效、新型的污水處理技術(shù)，隨著其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，目前已滲透到多個行業(yè)中，為我國的水資源處理帶來了新的變革。

　　1、離子膜電解概述

　　離子膜電解技術(shù)又稱膜電槽電解法，是利用陽離子交換膜將單元電解槽分隔為陽極室和陰極室，使電解產(chǎn)品分開的方法。離子膜電解法是在離子交換樹脂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)，利用離子交換膜對陰陽離子具有選擇透過的特性，容許帶一種電荷的離子通過而限制相反電荷的離子通過，以達(dá)到濃縮、脫鹽、凈化、提純以及電化合成的目的，這項技術(shù)已經(jīng)用于氯堿的生產(chǎn)，海水和苦咸水的淡化，工業(yè)用水和超純水的制備，酶、維生素與氨基酸等藥品的精制，電鍍廢液的回收，放射性廢水的處理等方面，其中應(yīng)用最廣泛且成效最顯著的是氯堿工業(yè)。在氯堿工業(yè)中，利用陽離子交換膜電解槽電解食鹽或氯化鉀水溶液來制造氯氣、氫氣和高純度的燒堿或氫氧化鉀。

　　2、離子膜電解工藝流程

　　經(jīng)過兩次精制的濃食鹽水溶液連續(xù)進(jìn)入陽極室，鈉離子在電場作用下透過陽離子交換膜向陰極室移動，進(jìn)入陰極液的鈉離子連同陰極上電解水而產(chǎn)生的氫氧離子生成氫氧化鈉，同時在陰極上放出氫氣。食鹽水溶液中的氯離子受到膜的限制，基本上不能進(jìn)入陰極室而在陽極上被氧化成為氯氣。部分氯化鈉電解后，剩余的淡鹽水流出電解槽經(jīng)脫除溶解氯，固體鹽重飽和以及精制后，返回陽極室，構(gòu)成與水銀法類似的鹽水環(huán)路。離開陰極室的氫氧化鈉溶液一部分作為產(chǎn)品，一部分加入純水后返回陰極室。堿液的循環(huán)有助于精確控制加入的水量，又能帶走電解槽內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。

　　3、離子膜電解技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

　　3.1 堿性廢水處理

　　對于很多堿性廢水，采用離子膜電解法處理，不外加任何化學(xué)物質(zhì)，可以在大幅度降低廢水COD的同時，回收廢液中的堿，迅速降低廢液pH值，為后續(xù)生化單元起到良好的預(yù)處理作用，造紙黑液處理正是這方面的一個應(yīng)用。一些研究人員采用異相單陽膜電滲析器，以鈦基涂鉛板為陽極，聚乙烯異相膜為離子交換膜，研究了操作條件如電流密度、溫度等因素的影響，得出電流密度350A/m，電流效率85%～99%，堿回收率7O%～75%，耗電量5000～6000kW/t的結(jié)論;還有一些研究人員以堿法麥草制漿黑液為對象，對草漿黑液處理的基本理論、技術(shù)特征和影響因素做了一系列的研究，探討了運(yùn)用該技術(shù)處理草類制漿黑液的最佳工藝條件，并且研究了過程N(yùn)a+平衡，初步探討了木質(zhì)素、半纖維素的電化學(xué)氧化。污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實驗室對采用離子膜電解法對處理環(huán)氧丙烷氯醇化尾氣堿洗廢水進(jìn)行了研究，在電解電壓5.0V時，循環(huán)處理3h，廢水COD去除率可達(dá)78%，廢水中堿回收率可達(dá)73.55%，為后續(xù)生化單元起到良好的預(yù)處理作用。

　　3.2 有機(jī)酸廢水處理

　　發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)酸的過程中，有機(jī)酸的提取分離是一個薄弱環(huán)節(jié)，往往產(chǎn)生大量廢水。而用離子膜法提取分離有機(jī)酸，不僅能提高收率，而且作為清潔工藝，能大大降低廢水的排放量。近年來對該法在酒石酸、檸檬酸、丙氨酸及其他有機(jī)酸廢水的處理中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛研究，采用離子膜電解法對味精生產(chǎn)中的高濃度氨氮有機(jī)廢水進(jìn)行預(yù)處理，對影響氨氮去除的幾種因素進(jìn)行了研究。脫除的氨氮以濃氨水的形式回收，實現(xiàn)廢物資源化;廢水經(jīng)脫氨后出水基本無色，COD也有一定降低。綜合考慮能耗后，對于氨氮質(zhì)量濃度高達(dá)7500mg/L的廢水，在4V、11L/h、6O℃的操作條件下，電解1.5h，氨氮平均去除率可穩(wěn)定在,72.66%左右。

　　3.3 電鍍廢水處理

　　電鍍行業(yè)排放廢水一般含有大量重金屬離子，這些金屬離子大都是較貴重金屬，具有極高的回收利用價值。離子膜電解技術(shù)利用金屬離子的氧化還原特性取代或部分取代陰極陽極發(fā)生的析氫析氧反應(yīng)，使得部分金屬能夠在陰極上沉淀被回收，也可以使一些被還原的金屬離子在陽極上按照需求進(jìn)行氧化。一些研究人員自制離子膜電解槽研究了銅生產(chǎn)過程中鈍化液的處理的可行性，不僅可以回收其中的銅和鋅，而且將Cr3+氧化成Cr6+;研究人員以鍍鋅鈍化液為處理對象也作了研究，并確定了溫度30～40℃、電壓4.0V的最佳工藝條件，該條件下鈍化液中質(zhì)量濃度為29.06g/L的Cr3+氧化成Cr2O72-的電流效率可達(dá)50%～60%，鋅去除量為0.2～0.3g/h。

　　3.4 冶金廢水處理

　　COMAT法是利用酸性硫酸鹽介質(zhì)浸出低品位銅的一個理想閉路循環(huán)流程，但該法最終仍產(chǎn)生硫酸銨廢液，按傳統(tǒng)方法只能用石灰處理后排放，但用陰膜電解處理可將硫酸銨電化學(xué)分解成硫酸和氨水，陰膜將陰極室與陽極室隔開，通電后陽極室硫酸得到富集，陰極室生成氨水，生成的氨水和硫酸都可以返回流程中使用，實現(xiàn)閉路循環(huán)。一些研究人員于二十世紀(jì)八十年代初開始研究離子膜電解技術(shù)回收鎢酸鈉溶液中的游離堿，并開始工業(yè)應(yīng)用;還有一些研究人員對其也進(jìn)行了一系列深入的研究，在探索性實驗獲得成功以后，對電解體系的電解陽極、電解槽結(jié)構(gòu)、電解槽組合方式進(jìn)行了深入研究，取得了一定的成果，并在此基礎(chǔ)上采用鎢酸鈉料液進(jìn)行了工業(yè)擴(kuò)大試驗，表明連續(xù)運(yùn)行方式有利于鎢酸鈉溶液膜電解脫堿過程的穩(wěn)定運(yùn)行，60～65℃、1000A/m2的電流密度下，原料溶液中游離堿質(zhì)量濃度為63.5g/L，去除率可達(dá)80%，電流效率可達(dá)88%，具有工業(yè)實用價值;還有一些研究人員則系統(tǒng)研究了在小型電解槽中進(jìn)行離子膜電解鎢萃取工藝廢水時，各種工藝參數(shù)對電解效果的影響，并比較了一些國產(chǎn)離子膜的應(yīng)用效果。冶金工業(yè)常需要處理廢堿液，利用陽膜電解將廢堿回收，通電后工業(yè)廢堿液中的陰離子(Cl-)，被截留在陽極室中，K+或Na+透過陽膜，在陰極室產(chǎn)生高濃度堿液。

　　4、結(jié)束語

　　綜上所述，離子膜電解技術(shù)已經(jīng)在某些領(lǐng)域尤其是氯堿等工業(yè)中達(dá)到了工業(yè)化應(yīng)用，盡管在廢水處理應(yīng)用方面還有很多問題亟待解決，但它獨(dú)特的性能和實驗室的研究成果已顯示了它巨大的潛力和前景。隨著研究的深入，該技術(shù)必將成為一種處理廢水的通用技術(shù)方法，所以有必要加大人力物力投入，研究有特色的工藝并建立實驗廠，使離子膜的應(yīng)用與研究相互促進(jìn)。(來源：新疆華泰重化工有限責(zé)任公司)