基于雙極膜電滲析的礦井濃鹽水資源化處理工藝研究

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(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。

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(shí)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(shí)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。

錄入時間：2024/5/13 14:51:48 點(diǎn)擊次數(shù)：1348