废水处理之｜电渗析法处理废水详解
1 电渗析的概念和原理
1.1 概念
利用半透膜的选择透过性来分离不同溶质颗粒的方法称为透析。 在电场作用下进行透析时，溶液中带电溶质颗粒迁移穿过膜的现象称为电渗析。 利用电渗析来净化和分离物质的技术称为电渗析。 它是20世纪50年代开发的一项新技术。 最初用于海水淡化，现广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、医药等领域。 工业尤其是环境保护中的纯水制备和三废处理最受关注，如酸碱回收、电镀废液处理、工业废水中有用物质的回收等。
1.2 原理
电渗析的基本工作原理是在直流电场作用下，以电势差为驱动力，利用离子交换膜的选择透过性，将电解质从溶液中分离出来，从而实现脱盐、浓缩、精制。或溶液的纯化。 目的。 电渗析原理图如图1-1所示。
电渗析装置通常由离子交换膜、电极和夹紧装置三部分组成。 电渗析过程的本质是电解质离子在两股液流之间的转移。 其中一股液体流失去电解质并变成脱盐液体，而另一股液体流获得电解质并变成浓缩液体。 因此，电渗析时脱盐液中的离子基于两个基本条件：
1、在直流电场的作用下，溶液中的阴、阳离子发生定向运动；
2.离子交换膜的选择渗透性使溶液中的离子作为反离子迁移。
电渗析过程中由电极和膜组成的室称为极室，其中发生的电化学反应与普通电极反应相同。 阳极室内发生氧化反应，阳极水呈酸性，阳极本身容易被腐蚀。 阴极室内发生还原反应，阴极水呈碱性，阴极上容易形成水垢。
2文献报道及专利申请情况
2.1 专利申请状况
利用国家知识基础设施对近十年来用于处理酸/碱溶液的电渗析技术的专利申请（国内专利）进行检索和汇总。 结果如图2-1所示。
从检索结果可以看出，电渗析技术在含酸/碱溶液中应用的专利申请很少。 近十年来，电渗析在酸性废水中应用的专利约19项，而电渗析在碱性废水中应用的专利约22项，电渗析在碱性废水中应用的相关专利有过去5年。 今年才出现。
2.2 文献发表状况
运用国家知识库对近十年来有关电渗析技术处理酸/碱溶液的文章（国内期刊）进行检索和总结。 结果如图2-2所示。
从检索结果可以看出，关于电渗析技术在含酸/碱溶液中应用的发表文章不多，但有增加的趋势。
上述结果表明，电渗析技术在含酸/碱废水中的应用是一项新技术，可作为工业水处理的储备和前瞻性技术。
3 电渗析技术的各种应用
3.1 中高温电渗析工艺
电渗析器的进水温度对脱盐率影响很大。 随着温度升高，水的粘度降低，从而加速离子在水中的扩散，膜和溶液的电导率增加，有利于离子迁移和透过离子交换膜，从而增加电流密度，降低处理成本，提高海水淡化率。 然而，温度升高的上限也由电渗析器的耐受能力决定。 当温度升至40-50℃时，阴离子交换膜容易分解，聚氯乙烯隔板也容易变形。 另外，当水温低于5℃时，电渗析脱盐率显着下降，接近破坏离子交换膜的温度。 因此，电渗析器的温度一般控制在5-40℃的中高温范围内。
3.2 倒置电渗析（EDR）工艺
EDR工艺是我国根据ED原理于1982年开发成功的新工艺。 它以一定的时间间隔（一般为15-20分钟）切换正负电极的极性（频繁反转），可以自动清洗离子交换膜和电极表面的污垢，保证淡水的质量和水量。 、离子交换膜运行稳定，浓水排放量最小。 反相电渗析原理如图3-1所示。
EDR系统由电渗析体、整流器和自动极反转系统三部分组成。 极点反转操作流程如下：
1、转换直流电源电极的极性，使浓室和稀室互换，离子流方向相反；
2、更换进、出口阀门，将厚、轻室的给排水系统互换；
3、极性转换后，继续1-2分钟，将不合格的淡水投入浓水系统，浓水和淡水各行其道，恢复正常运行。
3.3 双极膜电渗析（EDMB）工艺
EDMB工艺是一种独特的电渗析工艺。 它通常由阳离子和阴离子交换膜堆叠而成。 这两个膜的通道形成含水的中间层。 在电场的作用下，可能的离子首先迁移出中间层，然后穿过离解水。 它作用于膜的负极和正极，分别产生H+离子和OH-离子。 其最大的特点是可以与其他阴离子交换膜、阳离子交换膜巧妙地结合，形成许多独特的双极膜电渗析工艺。 与电解脱水法相比，能耗大大降低，并且可以从盐溶液中生成等摩尔的酸和碱。 因此，该技术可用于废酸、废碱等物质的再生利用，减少材料和能源的消耗，减少废物排放，消除环境污染，为某些酸的分离制备提供新途径。和基地。 双极膜电渗析原理图如图3-2所示。
3.4 填充床电渗析（EDI）工艺
填充床电渗析又称电离电离法，是一种将离子交换膜和离子交换树脂有机结合起来，在直流电场作用下去除水中电离或可电离物质的新型水处理技术。 。 它利用电渗析过程中的极化现象对离子交换填充床进行电化学再生。 它巧妙地结合了电渗析连续脱盐和离子交换树脂深度脱盐两种方法的优点，并克服了它们的缺点，即电解法。 透析过程中的浓差极化现象和离子交换的化学再生过程。 一般在水中含盐量为（50-/L）时即可使用，但更适用于含盐量较低的水。 该方法可基本去除水中的所有离子，因此广泛应用于制备高纯水和处理放射性废水。 EDI流程原理如图3-3所示。
3.4 基于离子交换膜的电渗析技术及应用
基于离子交换膜的电渗析技术及应用如表3-1所示。
+4电渗析技术在废水处理中的应用
电渗析技术自20世纪50年代问世至今已有近50年的历史。 目前，电渗析技术已广泛应用于海水淡化、苦咸水淡化、超纯水制备、工业废水回收回用以及化工过程中的物料分离、浓缩、提纯、精制等领域。 例如，电渗析用于处理多种电镀材料。 液体，回收碱、铝和工业水回用于氧化铝生产，从废酸水中回收酸，处理含剧毒氰化物废水，自来水脱氯等。
电渗析可用于废酸、废碱和含盐废水的处理。 污染控制与资源研究国家重点实验室开展了利用离子膜电解处理环氧丙烷氯醇尾气碱洗废水的研究。 当电解电压为5.0V，循环处理3小时时，废水中COD去除率可达78%，废水中碱回收率可达73.55%，为后续生化装置起到良好的预处理作用。 齐鲁石化公司采用电渗析法处理高浓度复合有机酸废水。 浓度为3%～15%。 不产生废渣和二次污染。 所得浓液含酸20%～40%，可循环利用。 出水含酸量可降至0.05%~0.3%。 四川化工有限公司采用专用电渗析装置处理冷凝废水。 最大处理能力36t/h。 浓水中硝酸铵的体积百分比为20%。 回收率达96%以上。 合格淡水排放水中氨氮质量分数≤40mg/L。 工业排放的稀醋酸废水中醋酸含量小于1%。 回收废水中稀醋酸的方法有萃取分离、生化处理、吸附和电膜分离等。 ED法可将废水中乙酸浓度从2.5%浓缩至20%。 双极膜ED法可以有效去除含乙酸质量分数0.2%的废水中的乙酸，废水中的乙酸浓度可浓缩至36%以上。 采用改性异相膜ED处理化纤厂脱酸水，可将酸、盐浓缩至200g/L，然后进行多效蒸发回收多余部分。 ED浓缩后的H2SO4和ZnSO4溶液可返回凝固浴重复使用。 废水经淡化处理后，溶解性固形物降至0.7g/L以下，无硬度，返回生产用作洗涤水。 当电流密度为24mA/cm2、浓水与淡水浓度比约为10时，膜的盐迁移量约为0.4 kg/(m2∙h)。 浓缩时溶液迁移量为1770 mL/(m2·h)，脱盐时溶液迁移量平均为396mL/(m2·h)。 浓缩1t盐电耗为，回收水温（35±2）℃软化水电耗为10~13kW·h/m3水。 波兰的Kafal采用电渗析法将硫酸钠废水电化学分解为硫酸和氢氧化钠。 产品可以返回到流程中。 该方法已工业化。 日本的Toru等人。 采用电渗析法回收铝印版表面处理酸性废水并申请专利。
另外，由于产品和生产工艺原因，排出的工业废酸中往往含有各种金属离子。 ED法还可以实现金属离子和废酸的回收。 对于含有铜、铁、镍离子的硫酸废水，即使硫酸质量浓度高达200g/L，金属离子质量浓度也高达59%。
但需要注意的是，电渗析对进水有一定的要求。 这是因为进水中的一些有害成分会对电渗析造成危害，主要有以下四个方面：
1、设备水流通道、缝隙出现堵塞。 流阻变化不均匀也会造成浓水室和淡水室的水压不相等。 严重时膜面会破裂。 水中夹带的沙粒也会对膜造成机械损坏。
2、水流经电渗析分离器时，水中的悬浮物粘附在膜表面，成为离子迁移的障碍，导致膜阻力增大，水质恶化。 电渗析膜是细菌的有机营养物。 水中含有的细菌转移到膜表面进行繁殖，也会产生上述后果。
3、水中的极性有机物被膜吸附后，会改变膜的极性，降低膜的选择性渗透性，增加膜的电阻。
4、高价金属离子（如铁、锰）会使离子交换膜中毒； 游离氯会氧化阳离子膜，当进水硬度较高时，会导致极化沉淀和结垢。
因此，进入电渗析器的水主要处理对象是天然水中的悬浮物和胶体物质，包括无机物、有机物和细菌。