——————————————————————————————————————————————————————————电渗析处理含盐废水的研究进展_张晨林 第36卷第7期 2016年7月 现代化工·13·技术进展 电渗析处理含盐废水的研究进展 张晨林，张新淼，郭志，栾金懿* (中石化北京化工研究院环境保护研究所，北京) 摘要：分析了电渗析处理含盐废水的优势，概述了其原理，综述了电渗析在含盐废水处理领域的研究进展。提出应通过调整操作参数、优化工艺、提高膜性能等来提高废水的浓缩倍数，并展望了电渗析处理含盐废水的前景。 关键词：电渗析；含盐废水；零排放；废水减排 中图分类号：X703.1； P747+． 3文献标识码：A文章编号：0253-4320 (2016) 07-0013-04DOI: 10.16606/ki.-4320.2016.07.004Ｒ--lin，-miao，，-yi*（nＲ，BＲICI，，——————————————————————————————————————————————————————，中国）：． ． ，，/． ， ． ： ； ； ；水在水资源匮乏的环境下，含盐废水处理已成为一个不可忽视的问题。
由于缺乏成熟、经济的处理技术，含盐废水大多采用稀释排放的方式处理，但稀释并不能降低污染物，废水虽然达到了排放标准，但排放总量仍然很高，浪费了大量的淡水和盐资源。与国外“零排放”或“零排放”技术相比，我国还有很大的差距。开发经济高效的含盐废水处理技术已成为国内水资源可持续利用的关键问题。国际上对废水“零排放”的定义是液体零排放（），即工艺废水经过适当的技术处理后回用，不向环境中排放任何液体废物，废水中的污染物以固体形式排出。[1]“零排放”技术成熟，反向操作方式解决了膜结垢问题，使含盐废水可以浓缩到更高的浓度。综合考虑投资、能耗、技术成熟度和浓缩程度，电渗析是降低含盐废水的较好选择。 1 电渗析原理电渗析是利用直流电场和选择性离子交换膜从溶液中分离电解质组分的电化学分离过程。其关键是离子交换膜。离子交换膜是一种具有选择渗透性的膜状功能聚合物电解质。离子交换膜通常含有可移动的反离子、固定基团和聚合物骨架三部分。以阳离子交换膜为例，骨架上连接带负电荷的固定基团，对溶液中的阳离子产生吸引作用，对阴离子产生排斥作用，从而表现出对阳离子的选择渗透性。
[2]电渗析工作原理如图1所示。含盐废水浓缩减量的关键是电极，目前主要技术有蒸发、膜蒸馏、正向渗透和电渗析。蒸发技术成熟，但设备投资较大，在无可利用的稳定余热时，能耗过大，成本较高。膜蒸馏操作简单，出水水质好，但能耗高，膜的稳定性有待提高。从理论上讲，正向渗透是最理想的技术手段，但正向渗透膜及汲取液的性能制约了其实际应用。与蒸发相比，电渗析所需设备投资少，能耗比膜蒸馏低，技术比正向渗透更成熟。收讫日期：2015-12-08 资助项目：中石化项目（15-） 阴、阳离子交换膜间隔排列，相邻离子交换膜间有带流道的隔板隔开，形成独立的隔室。在直流电场作用下，溶液中离子作定向迁移，迁移过程中阴离子可以透过阴离子交换膜，被阳离子交换膜阻挡，阳离子可以透过阳离子交换膜，去除“三废”。 作者简介：张晨林(1992-)，男，硕士生；栾锦义(1963-)，男，教授级高级工程师，主要研究方向为处理技术开发及工业应用研究，-，bjhy@.com。
联系人，·14·现代化工 2.22.2.1 含盐废水的处理 含硫酸钙废水 第36卷第7期 膜被阴离子交换膜堵塞，在电场和离子交换膜的共同作用下，溶液中的盐会不断迁移，形成交替出现的稀室和浓室。硫酸钙结垢是含盐废水处理中经常遇到的棘手问题，极易造成管道堵塞、设备腐蚀等不良后果。早期，国外学者探索用电渗析法处理废水中的硫酸钙。采用逆电渗析操作方式，可将CaSO4浓缩至饱和浓度的175％，且设备能长期稳定运行。[8]等人通过调整电渗析器中隔板的厚度，在不加阻垢剂的情况下将CaSO4浓缩至饱和浓度的300％，每隔17分钟逆向一次。随后，课题组结合CaSO4的成核动力学，优化废水在电渗析器中的停留时间，在不添加阻垢剂的情况下将CaSO4浓缩至饱和。含盐废水“零排放”的难点在于废水的减量化，蒸发法虽然技术成熟，有工程案例，但设备投资较大，使得零排放系统总体成本较高。电渗析法可以在不发生相变的情况下实现盐水的浓缩，具有预处理要求低、能耗低、操作简单、设备占地面积小等优点，在减少含盐废水量方面有着独特的优势。
2.1海水浓缩海水是典型的高盐度体，对海水浓缩的研究具有十分重要的借鉴意义。在含盐废水“零排放”海水浓缩领域，电渗析技术已经十分成熟，日本很早就实现了电渗析浓缩海水用于制盐的工业化。在制盐过程中，可用电渗析法将原海水浓缩至185～200g/L，吨盐能耗为185～200g/L。日本某公司生产的TSX-200型电渗析器可将海水浓缩至200g/L左右[2]，每吨NaCl的能耗仅为100%。其他学者对电渗析法用于盐水浓缩也进行了深入研究[4]。张建军等设计并搭建了小型电渗析浓缩器用于盐水浓缩，并研究了流量、电压、浓度对浓缩效果的影响[5]。等用该方法设计了盐水浓缩实验，研究了温度、电压、流量、原料浓度对浓缩效果的影响，并优化了工艺条件。张颖等以含盐量70g/L的盐水为原料，进行了间歇循环电渗析浓缩盐水实验。实验结果表明，最佳操作条件为流量250L/h、浓、淡水室流量比2∶3、电压19V、温度30℃。在此条件下，盐水可浓缩至177.63g/L，每吨盐能耗为171.71kWh。[7]
等以反渗透浓水为研究对象进行了电渗析浓缩实验，实验结果表明，电渗析器能将0.2%～2%盐水浓缩至20%，浓缩盐水的能耗为1.5～7.1 kWh/m3，远低于蒸发右、浓缩的能耗(25 kWh/m3)。[6]浓缩率为330%左右，反渗透时间为17～30 min；[10]在优化的操作条件下，CaSO4可浓缩到饱和浓度368%，可有效去除废水中80%的钙离子和60%的硫酸根离子。2.2.2含重金属盐废水电解、电镀行业会产生大量含重金属盐的废水，常规处理方法繁琐、成本高。反渗透法虽然效果很好，但是重金属离子对反渗透膜的损害很大，难以长时间稳定运行。电渗析特别适合处理离子浓度高、有机物浓度低的废水。[11]对含镍电镀废水进行了电渗析NiCl2浓缩实验。实验用实验室水模拟含.4mg/L和83mg/L Ni2+的废水。结果表明，在电流Ni2+含量100mg/L、密度10～20A/m的条件下，35min内可将废水浓缩至800mg/L。
等建立了中试电渗析装置，对实际含镍电镀废水进行实验研究，根据实验结果，以Ni2+·A·cm2 计算出综合能耗为 90mg/(L-6H2O)，即从含镍电镀废水中回收每 6H2O 需耗电 0.7kWh。彭等[13]建立了中试电渗析-电解联合装置，用于处理含铜电镀废水，该装置的电渗析部分在电压为 60V 时可将含铜 50mg/L 的废水浓缩至 450mg/L 左右，淡室