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双极膜电渗析的奇思妙想！

时间：2021-12-01 10:01:07 来源：膜法水处理札记（wx公众号）

进水要求、吨水能耗、产品纯度等往往是双极膜电渗析系统核心考虑的因素。

工艺有时候是死的，但设计是相对是灵活的。

01 工业高盐废水系统

双极膜的使用，很多人对进水要求会有一个定性的理解，其中进水水质中二价及二价以上阳离子含量需要基本去除，否则不可行。其实也并非如此，比如有色行业有些项目，其系统如下：

上述系统项目需求主要是回收铜、锌，尽可能去除系统内的F、Cl，只要控制终点盐室中的pH，即可以避免金属离子形成氢氧化物沉淀，从而确保双极膜系统在此条件下的运行稳定性。

工业高盐废水零排放系统中，最终走工业无机盐副产品的思路很多时候业主也不太认可，可大部分时候他们又无备选方案可选。双极膜的出现则给他们带来了新思路，这两年有非常多的应用案例落地，在这些案例中，大部分都是纳滤分盐后，纳滤产水氯化钠部分进行双极膜电渗析，转化成盐酸和氢氧化钠。

如果废水是氯化钠和硫酸钠的混合物，双极膜电渗析出水碱液为氢氧化钠，酸液为盐酸和硫酸混合物，而且这一结果貌似我们在不改变进水的条件下，无法改变系统的出水。而颜海洋“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”一文中则分享了一种思路：

02 碳酸盐与易结晶物料系统

废水中若含有大量碳酸根，一般不建议进入双极膜电渗析系统，因为系统中碳酸根会结合H+产生二氧化碳气泡，影响运行，容易造成烧膜。

某一溶液由有机酸盐和碳酸钠组成，传统工艺主要采用连续离交工艺生成有机酸产品，实际生产面临两个问题：1. 连续离交需要考虑离交废水处理，且大量副产的无机盐需要处理；2. 连续离交过程中排气量大，影响设备处理能力和效果。

改造工艺则采用双极膜电渗析，过程中控制盐室的pH，控制碳酸根仅仅转化为碳酸氢根，可以有效降低离交的负荷。其次工艺还可继续延伸，当碳酸钠转化为碳酸氢钠时，它被剥离出系统，碳酸氢钠而又可以分解成碳酸钠和二氧化碳，再进双极膜。

现在有机盐产品的双极膜清洁生产案例应用越来越多，其中溶液组成和性质具有特殊性的类似系统不少，过程中需要控制核心工艺参数。

比如酒石酸钠的双极膜系统，在30℃条件下，酒石酸溶解度为156g，酒石酸一钠为11g，酒石酸二钠为60.9g，显然这个双极膜系统，其核心的点是酒石酸一钠的溶解度，系统可以考虑降低物料进水浓度，或者控制系统的转化终点。

03 要求高纯度的系统

高盐废水的无机盐资源化做成酸和碱，酸碱的浓度、品质等会受到关注。有机盐的清洁生产过程，有机产品的纯度、酸碱液纯度会受到关注。这个绝大部分取决于双极膜电渗析系统所配套的双极膜、阳膜、阴膜的性能，其次它也受工艺设计的产品浓度等工艺因素影响。

以TPAOH的生产，除了常规的电解法，目前还有双极膜电渗析工艺，可以两隔室和三隔室。电解法存在膜的使用寿命、系统占地和规模受限等问题，双极膜电渗析则会遇到TPAOH纯度的问题。

TPABr用传统的二隔室双极膜工艺，产品要求转化彻底，TPAOH产品中尽量不含Br，所以二隔室双极膜工艺要求较高，实际工艺系统做出来的TPAOH产品中含有800-1000ppm的Br离子。

而余杰的上述研究发现，基于结果原因的分析，他将双极膜的组装形式做一些调整，最终有效地降低TPAOH产品中Br的含量（约400ppm）。

工业系统高盐废水资源化的双极膜电渗析应用，其变化的形式相对单一。化工产品清洁生产系统双极膜的应用则比较多样化，需要结合前端生产和客户需求来进行设计，这种往往最终能形成有竞争力的新的生产工艺。


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