双极膜电渗析法处理典型化工废水研究

摘要

目前很多的化工生产过程中都会用到中和工艺,由此产生大量的工业废水,如溴化丁基橡胶废水和废碱液等,如果不能回收废水中的有用资源而直接排放,这些废水不仅造成二次污染而且还会导致资源的浪费。因此从环境保护和经济成本的角度,化工废水的处理都亟须与绿色的、环保的化工技术耦合,实现无二次污染又能使资源再循环利用的污染治理新工艺。
　　 双极膜电渗析技术有一显著的特点:在直流电场中,双极膜中间层能发生水解离,产生氢离子和氢氧根离子。因此双极膜电渗析技术用于处理化工废水,可以使废水中的盐转化成相应的酸和碱,回收的酸和碱又可以用于化工生产过程的中和工艺,同时处理后的废水又可以达标排放。本论文采用双极膜电渗析技术处理了两种典型的化工废水:如溴化丁基橡胶废水和废碱液。得出的主要结论如下:
　　 (1)对双极膜电渗析处理模拟的溴化丁基橡胶废水进行了实验研究,结果表明,溴化钠浓度为11000-16000mg/L,酸和碱的初始浓度为0.l0mol/L,电流密度为30_50mA/cm2,可得到较高的电流效率和较低的能耗;而且在高电流密度条件下操作,能耗和电流效率都比较高。在最优工艺条件下处理含溴化钠浓度为16000mg/L的模拟废水时,可将溴化钠浓度降至133.9mg/L,远远低于工业废水的排放标准,因此采用该工艺处理溴化丁基橡胶废水是可行的。
　　 (2)在处理模拟溴化丁基橡胶废水时,在电流效率、脱盐率等方面均比普通电渗析的高;膜堆电压降和能耗等方面均比普通电渗析的低,双极膜电渗析的过程成本约为0.82$/kgNaBr,普通电渗析的过程成本约为1.01＄/kgNaBr,而且双极膜电渗析在脱除盐的同时能回收酸和碱,这将会使整个成本更低,因此双极膜电渗析在处理溴化丁基橡胶废水方面,是一种有发展前景的经济环保型技术。
　　 (3)双极膜电渗析技术从废碱液中再生回收氢氧化钠是可行的,当电解质浓度为0.20～0.30mol/L,碱的初始浓度为0.10～0.25mol/l可获得低能耗和高电流效率。此外,要想获得高的电流效率和相对低的能耗,电流密度选择在30-60mA/cm2的范围。在最佳的实验条件下、实验室规模的设备上运行2h后,从废碱液中再生回收的氢氧化钠浓度达到O.11mol/L,过程成本大约为0.97＄/kgNaOH,而且废碱液中的少量油对NaOH再生几乎没有任何影响。
　　 (4)从废碱液中再生回收碱时,初始碱浓度为0.10～0.30mol/L时,双极膜电渗析的产碱量、电流效率均比电解电渗析的高,电解电渗析的能耗稍低。电流密度在30_50mA/cm2的范围时,电流效率、回收的碱量等均比电解电渗析的高,能耗低于电解电渗析;在实验室规模的基础上,双极膜电渗析与电解电渗析再生回收碱的过程成本分别为0.97$/kgNaOH、0.86＄/kgNaOH,电解电渗析的成本低,但使用重复单元扩大规模处理时,电解电渗析的每个重复单元都要使用一对电极,这样就会增加处理成本,而双极膜电渗析使用重复单元时只需一对电极。因此随着双极膜成本的降低,环保力度的加强,双极膜电渗析技术是一种很有发展前景的再生回收废碱液中碱的技术。
　　 研究成果为双极膜电渗析技术在化工废水处理中的应用提供了基本数据支持,为我国化工废水处理的绿色化和环境友好化奠定了科学基础,对其他化工过程绿色化和环境友好化的研究也具有借鉴意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 离子交换膜

1．3 双极膜电渗析

1．3．1 双极膜的功能

1．3．2 双极膜电渗析

1．3．3 双极膜电渗析技术的应用

1．4 研究思路和研究内容

第2章 双极膜电渗析处理含盐化工废水研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 膜材料与试剂

2．2．2 实验装置

2．2．3 废水的配制

2．2．4 分析方法

2．2．5 电流效率和能耗的计算

2．3 结果与讨论

2．3．1 溴化钠浓度的影响

2．3．2 酸和碱的初始浓度影响

2．3．3 电流密度的影响

2．4 结论

第3章 BMED与ED处理含盐化工废水的比较研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 膜材料与试剂

3．2．2 实验装置

3．2．3 废水的配制

3．2．4 分析方法

3．2．5 电流效率和能耗及脱盐率的计算

3．3 结果与讨论

3．3．1 溴化钠浓度的影响

3．3．2 酸和碱初始浓度的影响

3．3．3 电流密度的影响

3．3．4 过程经济性比较

3．4 结论

第4章 双极膜电渗析处理含碱化工废水研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 膜材料与试剂

4．2．2 实验装置

4．2．3 废水及化学分析方法

4．2．4 电流效率和能耗的计算

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 电解质浓度对回收碱的影响

4．3．2 碱室中碱的初始浓度对再生氢氧化钠的影响

4．3．3 电流密度对氢氧化钠再生的影响

4．3．4 过程经济性

4．4 结论

第5章 BMED与EED处理含碱化工废水的比较研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 膜材料与试剂

5．2．2 实验装置

5．2．3 废水及化学分析方法

5．2．4 电流效率和能耗的计算

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 碱室中碱的初始浓度对再生氢氧化钠的影响

5．3．2 电流密度对氢氧化钠再生的影响

５.３.３过程经济比较

5．4 结论

第6章 本文结论

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果