双极膜电渗析法脱硫废水资源化制备酸碱工艺研究

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燃煤发电厂湿法脱硫产生的脱硫废水具有含盐量高、水质水量不稳定等特点,处理难度较高,至今仍未有一项得到业内公认的、技术经济性优良的技术方案。双极膜电渗析法高盐废水处理可将低价溶解盐转化为相应的酸碱,在脱硫废水处理领域具有广阔的应用前景。目前双极膜电渗析研究以间歇批次处理的中小试试验为主,存在批次处理水量小、辅助时间长、无法实现长时间连续运行等问题,限制了其在工业上的规模化应用。本课题研究以经过预处理后的脱硫废水浓缩液为资源化利用对象,重点研究双极膜电渗析法的连续运行工艺问题。本课题研究的主要内容和结论如下:
  (1)根据物料守恒原理建立了连续运行工艺的盐溶液离子浓度变化趋势模型,通过试验结果验证了所构建模型的可靠性。模型模拟与试验结果均表明双极膜电渗析连续运行工艺可实现废水连续资源化处理。该模型可用于连续运行过程分析与处理系统规模扩大化设计计算。
  (2)以酸碱产物浓度、纯度、电流效率及能耗为比较参数,对不同运行工艺进行了比较分析。连续运行工艺可维持盐室较高的Na+/H+浓度比,避免了盐间歇酸碱连续运行工艺存在的碱产物浓度下降问题,实现酸碱产物的连续产出。不同运行工艺的酸碱产物纯度均可达97%以上,电流效率大小关系为:连续运行工艺>盐间歇酸碱连续运行工艺>间歇运行工艺,能耗大小关系之相反。比较分析证明连续运行工艺更适用于大水量脱硫废水处理。
  (3)以模拟脱硫废浓缩液为处理对象进行单因素影响试验,优化运行参数。综合处理效率、电流效率及能耗三方面考虑,最佳运行参数为:电流密度500A·m-2,脱硫废水浓缩倍率3.0,脱硫废水进出流速1.2L·h-1,盐溶液初始体积0.6L,该运行条件下酸碱浓度分别为1.13mol·L-1与1.28mol·L-1;电流效率与能耗分别为54.6%与2.30kWh·kg-1NaOH。
  (4)以上述最佳运行参数对经不同工艺进行预处理的脱硫废水DTRO浓缩液进行处理效果试验。脱硫废水中的有机物会对膜组件造成污染,去除有机物后酸碱产物浓度分别由1.03mol·L-1与1.08mol·L-1增大至1.13mol·L-1与1.35mol·L-1,电流效率由46.1%提高至57.6%,能耗由2.86kWh·kg-1NaOH下降至2.12kWh·kg-1NaOH。软化过程引入脱硫废水浓缩液中的OH-会与盐室中H+中和,进一步质子泄漏对碱产物的影响,提高运行双极膜电渗析法处理脱硫废水的经济性。
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