基于双极膜电渗析的膜集成技术的高矿化度矿井水资源化处理

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析,该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题制约。基于此,以西部某矿井水为原水,以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计,并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件(操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等)对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律,之后以实验数据及经济评估模型,探究其经济可行性,旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术,为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析−双极膜电渗析实验过程探究,发现双极膜系统进料液质量浓度应不超过80 g/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外,证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理,以电渗析系统进料液总含盐量20 g/L为例,总的净收益为18604299元/a,且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应,二氧化碳减排将超过3162 t/a,具有良好的经济效益和社会效益。

双极膜电渗析制备高浓度无机碱工艺研究

双极膜电渗析(BPMED)过程中存在同离子泄漏、水迁移等问题,导致难以获得高浓度酸碱产品.本文采用三隔室型双极膜电渗析膜堆装置,以氯化钠溶液为原料,通过优化操作工艺实现高浓度碱产物的制备.对电流密度、膜面线速度、初始盐溶液浓度进行条件探究,以产出酸碱能达到的浓度最高时的电流效率、能耗、收率和产率为评价指标探寻最优实验条件.结果表明,在常规操作条件下,如电流密度50 mA/cm^(2)、膜面线速度2.0 cm/s、初始原料室盐浓度1.5 mol/L时,双极膜产碱的电流效率为50%,能耗为1.68 kWh/kg NaOH,收率为0.41,产率为0.19 g/(cm^(2)·h),最高碱浓度为1.68 mol/L.为进一步提升产碱浓度,采取施加高电流密度同时提高原料室与酸碱室溶液初始体积比的方式制备高浓度酸碱,在100 mA/cm^(2)电流密度条件下制得产品碱浓度最高达3.84 mol/L.随后采取溢流式饱和进料同时增大酸室初始料液体积的方法提升碱浓度,在80 mA/cm^(2)电流密度条件下,制得产品碱浓度最高可达7.32 mol/L.以上结果凸显了通过BPMED工艺优化实现高浓度酸碱生产的潜力,可为实际工业应用提供研究基础.

双极膜电渗析资源化硝酸钠制酸碱

工业生产中产生的含有NaNO_(3)的高盐废水是一种可回收再利用的资源,通过双极膜电渗析(BMED)技术可制备出相应的酸和碱,对高盐废水的资源化利用具有重要的意义。采用三隔室双极膜电渗析膜堆,以NaNO_(3)溶液模拟高盐废水制备HNO_(3)和NaOH。选取能耗、电流效率、转化率作为评价指标,探究电流密度、原料液浓度、极液种类及浓度、酸碱室初始浓度对BMED制酸碱过程的影响。结果表明:随着电流密度的增大,盐转化率提高,能耗增加;随着原料液浓度的增大,电流效率增加,能耗降低,原料液浓度过高会导致电流效率明显降低;极液以3%(质量分数)的NaOH最宜;酸碱室初始浓度的增加可提高盐转化率,降低能耗。综合各因素最优参数进行实验,在电压为35 V、电流密度为700 A/m^(2)、酸碱室初始浓度为0.05 mol/L、原料液为12%(质量分数)的硝酸钠、极液为3%(质量分数)的NaOH的条件下,制得的碱浓度为2.227 mol/L,盐转化率可达93.42%,电流效率为60.83%,能耗为3.23 kW·h/kg。研究结果可为工业生产中NaNO_(3)高盐废水的资源化利用提供参考。

基于双极膜电渗析的矿井浓盐水资源化处理工艺研究

双极膜电渗析(BMED)工艺能够将矿井水膜浓缩系统产生的浓盐水转化为酸和碱,从而实现浓盐水的资源化处理。BMED系统的运行能耗较高,且其性能与系统的初始酸/碱浓度、电解质质量分数以及电流密度等参数密切相关,有必要对其进行优化研究,以降低系统运行成本。以某矿井水零排放处理系统产生的纳滤(NF)浓盐水和碟管式反渗透(DTRO)浓盐水为研究对象,采用BMED小试装置研究了不同初始酸/碱浓度、电解质质量分数以及电流密度工况下,BMED系统运行电压、酸/碱浓度、电流效率等变化情况。实验结果表明,实验条件下处理浓盐水,当初始酸/碱浓度为0.1 mol/L左右时,BMED产生的酸/碱浓度最高;BMED装置产生酸/碱的速度与电解质质量分数有关,电解质质量分数较低的工况下酸/碱浓度增加较快;此外,产生酸/碱的速度与电流密度呈正相关,而电流效率与电流密度呈负相关。对于NF浓盐水的处理,在初始酸/碱浓度为0.1 mol/L左右、电流密度控制在21 mA/cm^(2)时经济性最高。此外,根据BMED系统的运行参数进行浓盐水资源化处理的成本收益测算,结果表明,采用双极膜电渗析工艺处理NF浓盐水的运行成本低于DTRO-蒸发结晶工艺,具有经济可行性。

双极膜电渗析与废水资源化——膜制备、应用和改性

随着工业化的推进,大量工业废水的产生给环境带来了严重威胁,废水的资源化利用势在必行。双极膜电渗析(BMED)以其独特的水解离和离子转移机制,已经被应用于包括废水处理和资源化在内的诸多领域,可以富集离子态的无机或有机污染物并产生化学品以实现资源回用。文章介绍了BMED工艺的装置组成和工作机理,并对双极膜的制备方法、废水资源化方面的应用和改性方法进行了综述,最后提出了现阶段制约BMED工艺发展的因素,并对此工艺未来的发展趋势进行了展望。

双极膜电渗析清洁制备L-苹果酸过程工艺优化

生产L-苹果酸的传统工艺多用钙盐法,需向发酵液投加大量无机酸,酸化过程产生大量废盐,导致额外的环境处置成本.本文提出两隔室型双极膜电渗析(BMED)法制备L-苹果酸的新型工艺,以转化率、电流效率及能耗等为评价指标,研究了电流密度、初始盐浓度、膜面流速等工艺参数对产酸性能的影响规律,优化了操作条件并进行了经济性分析.结果表明,对于模拟L-苹果酸二钠发酵液,控制电流密度为40 mA/cm^(2)、初始L-苹果酸浓度为0.2 mol/L、膜面流速为1.44 cm/s时,L-苹果酸的转化率可达94.99%,能耗为6.77 kWh/kg L-苹果酸,经济性分析显示其生产费用为11.34￥/kg L-苹果酸.研究可为L-苹果酸清洁制备工艺的开发、推进BMED在有机酸生产的应用提供有益参考.

双极膜电渗析制取酸碱研究进展

基于双极膜电渗析(BMED)技术的基本原理和工作原理,探讨BMED技术在酸碱制备中的应用,包括酸碱反应过程、纯化方法等,通过分析BMED技术在酸碱制备中的优势和挑战,展望了该技术的未来发展方向。

双极膜电渗析硝酸钠溶液影响因素的研究

本研究建立了一种双极膜电渗析(BMED)工艺,将硝酸钠溶液转化为氢氧化钠和硝酸。在硝酸钠的初始量和通过膜堆的电量一致的条件下,研究了初始硝酸钠浓度、电流密度对BMED制备酸/碱工艺的影响。结果表明,初始硝酸钠浓度、电流密度对CE和EC的影响不大。最终建议初始硝酸钠浓度在0.5 mol·L^(-1)~1.0 mol·L^(-1),电流密度在40 mA·cm^(-2)~60 mA·cm^(-2)。将碱产品的浓度控制在1.0 mol·L^(-1)~2.0 mol·L^(-1),相应的CE为57%~74%,EC为3.8 kWh·kg^(-1)~4.5 kWh·kg^(-1)。

双极膜电渗析解离溴化钠废水回收溴化氢的试验研究

精对苯二甲酸(Pure Terephthalic Acid,PTA)是一种重要的石油化工产品,高温氧化法制备PTA时广泛应用溴化氢作为促进剂,但会产生高浓度的溴化钠废水。试验采用双极膜电渗析解离模拟溴化钠废水,同时回收溴化氢,研究反应时间、初始盐浓度和电流密度对产物浓度的影响,探索该技术应用到石油化工行业溴化钠废水高值化处理和资源循环利用的可行性。结果表明,随着反应时间的推移,酸室的酸浓度和碱室的碱浓度逐渐增加,反应140 min后,酸浓度和碱浓度的上升速率变慢,均维持在一定水平;初始盐浓度越高,酸浓度和碱浓度越高,可以获得浓度2 mol/L的氢氧化钠溶液和浓度2 mol/L的溴化氢溶液;电流密度越大,反应时间越短,酸浓度和碱浓度升高速率越快,但电流效率降低。

双极膜电渗析技术在工业高含盐废水中的应用

双极膜电渗析(BMED)作为新型膜分离技术,可将盐转变为相应的酸和碱,围绕BMED技术在工业高含盐废水领域的应用已逐渐成为热点,但在实际应用中还存在一些亟需解决的难点。本文主要介绍了近年来BMED技术在处理工业高含盐废水领域的研究现状,提出和探讨了限制BMED技术在该领域大规模工业化应用的3个关键性问题,即与酸碱浓度和纯度有关的技术问题、与过程成本有关的技术经济性问题以及与投资成本有关的经济性问题。针对这3个问题,指出BMED技术未来发展方向应致力于降低双极膜成本,减弱或消除离子交换膜同离子泄漏及水迁移过程。对于现阶段而言,将制备的酸碱回用于系统内部,是解决酸碱品质较低而未能商品化的主要途径,同时该过程可节省酸碱外购费用,弥补BMED技术投资成本过高问题。

操作条件对双极膜电渗析性能和膜污染的影响

采用正交试验设计法研究双极膜电渗析处理味精等电母液时的过程性能和膜污染,连续5批试验,考察了操作电流、流速、温度和酸室初始浓度对电渗析性能(硫酸根的平均再生率、能耗总和)和膜污染(膜湿重及能耗增加量)的影响.通过极差分析和方差分析确定操作电流是极显著影响因素,流速和温度是显著影响因素.其最佳操作条件为电流4.0 A,流速10cm/s,温度35℃,酸室初始浓度0.05 mol/L.

双极膜电渗析处理生物质水解液的过程性能研究

在由双极膜和阴离子交换膜组成的两室双极膜电渗析装置中,研究了生物质水解液糖、酸分离和酸回收的过程性能。考察了不同膜对、进料浓度、电流密度、处理室循环流量及操作温度等因素对于处理水解液过程中的电流效率和平均功耗的影响。结果表明,由BP-1双极膜与A501SB阴离子交换膜组成的膜对的性能最佳;过程的电流效率随进料液酸浓度的增大而下降,过高酸浓度的水解液进料对电渗析分离过程不利;较高操作电流密度条件下电流效率高,利于降低功耗,本装置的处理室适宜循环流量为30.0 mL/m in;操作温度的升高,对提高电流效率作用不明显,但利于降低平均功耗,本实验装置的合适操作温度为35℃。

双极膜电渗析质子渗漏相关因素的分析

采用恒流三室双极膜电渗析方式,利用同一种阴离子交换膜和两种不同型号的双极膜对Na2SO4溶液再生H2SO4和NaOH过程中酸室H+离子渗漏进行了研究,分析了双极膜及电渗透水通量与双极膜电渗析(BMED)再生酸碱中酸室H+离子渗漏的相互作用.实验结果表明:在相同电流密度条件下,双极膜的膜电阻越小,酸室电渗透水的通量越大,进而酸室质子渗漏的百分数越小.酸室H+渗漏携带的水量仅为酸室渗漏"逃水"水量的一部分.

发酵过程与双极膜电渗析的集成操作——介绍一个分离与反应技术一体化的化学工程实验

介绍一个分离与反应技术一体化的化学工程实验,实验中需进行发酵过程与双极膜电渗析过程的集成操作,可使学生在了解分离与反应技术一体化基本理论的基础上,改变传统的化学工程反应观念,激发对新型化学工程学科的学习兴趣。

双极膜电渗析法处理谷氨酸水溶液的过程性能研究

对利用双极膜水解离技术处理谷氨酸水溶液的各种工艺参数进行了探索。讨论了电流效率、转化率及能耗等因素对双极膜水解离技术应用的影响。根据实验研究结果 。

双极膜电渗析法麦草畏生产废水的资源化利用研究

采用双极膜电渗析(bipolar membrane electrodialysis,BMED)将麦草畏生产废水中的NaCl转化为HCl和NaOH回用于农药生产,实现农药废水的资源化利用。首先进行了BMED法处理单组分NaCl溶液体系的110 min间歇运行实验来探索最优操作条件,结果表明,当NaCl初始浓度为160 g/L,电流密度为70 mA/cm^(2),初始酸碱室浓度为0.075 mol/L时,产物HCl、NaOH的浓度能分别达到1.98 mol/L和2.06 mol/L,且此时的电流效率较高,达到42.74%。然后考虑实际废水的COD指标主要是甲醇造成的,所以用含不同浓度甲醇的NaCl溶液模拟实际农药废水,实验结束后在酸、碱隔室中检测到少量的甲醇,表明其在BMED运行过程中存在一定程度的渗透,但未对膜堆性能造成明显影响。最后用BMED处理经过预处理后含有机物的麦草畏生产废水,发现在操作时间内膜堆性能与处理高浓度单组分NaCl溶液情况类似,证实BMED法处理麦草畏生产废水并实现资源化利用的可行性。

双极膜电渗析在高浓盐水资源化的性能评价指标研究

针对BPED技术在零排放工程的实际需求与供应商提供的产品性能不匹配问题,通过实验筛选工程化应用膜的性能评价指标,并对三家商业化产品进行性能评测,以指导实际工程应用。结果表明,三家供应商中甲供应商膜性能占优,电流密度40 mA/cm^(2)时,电解盐速率为910 g/(m^(2)·h),电解盐电耗1.12 kW·h/kg;讨论提出以电解盐速率、电解盐电耗和电解盐产酸效率三个指标进行工程设计;同时,作为膜性能漏氢性能评价,应重点关注电解盐产碱速率指标。

双极膜电渗析处理工业高盐废水的研究现状

相比较传统离子膜电解制酸碱,双极膜电渗析(BMED)具有较低的投运成本、进水预处理要求低、对盐种类适用性广等优点,在当前工业高盐废水资源化处理中,极具应用潜力.本文首先介绍了BMED的技术原理,综述了BMED及其耦合工艺在工业高盐废水处理的研究应用现状,提出了目前应用的技术问题以及改进措施,最后展望了未来发展趋势.

双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的研究

该研究主要是将钨酸铵溶液作为试验原料,使用双极膜电渗析法(BMED)制出偏钨酸铵(AMT)溶液。在此次研究中,也充分考虑了电流密度、料液WO_3浓度和p H值等各因素对双极膜电渗析法过程的影响程度,并使BMED实验在优化条件下进行。根据实验结果:当电流密度控制在700 A/m^2,溶液WO_3浓度在172.3 g/L,碱室NH4HCO_3浓度为1.5 mol/L,并将渗析时间控制为600 min,温度30℃左右时,BMED过程的电流效率平均达到72%,而耗电仅为0.88 k Wh/kg WO_3,同时WO_3的直收率高达99.9%,整体过程容易操作并且能够平稳运行。

双极膜电渗析法制备高纯度四甲基氢氧化铵

为解决传统上采用电解法制备四甲基氢氧化铵(TMAH)存在着高能耗、设备腐蚀及纯度低等问题,而采用绿色环保、低能耗的双极膜电渗析装置处理四甲基碳酸氢铵(TMAHC)溶液制备四甲基氢氧化铵,以避免卤素离子对产品碱纯度的影响。采用双极膜电渗析装置进行实验,在单因素实验的基础上,设计正交实验,考察电流密度、料液TMAHC含量等对实验的影响,并进行极差分析、方差分析以及层次分析。结果表明,对电流效率的影响程度:料液TMAHC含量>电流密度>流量比,当料液TMAHC浓度为1.5 mol/L、电流密度为140 A/m^2、流量体积比为1:2时,电流效率可达到80.3%,收率为96.8%。