[发明专利]一种适用于煤化工等行业高盐废水处理的电渗析装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤化工等行业高盐废水电渗析处理设备领域，具体地，本发明涉及用于煤化工等高盐废水处理的电渗析装置，通过构建多级逆流倒极电渗析体系处理煤化工等行业高盐废水，以获得高淡水回收率和高浓水浓缩倍数。

背景技术

煤化工等行业废水经过过滤、絮凝、生物法、催化氧化等一系列处理，虽然可达到废水排放标准，但由于含盐量高而无法回用。煤化工等行业高盐废水的特点是，含盐量高、污染物以总含盐量为主，通常在500-5000mg/L甚至更高，还含有难降解的有机物。目前这类废水主要采用双膜法（即超滤－反渗透）处理，但仍存在淡水回收率低（大约60％－70％），大量浓水（30％－40％）外排会造成环境污染。采用蒸发进一步处理大量的反渗透浓水，一方面造成水资源损失且能耗高，蒸发后残余的固体废渣是混盐也无法利用。因此，需要进一步开发适用于煤化工等行业高盐废水处理的方法和装置。

电渗析是在直流电场的作用下，离子透过选择性离子交换膜而发生迁移，使带电离子从水溶液和其他不带电组分中分离出来的一种膜分离过程。由于该技术具有操作简便、能耗低、不污染环境等特点，现已在苦咸水淡化、海水浓缩制盐、废水处理等方面起重要作用。电渗析技术用于废水处理也受到重视，如余亚光等（西北农业学报，2008，17：332-335）研究采用电渗析技术处理氨氮废水，获得淡水回收率为80％以上，浓水和淡水中的氨氮含量为2700mg/L和13mg/L。彭超和唐建华（水处理技术，2004，30(1)：19-21）报道采用电渗析处理溴化钠废水，表明1.6Wt％的溴化钠溶液可以脱盐至120mg/L的淡溶液，浓缩至15Wt％的浓溶液。Akyeva等（Journal of Water Chemistry and Technology，2008，30：246–250）报道了采用电渗析技术处理含磷酸盐废水，并获得了最佳操作参数。Gain等（Journal of Applied Electrochemistry，2002，32：969–975）报道了采用膜电解－电渗析耦合技术处理硝酸铵废水，其中氨可原位吹脱，产生的硝酸浓度达8mol/L，当进水浓度为1－8mol/L时，电渗析淡水中的硝酸铵小于3×10^-3mol/L。Costa等（J.Braz.Chem.Soc.，2002，13：540-547）评价了电渗析处理金属精炼废水的可行性，这种废水中的金属离子大多以络合阴离子形式存在，不同离子在电渗析过程中的脱除率有所不同。目前研究表明，电渗析技术用于废水处理可以获得较高的脱盐率和高浓缩倍数，可为回收淡水资源和获得适合进一步处理的高浓盐水发挥重要作用，因此在高盐废水处理领域有广泛的应用前景。

与电渗析处理废水相关的发明专利也有一些报道，如中国科学院生态环境研究中心吴光夏等（CN01144626.9）公开了一种浓淡水循环卷式电渗析器，其主要特点在于将电极夹在离子交换膜内制成特殊的膜堆电极，阴阳离子交换膜与绝缘隔网板制成淡水U形流道单元，以淡水集配水管为中心卷制成圆筒体的新型电渗析器，但目前还未见到市场化产品；中国石化齐鲁石油化工公司潘咸丰等（CN94110704.3）公开了电渗析法处理含有机酸废水的方法及应用，其主要特点在于选择了有特定交联度的离子交换膜，该发明可用于处理高浓度的复合有机酸（酸浓度为3-15％），废水中酸含量可降低到0.05－0.3％，可以满足后续生化处理的要求；哈尔滨工业大学马军等（CN1785831）公开了一种采用电渗析去除水中氨氮的方法，其特点是采用混凝、沉淀或过滤等对原水预处理，再用电渗析进行脱盐，该发明对水中氨氮浓度含量低时（氨氮浓度在3～50mg/L）的氨氮去除率＞90％。显然，目前电渗析技术相关的专利都不适用于煤化工等行业高盐废水的处理，需要进一步开发用于煤化工等行业高盐废水处理的方法和专用电渗析装置。

尽管采用电渗析技术用于高盐废水处理有不少研究报道并已呈现出蓬勃发展的势头，但该技术在行业高盐废水处理的应用并不普遍。这主要是由于煤化工等行业高盐废水的来源不同、成分复杂，通常还含有少量的难降解有机物如吡啶、喹啉及其他多环芳烃类物质、及Ca²⁺、Mg²⁺等无机离子。采用常规电渗析处理容易出现电渗析膜污染，造成设备难以长期稳定运行，难以达到高淡水回收率和浓水高浓缩倍数的目标。迫切需要研制开发适用于煤化工等行业高盐废水处理的电渗析装置和处理工艺，促进行业高盐废水电渗析处理技术的推广应用。

发明内容