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*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/cm²时经济性*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。

煤矿矿井水通常具有较高的硬度和含盐量，如若直接排放容易导致土壤盐碱化，因此矿井水的处理回用乃至零排放处理是煤矿环保工作的重点。

近年来，矿井水等高盐废水的零排放处理已经有了较多的工程应用，取得了显著的社会环境效益。

不过，由于矿井水水量较大，其零排放处理工艺系统极为复杂，由此导致系统的投资和运行成本较高，而产生的结晶盐主要为硫酸钠，经济价值较低，并且在部分地区难以全部销售。利用双极膜电渗析工艺（Bipolar membrane electric dialysis，BMED），将经过多级浓缩处理后的矿井水转化为一定浓度的酸和碱进行回用，一方面能够减少进入后续蒸发结晶装置的浓盐水量，另一方面产生的酸和碱能够在矿井水预处理环节进行回用，降低系统运行的药剂成本，因此近年来得到了较多的关注和研究。

目前，BMED用于浓盐水资源化处理的研究多是采用配水进行，水质与经过浓缩处理后的矿井水差别很大，因此系统运行的参数优化对于实际工程的指导意义较弱。

矿井水水质波动频繁，并且经过多级浓缩处理后的浓盐水成分较为复杂，采用矿井水零排放处理系统运行中的实际水样进行BMED装置运行参数优化更具工程应用意义。本研究以某矿井水零排放处理系统中两级反渗透（Reverse osmosis，RO）-纳滤（Nano-filtration，NF）环节和碟管式反渗透（Disctube reverse osmosis，DTRO）环节产生的浓盐水为处理对象，采用BMED工艺对其进行处理，研究了不同初始酸/碱浓度、不同电解质质量分数、不同电流密度对BMED系统运行的影响，优化了BMED系统处理矿井浓盐水的运行参数，对比分析了NF系统产生的浓盐水采用BMED工艺进行资源化处理的成本和采用DTRO-机械蒸汽再压缩处理（Mechanical vapor recompression，MVR）工艺进行蒸发结晶零排放处理的成本，评估了BMED技术用于浓盐水资源化处理的经济性。

录入时间：2024/5/13 14:51:48 点击次数：1104