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離子膜電解技術在廢水處理中的應用

隨著我國工業的快速發展，大量的污水和廢水任意排放，給城市水資源帶來極大污染，嚴重威脅著人們生活質量，并危害水資源與人類社會的可持續發展，所以如何科學地對生活污水與化工廢水進行處理已成為當前亟待解決的問題。而離子膜電解技術是一種高效、新型的污水處理技術，隨著其應用范圍的不斷擴大，目前已滲透到多個行業中，為我國的水資源處理帶來了新的變革。

　　1、離子膜電解概述

　　離子膜電解技術又稱膜電槽電解法，是利用陽離子交換膜將單元電解槽分隔為陽極室和陰極室，使電解產品分開的方法。離子膜電解法是在離子交換樹脂的基礎上發展起來的一項新技術，利用離子交換膜對陰陽離子具有選擇透過的特性，容許帶一種電荷的離子通過而限制相反電荷的離子通過，以達到濃縮、脫鹽、凈化、提純以及電化合成的目的，這項技術已經用于氯堿的生產，海水和苦咸水的淡化，工業用水和超純水的制備，酶、維生素與氨基酸等藥品的精制，電鍍廢液的回收，放射性廢水的處理等方面，其中應用最廣泛且成效最顯著的是氯堿工業。在氯堿工業中，利用陽離子交換膜電解槽電解食鹽或氯化鉀水溶液來制造氯氣、氫氣和高純度的燒堿或氫氧化鉀。

　　2、離子膜電解工藝流程

　　經過兩次精制的濃食鹽水溶液連續進入陽極室，鈉離子在電場作用下透過陽離子交換膜向陰極室移動，進入陰極液的鈉離子連同陰極上電解水而產生的氫氧離子生成氫氧化鈉，同時在陰極上放出氫氣。食鹽水溶液中的氯離子受到膜的限制，基本上不能進入陰極室而在陽極上被氧化成為氯氣。部分氯化鈉電解后，剩余的淡鹽水流出電解槽經脫除溶解氯，固體鹽重飽和以及精制后，返回陽極室，構成與水銀法類似的鹽水環路。離開陰極室的氫氧化鈉溶液一部分作為產品，一部分加入純水后返回陰極室。堿液的循環有助于精確控制加入的水量，又能帶走電解槽內部產生的熱量。

　　3、離子膜電解技術在廢水處理中的應用

　　3.1 堿性廢水處理

　　對于很多堿性廢水，采用離子膜電解法處理，不外加任何化學物質，可以在大幅度降低廢水COD的同時，回收廢液中的堿，迅速降低廢液pH值，為后續生化單元起到良好的預處理作用，造紙黑液處理正是這方面的一個應用。一些研究人員采用異相單陽膜電滲析器，以鈦基涂鉛板為陽極，聚乙烯異相膜為離子交換膜，研究了操作條件如電流密度、溫度等因素的影響，得出電流密度350A/m，電流效率85%～99%，堿回收率7O%～75%，耗電量5000～6000kW/t的結論;還有一些研究人員以堿法麥草制漿黑液為對象，對草漿黑液處理的基本理論、技術特征和影響因素做了一系列的研究，探討了運用該技術處理草類制漿黑液的最佳工藝條件，并且研究了過程Na+平衡，初步探討了木質素、半纖維素的電化學氧化。污染控制與資源化研究國家重點實驗室對采用離子膜電解法對處理環氧丙烷氯醇化尾氣堿洗廢水進行了研究，在電解電壓5.0V時，循環處理3h，廢水COD去除率可達78%，廢水中堿回收率可達73.55%，為后續生化單元起到良好的預處理作用。

　　3.2 有機酸廢水處理

　　發酵法生產有機酸的過程中，有機酸的提取分離是一個薄弱環節，往往產生大量廢水。而用離子膜法提取分離有機酸，不僅能提高收率，而且作為清潔工藝，能大大降低廢水的排放量。近年來對該法在酒石酸、檸檬酸、丙氨酸及其他有機酸廢水的處理中的應用進行了廣泛研究，采用離子膜電解法對味精生產中的高濃度氨氮有機廢水進行預處理，對影響氨氮去除的幾種因素進行了研究。脫除的氨氮以濃氨水的形式回收，實現廢物資源化;廢水經脫氨后出水基本無色，COD也有一定降低。綜合考慮能耗后，對于氨氮質量濃度高達7500mg/L的廢水，在4V、11L/h、6O℃的操作條件下，電解1.5h，氨氮平均去除率可穩定在,72.66%左右。

　　3.3 電鍍廢水處理

　　電鍍行業排放廢水一般含有大量重金屬離子，這些金屬離子大都是較貴重金屬，具有極高的回收利用價值。離子膜電解技術利用金屬離子的氧化還原特性取代或部分取代陰極陽極發生的析氫析氧反應，使得部分金屬能夠在陰極上沉淀被回收，也可以使一些被還原的金屬離子在陽極上按照需求進行氧化。一些研究人員自制離子膜電解槽研究了銅生產過程中鈍化液的處理的可行性，不僅可以回收其中的銅和鋅，而且將Cr3+氧化成Cr6+;研究人員以鍍鋅鈍化液為處理對象也作了研究，并確定了溫度30～40℃、電壓4.0V的最佳工藝條件，該條件下鈍化液中質量濃度為29.06g/L的Cr3+氧化成Cr2O72-的電流效率可達50%～60%，鋅去除量為0.2～0.3g/h。

　　3.4 冶金廢水處理

　　COMAT法是利用酸性硫酸鹽介質浸出低品位銅的一個理想閉路循環流程，但該法最終仍產生硫酸銨廢液，按傳統方法只能用石灰處理后排放，但用陰膜電解處理可將硫酸銨電化學分解成硫酸和氨水，陰膜將陰極室與陽極室隔開，通電后陽極室硫酸得到富集，陰極室生成氨水，生成的氨水和硫酸都可以返回流程中使用，實現閉路循環。一些研究人員于二十世紀八十年代初開始研究離子膜電解技術回收鎢酸鈉溶液中的游離堿，并開始工業應用;還有一些研究人員對其也進行了一系列深入的研究，在探索性實驗獲得成功以后，對電解體系的電解陽極、電解槽結構、電解槽組合方式進行了深入研究，取得了一定的成果，并在此基礎上采用鎢酸鈉料液進行了工業擴大試驗，表明連續運行方式有利于鎢酸鈉溶液膜電解脫堿過程的穩定運行，60～65℃、1000A/m2的電流密度下，原料溶液中游離堿質量濃度為63.5g/L，去除率可達80%，電流效率可達88%，具有工業實用價值;還有一些研究人員則系統研究了在小型電解槽中進行離子膜電解鎢萃取工藝廢水時，各種工藝參數對電解效果的影響，并比較了一些國產離子膜的應用效果。冶金工業常需要處理廢堿液，利用陽膜電解將廢堿回收，通電后工業廢堿液中的陰離子(Cl-)，被截留在陽極室中，K+或Na+透過陽膜，在陰極室產生高濃度堿液。

　　4、結束語

　　綜上所述，離子膜電解技術已經在某些領域尤其是氯堿等工業中達到了工業化應用，盡管在廢水處理應用方面還有很多問題亟待解決，但它獨特的性能和實驗室的研究成果已顯示了它巨大的潛力和前景。隨著研究的深入，該技術必將成為一種處理廢水的通用技術方法，所以有必要加大人力物力投入，研究有特色的工藝并建立實驗廠，使離子膜的應用與研究相互促進。

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