电渗析实验分离废水中氯离子的研究

徐向平

（陕西北元化工集团股份有限公司，榆林 锦界719319）

氯碱企业废水中含有大量氯离子和有机物，若要回用废水中的氯离子去电解系统， 其中的有机物会影响电解系统，若要回用废水去乙炔发生系统，其中的氯离子又会影响后续系统。因此，需要分离废水中的氯离子和有机物，通过电渗析实验，研究了废水中氯离子（含量为18.70 g/L）和NPOC（不可挥发有机物为62.10×10-6）的分离，并探讨了技术经济可行性及分离实验的影响因素。

1 实验部分

1.1 实验用水及设备

实验废水水样为陕西北元化工集团股份有限公司经深度处理后的氯乙烯碱洗塔废水。

电渗析实验装置采用北京洁睿环保科技有限责任公司JRHE2711 型电渗析膜组器，包括10 个淡水室，9 个浓水室和2 个极水室。

1.2 试验方法

采用一级一段电渗析器进行试验， 保持两极电压稳定，浓水室流量保持不变，调节淡水室流量，浓水和淡水均不回流， 测定电渗析两侧的氯离子和NPOC 的变化情况。

1.3 分析方法

水中氯离子测定采用瑞士万通905 Titrando 电位滴定仪用硝酸银标准溶液滴定。

水中NPOC 测定采用岛津TOC-L 系列总有机碳分析仪测定。

2 实验结果及分析

2.1 淡水侧氯离子变化研究

浓水侧流量恒定为20.02 L/h，调节淡水侧流量并检测两侧氯离子变化情况见表1。

表1 恒电压电渗析两侧氯离子变化情况

由表1 可知，淡水侧流量调高时，功率也随着升高，但处理1 m3的废水耗电降低，分别为14.19 kW·h、7.34 kW·h、4.92 kW·h 和3.80 kW·h。 按氯离子去除率计算，每去除1 m3废水中1%的氯离子，耗电分别为0.36 kW·h、0.35 kW·h、0.35 kW·h 和0.34 kW·h。提高废水处理量可设置多级， 提高废水中氯离子去除率可设置多段， 在设置多级多段的电渗析设备时还需考虑综合投资。

2.2 浓水侧NPOC 变化研究

浓水侧流量恒定为20.02 L/h，调节淡水侧流量并检测两侧NPOC 变化情况见表2。

表2 恒电压电渗析两侧NPOC变化情况

由表2 可知，浓水侧NPOC 有了明显升高，但总量在2.00×10-6以下。 淡水侧NPOC 也有升高，说明淡水侧不仅盐组分迁移到了浓水侧， 部分有机物和水分子也迁移了，使得淡水侧得到了浓缩。

3 影响电渗析实验的因素探讨

（1）调节不同的恒电压值进行实验，发现随着电压升高，所需功率也升高，氯离子的去除率也增高，电压也不能无限高， 此实验设备要求运行电流不得高于40 mA/cm2的电流密度， 否则会降低阳极电极的使用寿命和膜的寿命， 因此本实验设备调节电压值为12 V。

（2）温度升高会促进浓差扩散、电渗析，减小膜电阻，该设备要求水温不宜超过40 ℃，以免膜受热变形，结合张影[1]等的研究，水温应控制在25~35 ℃。

（3）两侧水流流速小，对应的雷诺数会小，会使得边界层厚度成为传质控制因素，流速太高，会使得废水中氯离子来不及完成迁移就流出， 因此需要控制两侧水的流速。 从本次实验中可知淡水侧流速增加，氯离子的去除率会降低，可通过计算得出雷诺数在湍流区间即可。

（4）浓水侧盐含量较低，会使得电流成为影响传质的控制因素，恒电压电渗析实验发现，浓水侧氯离子含量逐渐升高过程中， 淡水侧氯离子减小速度加快，电流也逐渐升高。 浓水侧盐含量达到一定程度，使得渗透压高于淡水侧， 会发生明显的淡水侧浓缩现象。 由于离子交换膜对于能透过膜两侧的离子无选择性，因此，浓水侧氯离子较高时，具有较高的倾向扩散至淡水侧，实验过程需注意此因素的影响。

4 结论

（1）实验中一级一段的电渗析分离废水中的氯离子最高可达39.25%，若要提高处理量和氯离子的去除率，必须设置多级多段。

（2）废水中的部分有机物穿过离子交换膜迁移到了浓水侧，因此，对于不同的废水水质影响较大。

（3）通过实验可知，采用电渗析分离废水中氯离子，处理1 m3废水，降低其50%的氯离子，最高消耗18 kW·h 直流电， 该方案对于具有自备电厂的企业可行。

（4）影响该电渗析的主要因素有电压、水温、两侧水流量及浓水侧的水质， 实际应用中还需根据采用的设备及废水的水质进行相应的调整。