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行业分领域综述:离子交换膜和电渗析技术的发展动向

北极星水处理网  来源:中国膜工业协会    2020/2/6 17:04:49  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:离子交换膜 电渗析技术 脱硫废水 

在流体分离方面的竞争,主要竞争工艺为离交和萃取法,以上为成熟工艺,顾客选择技术风险小,初期投资成本较低,逐步被膜技术所取代。

表4.电渗析与离子交换法综合对比

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2.3 电渗析技术与其传统工艺的对比

电渗析虽然是膜分离过程中较为成熟的一项技术,但是相较于许多传统工艺,其优势明显,很多行业具有不可替代性。

2.3.1 盐湖提锂

在通过前端超滤、纳滤工艺将大颗粒物质与钙镁离子去除后,普通电渗析可以将盐湖卤水中Li+浓度由0.8 g/L升高至3.1~3.4g/L,之后经过除杂和多步结晶过程得到纯度在90~98%的Li2CO3产品。随后利用双极膜电渗析产出的硫酸将Li2CO3溶解转化为硫酸锂,硫酸锂用来生产LiOH·H2O,硫酸根系统守恒,循环利用。该过程避免了传统生产过程中所需的苛化反应,与工业上普遍采用的碳酸盐沉淀法相比,新型的电渗析过程的优势十分明显。

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图4.传统的碳酸盐沉淀法生产工艺流程图

2.3.2 甘氨酸分离提纯

甘氨酸又名氨基乙酸,是氨基酸系列中结构最为简单,人体非必需的一种氨基酸,在食品、医药、饲料等行业中应用极为广泛。目前国内的生产方法以氯乙酸氨解法为主,产率在70%左右,水相合成甘氨酸中乌洛托品消耗较大,目前国内普遍采用醇相法合成甘氨酸。传统工艺合成过程中的副产氯化铵等无机盐类物质难以除去,导致甘氨酸纯度差,收率低。生产过程中大量使用易燃易爆物质,危险系数较高。采用电渗析工艺代替传统的醇析工艺,获取的副产氯化铵品质较高,效益较好,冷却结晶获取的甘氨酸纯度亦有一定提升。

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图5.电渗析法甘氨酸提纯工艺流程图

2.3.3 脱硫高盐废水零排放

火电厂烟气经过脱硫处理后会产生大量的脱硫废水,国务院于2015年4月16日发布了《水污染行动计划》中强化了对各类水污染的治理力度,脱硫废水因成分复杂,含有重金属引起业界关注。针对于脱硫废水,国内大多数燃煤电厂基本采用下述三联箱工艺优先处理,处理后的废水回用于干灰调湿、灰场喷洒、煤厂喷洒等系统,无法直接排放。由于脱硫废水经过预处理之后所含的物质主要为氯盐,并以离子的形式存在于溶液中,可以先通过电解法回收其中的重金属离子,再通过电渗析法将盐分浓缩至15~20%,最后进入蒸发系统获取氯化钠純盐固体(工业盐一级标准)。

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图6.三联箱脱硫废水预处理工艺

随着国家对于环境污染整治力度的加强,某些地区环保部门要求工厂关闭废水外排口,实现废水的零排放,这对各类废水的处理提出了新的挑战。国内近年来有代表性电渗析“零排放”工程案例有:神华煤化工废水“零排放”,处理后废水100%回用,年回收废水330万吨和杂盐约0.95万吨;纳林河化工工业园区综合废水资源化项目,采用进口离子膜,浓水TDS达到240g/L,水回用率达到99.5%,处理量200立方米/小时;华友湿法冶金废水“零排放”,处理后废水100%回收利用,年回收废水50万吨、萃取剂9900 kg、氯化铵约1.8万吨、钴49.5吨,减少COD排放100吨;南通王子纸业废水“零排放”,固含量从40g/L提高至120g/L,处理后废水100%回用,年回收废水1320万吨,年回收杂盐2.38万吨。

2.3.4 废盐资源化

粘胶纤维生产过程中会产生大量的芒硝,芒硝无法直接利用,只能通过蒸发工艺干燥制取副产元明粉,双极膜电渗析开辟了一条新的芒硝资源化道路,利用芒硝制取粘胶行业消耗量巨大的氢氧化钠与硫酸。生产粘胶纤维时产生的芒硝主要有两个来源:一是稀氢氧化钠会和凝固浴中硫酸反应生产的芒硝,二是配凝固浴时用的硫酸钠与水结合产生的芒硝。目前粘胶行业的双极膜电渗析应用非常成熟,国内多家巨头粘胶企业均有对应的双极膜系统。粘胶行业采用双极膜电渗析技术资源化处理硫酸钠,国内已上系统产能预计:100~200吨/日(以固体硫酸钠计),还远远小于该行业副产物元明粉产能。

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图7.硫酸钠废盐资源化工艺流程图

2.4 电渗析厂家产品与规模对比

电渗析的核心部件为离子交换膜,其他部件更多是对电渗析设备起到支撑或者方便操作,所以以离子交换膜的性能参数如交换容量、膜面电阻、膜的选择透过性和离子交换膜市场销售规模等作为依据,对行业内各厂家膜产品和国内外膜产品性能对比,如表5和表6所示:

表5.国内外各电渗析厂家离子交换膜产品对比

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表6.国内外主要膜产品性能比较

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3 离子交换膜市场应用

21世纪以来,电渗析产品在世界范围内得到了迅速的发展,由于该产品的节能、高效、少污染、工艺简单等优点,引起了世界各国的广泛关注,被越来越多的应用于海水淡化、海水制盐,食品医药、脱硫剂再生和化工等行业的有机物纯化,及湿法冶金、油气田、煤化工的无机物资源化,各种工业中间体的除盐、有机酸、有机碱的分离等领域。离子交换膜在细分领域市场产能如表7所示。

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