煤化工等行业的反渗透浓水中含有大量NaCl和Na₂SO₄,直接排放污染环境,蒸发结晶则能耗高且产生低价值杂盐。电渗析(ED)可以低能耗地将盐水从几千mg/L浓缩至15-20%,为后续资源化提供高浓度盐水。双极膜电渗析(BMED)则能将盐水直接转化为对应的酸和碱。然而BMED对进水盐浓度和纯度有较高要求,直接处理低浓度或含杂质的浓水电流效率低、膜污染严重。将ED作为BMED的前端预处理和预浓缩单元,可以充分发挥两种膜技术的各自优势,构成一个完整的资源化链条。
在本集成系统中,RO浓水首先进入一个三级ED膜堆。在直流电场下,大部分盐离子被迁移至浓缩室,形成TDS约150g/L的高浓度盐水,而淡水室出水TDS降至500mg/L以下,可直接作为工艺纯水回用。这股高浓度、较为纯净的ED浓缩盐水,随后作为进料液进入BMED膜堆。在BMED中,盐水中的Na⁺与双极膜产生的OH⁻结合生成NaOH,Cl⁻与H⁺结合生成HCl。BMED的盐室残液返回至ED进水端循环再浓缩,实现了全系统的近零排放。
中试装置连续运行了超过1000小时。在优化的电流密度下,该系统可稳定产出浓度约1.5mol/L的HCl和约1.2mol/L的NaOH溶液,两者的纯度均达到工业级标准。电流效率维持在70%以上。经济性分析显示,该ED-BMED集成系统就地生产酸碱的综合成本已与当前市场外购商品酸碱的价格持平或略低。更为重要的是,它彻底消除了浓水蒸发结晶的高能耗和杂盐的危废处置费用,帮助工厂实现了废水全组分的高值化资源利用闭环。该集成系统是未来工业高盐废水零排放和循环经济的核心技术之一。