李明 李建軍

摘要：離子交換膜分離技術是一種常用的技術，許多相關人員對該項技術進行了深度.離子交換膜表面包含特有基團，具有分離和選擇特質，還具有節(jié)能和高效環(huán)保等優(yōu)勢，因此被廣泛應用在海水脫鹽和工業(yè)廢水回收利用等領域。本文對陽離子交換膜在高鹽廢水處理中的應用進行分析。

關鍵詞：陽離子交換膜;高鹽廢水處理;應用

1、 高鹽廢水簡介

高鹽廢水是指以NaCl含量計算的總鹽的質量分數(shù)大于等于1%的廢水。這類廢水除了含有有機污染物外，還含有鈣、鎂、鈉、氯和硫酸根等大量可溶性無機鹽離子，甚至含有放射性物質。高鹽廢水主要來源以下幾個途徑：1）海水。通常來源于沿海城市工業(yè)用水過程中的排水或冷卻循環(huán)水。2）工廠。高鹽廢水主要來源印染、煉化、采油、制藥和制鹽等企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的排水。3）含鹽生活污水。主要來源于海水利用，將海水用于城市生活中的消防、沖灑道路、沖廁等不與人體直接接觸的生活雜用水。4）含鹽量的地下水。有些地區(qū)的地下水中含鹽量較高，總溶解性固體含量大，例如內蒙古河套部分地區(qū)、河北平原部分淺層地下水出現(xiàn)微咸水和咸水。

2、 陽離子交換膜在高鹽廢水處理中的應用

2.1 實驗材料和方法

2.1.1材料

甲基橙、直接深棕NM、活性艷藍X-BR、酸性大紅3R，均為工業(yè)級。

2.1.2方法

電解技術和陽離子交換膜的選擇滲透技術相結合，處理高鹽廢水。可拆卸的電解槽裝置當作實驗平臺，陽離子交換膜和硅膠墊片夾在槽室上，再用長螺絲固定。將槽室當作原液池，外加一個槽室當作接收池，溶液通過泵循環(huán)傳輸至電解槽中實現(xiàn)電解脫鹽操作。其中，電解槽中為NaOH溶液，原液池中為Nacl溶液和有機物的混合液。實驗裝置使用2塊電極，一個正極，一個負極，分別放在膜的兩側，實驗在直流電場下完成。陽離子交換膜測 試前顯微結構較為均勻，測試后，由于陽離子交換膜含有酸性活性基團，解離出陽離子，使膜呈負電性，選擇性透過陽離子，因此其顯微結構出現(xiàn)解離界限。

2.2 實驗結果與分析

在相同的鹽濃度環(huán)境下，對混合溶液進行脫鹽實驗，溶液濃度均設定為500mgCOD/L，其中的Nacl濃度是10g/L。電解過程時，極板表面出現(xiàn)氣泡，隨后會產(chǎn)生比較刺激的氣味，且溶液顏色會由棕色變?yōu)闇\色。依據(jù)高鹽廢水水樣的PH、電導率和脫鹽率等指標分析實驗結果。

2.2.1 PH與電導率

甲基橙含鹽混合液中PH直接從堿性轉換為強酸性。酸性大紅3R和活性艷藍X-BR開始電解時，PH均呈上升趨勢。主要原因是陽極氧化生成H+反應被抑制，使溶液在規(guī)定時間內會變?yōu)閴A性?；钚云G藍X-BR電解8h后，原液池中PH逐漸降低，這時原液池中電化學反應主要以陽極氧化為主要反應，此階段有機物會降解一定的有機酸，還會存在析氯產(chǎn)H+反應.針對直接深棕PH隨時間變化整體情況，初始的2h電解，溶液中的PH為下降態(tài)勢，這時陽極生成析氧耗， OH-反應較為劇烈;在2-6h之間，PH有上升趨勢;后續(xù)即溶液主要為陽極反應，OH-反應會被大規(guī)模消耗，有機物被降解生成有機酸，生成的Cl-部分存留在溶液中，溶液的PH呈下降趨勢.

電解時接收池中PH總體呈較高趨勢，這說明在整個反應的過程中，該溶液池內陽極的析氯產(chǎn)H+呈平穩(wěn)狀態(tài);但從結果中也能夠看出，針對不同物質，此種反應均衡性不同，酸性大紅3RPH變化為下降趨勢，足以見得，其溶液中的OH-反應已經(jīng)被消耗.以上反應均衡主要傾向于陽極反應，池中的PH呈降低趨勢.在電解過程中，原液池與接收池電導率結果主要為：兩個溶液池中電導率均為下降走勢，該結果表明，溶液池中導電離子量成逐漸降低的趨勢;與原液池相對應的接收池電導率逐漸上升，這表明原液池中導電離子憑借電場作用，透過陽離子交換膜轉移至與其相應的接收池，實驗也表明了Cl-與Na+可從混合溶液中高效濾除。

2.2.2脫鹽率

脫鹽率是指處理高鹽廢水的過程中，去除的離子量占原量的百分比，反映陽離子交換膜的分離效果.其計算方法為脫鹽率=原廢水的含鹽量-處理后水的含鹽量原廢水的含鹽量×100%，在上述實驗中，通過膜電解裝置實現(xiàn)陽離子交換膜在高鹽廢水處理中的應用，能夠在電場促進下濾除溶液中 Cl-與Na+.在12h的電解中.原液池與接收池的 Cl-與Na+處理效果主要為：Cl-在電場促進作用下，能夠高效利用交換膜從原液池中有選擇性地濾除，并在不同的物質中去除率以甲基橙存在條件下最高，能夠達到90%以上，酸性大紅3R存在條件下效果最差，大致為84%;與原液池相對應的接收池中Cl-去除效果和原液池大致相同。這表明，在實驗裝置下，在不同物質溶液中將Cl-進行選擇性地濾除十分可行。對于原液池和接收池中Na+濾除結果為：在不同有機物混合溶液中，Na+能夠高效濾除;甲基橙溶液中，Na+濾除率約為97%，酸性大紅3R溶液中，Na+濾 除 率 約 為 75%。在電解時，混合溶液中的Na+濾除效果不同，究其原因，是有機物溶解在溶液中帶有負電荷以及正電荷的Na+具備靜電吸引特質，且不同物質具備的強度不同.

2.2.3 TOC

不同物質混合情況下，在12h電解中原液池與接收池溶液中TOC變化情況.幾種染料物質在12h電解中都在不同程度上被降解，但是效果不是十分理想，其中，酸性大紅3R對TOC的去除率約為38%%，活性艷藍X-BR與直接深棕分別約為39%和51%。從總體看來，染料廢水能夠通過膜電解高效分解染料物質有機物和鹽離子，從而實現(xiàn)廢水的高效治理。模擬污染廢水中有機物和鹽能夠有效分離.接收池中TOC波動比較小，盡管電解時會出現(xiàn)TOC增加情況，但是接收池中的陽極具備氧化降解有機物的性能，且最后接收池的TOC可以保持一個比較低的水平，以此實現(xiàn)鹽的高效濾除。

2.2.4色度變化

幾種染料在水中會呈現(xiàn)出不同色彩，且在電解過程中會被降解，其結構也會遭到一定程度的破壞，溶液的顏色會隨著被降解破壞而改變.因此，可利用溶液色度變化來確定染料物質降解情況.其中，酸性大紅3R和直接深棕隸屬偶氮染料，兩者在溶液中顏色主要依靠發(fā)色基團偶氮基與助色基團改變;活性艷藍X-BR 隸屬蒽醌類染料，發(fā)色基團為CC和CO等一系列不飽和的基團，助色基團-NH-和-NH2及-SO3Na等。歷經(jīng)12h的電解，幾種溶液色度去除率均較高，活性艷藍X-BR所處的溶液色度濾除效果最為顯著，從不透明深藍色轉變?yōu)闊o色透明液體.綜合所得結果，在電解中，染料物質結構遭到了一定程度的破壞，結合溶液中的TOC降低能夠表 明，隨電解程序逐漸遞進，有機物被高效降解，歷經(jīng)電化學氧化反應，污染物會被分解為CO2及H20.

3、結語

綜上所述，未來高鹽廢水的研發(fā)應加強分析鹽組分、發(fā)展膜技術、完善在線監(jiān)測和調控，針對不同高鹽廢水采用不同處理技術，做到有的放矢、提高效率、降低成本;同時為了充分回收、循環(huán)利用水資源，減少各種高鹽廢水對水資源的鹽化污染和對土壤造成的鹽堿化危害，實現(xiàn)鹽與水的高效分離，這對保護環(huán)境，節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。

參考文獻

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