纳滤膜法脱除离子膜制碱系统淡盐水中硫酸根的研究
张永锋;李春萍;杨伟;崔景东;武飞
【摘 要】七擒孟获针对目前国内制碱行业普遍采用氯化钡法脱除盐水中SO42-的弊端,提出采用纳滤膜法脱除离子膜制碱系统淡盐水中SO42--的方法,并对其工艺条件进行了系统的研究.通过实验确定了纳滤膜脱除盐水中SO42-的工艺条件.在本实验条件下,最佳的操作压力为1.2MPa、进料流量为28L/Min.盐水通量随操作压力增大而增大,随盐水中SO42-浓度的增大而减小,进料流量对膜通量影响较小.随操作压力的增加,纳滤膜对NaCl和SO42-的截留率均有增大的趋势但增加的幅度较小；进料流量对NaCl和So42-的截留率没有影响；淡盐水中SO42-的浓度在5～15g/L的范围内时对SO42 -的脱除率没有影响.在本实验条件下,纳滤膜对NaCl的截留率较小；但对SO42-的脱除率较高,在96％以上,透过液中SO42-的浓度低于1g/L,符合工业生产要求.其次,进行了纳滤膜法脱除盐水中SO42-的浓缩实验,确定了适宜的浓缩比.纳滤可以将NaC1含量为220g/L的淡盐水进行浓缩,最终使浓缩液中SO42-的浓度达到60g/L.%In this paper, the Removal of Sulfate Ion in the Weak Brine of Ion Exchange Membrane Electrolysis System with Nanofiltration Membrane Method (RSINM) is propos
ed on the basis of the disadvantages of the barium chloride methods in the chlor - alkali industry which is popular explored in our country the days. The process conditions of the RSINM were investigated sysmatically. The process conditions of RSINM were determined with the continuous dia - Nanofiltration experiments. Under the optimum conditions, the operation pressure and the feed flux were 1.2MPa and 28L/min, respectively. The brine flux incread with the operation pressure increa, decread with the concentration of the sulfate ions increa in the feed, but the feed flux influenced the brine flux minor. The retention efficiency of NaCl and SO2-4 incread with the operation pressure, but the additional extent is less. The feed flux did not impact on the retention efficiency of NaCl and SO2-4. The concentration of SO2-4 between 5 ~ 15mg/L had no effect on the removal efficienty of SO2-4. The removal efficiency of SO2-4 was more than 96% , and the concentration of SO2-4 was less than 1g/L in the permeate which reached the standard of the industrial production. The Concentrated Ratio (CR) was determined with concentrated experiments for removal SO2-4 by Nanofiltration membrane. The weak brine containing NaCl with 220g/L could be concentrated to make the concentration of SO2-4 obtain to 60g/L.
莱州府【期刊名称】《内蒙古工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(030)003
【总页数】6页(P237-242)
【关键词】纳滤;硫酸根;盐水
【作 者】张永锋;李春萍;杨伟;崔景东;武飞
【作者单位】内蒙古工业大学煤炭转化与循环经济研究所,呼和浩特,010051;内蒙古工业大学煤炭转化与循环经济研究所,呼和浩特,010051;中盐吉兰泰氯碱化工有限公司,乌海,016041;内蒙古工业大学煤炭转化与循环经济研究所,呼和浩特,010051;内蒙古工业大学煤炭转化与循环经济研究所,呼和浩特,010051
【正文语种】中 文
【中图分类】X703父亲的散文诗的歌词
在离子膜法氢氧化钠生产中，硫酸盐是盐水中主要的阴离子杂质，由于电解以后的淡盐水重新回到化盐工序被循环利用，造成硫酸盐的不断累积，增加电解过程中的副反应，导致电流效率下降。因此，对盐水精制脱SO，使其保持较低的含量，对延长膜和金属阳极的寿命，稳定电解槽长期、高电流效率运行是十分重要的。盐水中允许的硫酸盐质量浓度与去除的成本及离子膜允许破坏的程度有关。一般的，进入电解槽精盐水中的SO含量必须控制在5g/L以下，多余的SO必须从系统中除去［1］。
传统除SO的方法有冷冻法、BaCl2法和盐水排除法等，但这些方法都存在一定的局限性［2］。冷冻法脱硝可使盐水中的硫酸钠结晶分离，能够满足电解所需精盐水含量的要求。但冷冻法脱除SO能耗相当大，因此相对来说不够经济，目前使用该法的氯碱厂已经很少。BaCl2法是目前化学法脱除SO工业应用中最广泛采用的一种方法，其原理就是利用BaCl2与SO反应生成溶解度较小的沉淀BaSO4而达到去除SO的目的，其工艺操作简单，去除SO效果较好。但BaCl2具有以下弱点:BaCl2本身有较强的毒性，储存要求高;操作不当会造成盐水产生乳白色返混，影响盐水质量;还使盐水引进了Ba2+，给盐水的二次精制增加了额外的负担;BaSO4的大量产生也给3层洗泥桶、板框压滤机、盐泥处理等工序造成了很大的压力;另外还存在滤液混浊、泥浆侧喷、清液返混等问题。最大缺点是使用成本较高［3］。
例如，就上海氯碱化工股份有限公司25万t/a离子膜烧碱装置来说，2000元/t左右的 BaCl2的价格使处理的成本一直居高不下，该公司处理的成本一直在800万～1000万元/年左右［4］。盐水排除法是最简单的一种方法，就是排除一定量淡盐水，然后补充一定量的新鲜水，使盐水中的质量浓度保持在一定的合格范围之内。该法是以排放一定量的盐水为前提，以牺牲盐的单耗为代价，因此也很不经济的，并受环保要求的限制［5］。
NF膜是介于反渗透(RO)与超滤膜之间，对NaCl脱除率较低，而RO膜几乎对所有的溶质有很高的脱除率，但NF膜只对特定溶质有较高的脱除率;NF膜主要去除直径1纳米左右的溶质离子，截留分子量为100～1000。通常，纳滤膜对Na+和Cl－等单价离子的截留率低，但对等二价离子截留率很高，可达98%以上。所以，可以利用NF膜的这种分离特性，从离子膜系统淡盐水中脱除硫酸根离子。本研究就是基于此目的，研究离子膜系统淡盐水脱除的纳滤膜分离技术，以降低离子膜制碱的生产成本，同时可以大幅度减少工业废物土埋量，保护生态环境;而且运行费用大幅度降低，也为企业产生巨大的经济效益。因此，该研究的成功必将产生巨大的经济效益、社会效益和环境效益，为推动我国离子膜碱技术的发展具有重要的意义。
1 实验部分
郑子岳1.1 实验用纳滤膜
实验采用纳滤膜由OSMONICS公司提供，型号为DL2540F。该膜是三层专利复合膜，有效膜面积2.6平方米，膜面带负电荷，为卷式膜组件。
1.2 实验流程与装置
实验装置工艺示意图见图1。盐水先由低压泵从进料箱送至孔径为5μm的微滤装置，再用高压泵送至纳滤装置。实验中采用微滤膜对废水进行预处理，以除去废水中颗粒较大、易于堵塞或损坏纳滤膜的悬浮物，保护纳滤膜。
1.3 实验条件
实验采用的温度为25℃，操作压力为0.3～1.6MPa，进料流量为12～38L/min。
1.4 分析项目及方法反省的名言警句
采用离子色谱测定Cl－和SO的浓度，按照国标HJ/T 84－2001进行测定。
图1 实验装置工艺流程图Fig1 Flow chart of the experimental device
1.5 模拟水样
配制浓度为220g/L的工业盐盐水作为模拟水样，分别在其中加入Na2SO4，以使盐水中SO－2 4 的浓度分别为5g/L、10g/L、15g/L 和20g/L，进行实验。
2 结果与讨论
2.1 操作压力对SO脱除率和盐水通量的影响
在实验过程中，采用全循环方式，在进料流量为24 L/min下，以SO－2 4含量为5g/L的模拟水样进行实验，测量不同操作压力下的盐水通量(J)，及膜对SO－2 4 的脱除率，结果见图2。
图2 膜通量和SO4－2的脱除率－随操作压力的变化关系Fig2 Permeate flux and removal efficiency of SO4－2change with the operation pressures
由图2可知，在操作压力小于1.3MPa时，盐水通量随操作压力的升高而增加，且基本成线性关系，这可从溶解——扩散模型［6］得到解释。但是当操作压力大于1.3MPa后，水通
量的变化就逐渐趋于平缓。这是因为当压力升高一定程度后，浓差极化严重，透过膜的阻力增加，使操作压力对盐水通量影响减小。因此，确定本研究最佳的操作压力为1.2MPa。
图2还给出SO－24的脱除率随操作压力变化的情况。从中可以看到，随着操作压力的升高，COD的去除率增大，而且操作压力越低，膜对COD的去除率的影响程度越大。这可能是因为在低压区，膜的渗透压也不能忽略的原因。
2.2 进料流量对SO－24 脱除率和盐水通量的影响
在操作压力为1.2MPa下，研究纳滤膜的性能随进料流量的变化关系，同时进行流量(Q)筛选，结果见图3。
图3 盐水通量、SO4－2脱除率随进料流量变化关系Fig3 The brine permeate fluxe and SO4－ 2removal efficiency change with the flow rates
从图3可知，随着进料流量的增大，水通量也增加，但增加的幅度较小。这是因为虽然进料量的增大，使料液在膜面的流速增大，减轻了膜面的浓差极化和污染，导致通量增加。由图4还可知，SO－2 4脱除率基本不受流量变化的影响，这说明DL2540F纳滤膜性能良好，怎样处理人际关系
对SO－2 4 脱除率很高，在96%以上，而且它们基本不受进料流量变化的影响。
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