电渗析在氧化锆生产废水零排放中的应用

———电渗析在氧化锆生产废水零排放中的应用氧化锆是重要的锆盐基础化工产品，由于氧化锆性质不活泼，具有高熔点、低电阻率、高折射率和低热膨胀系数的特性，因此它成为了耐高温材料、耐火材料、陶瓷制品和人造钻石等领域的重要原料。氧化锆生产方法较多，如：氯氧化锆热解法、胶体法、挤压法、浸渍法、水解法等等。工业耐火材料中氧化锆多用电熔融法制得，在精细陶瓷中稳定的氧化锆一般采纳湿法工艺制取，目前最成熟和常用的是中和沉淀法制取氧化锆。这些常用的氧化锆制取工艺中会有氨水的加入，生产流程中会产生氨氮废水，若这些生产废水处理不当，不但对四周生态环境造成破坏和污染，而且废水中的有用资源得不到循环利用，限制了企业的可持续性进展。

国内对于废水中氨氮的去除方法较多，反渗透、离子交换法、折点加氯法和电化学处理法只适用于低浓度氨氮的处理。高盐高浓度氨氮废水成分简单，毒性强，不能采纳生物法，土壤浇灌法和低浓度氨氮的处理方法。针对高浓度氨氮处理方法有讨论学者提出了磷酸钙镁沉淀法、空气吹脱法、汽提法和汽提蒸馏法，而这些方法各有优缺点。如磷酸钙镁沉淀法，虽然方法简洁，只需加入镁盐和磷酸盐，但由于磷污染物的引入，简单造成二次污染。空气吹脱法和汽提法，其工艺简洁，效率稳定，投资较低，但能耗大，处理成本高。汽提精馏法，效率高，无二次污染，但处理条件较难精确掌握。

针对以上氧化锆生产现状和传统处理方法的分析，为此，需要从企业的实际状况动身，本着经济、有效的原则，寻求一种更加经济有效的工艺设计处理此废水，以响应国家的零排放政策并回收利用废水中的有用资源。本文采纳电渗析法对氧化锆生产过程产生的含氨废水进行处理，并结合纳滤、反渗透和多效蒸发系统，进行工艺设计，最终实现氧化锆生产废水零排放。

一、电渗析原理简介

电渗析膜采纳均相离子交换膜，包括包括阴离子交换膜(AM，简称阴膜)和阳离子交换膜(CM，简称阳膜)两种，由于离子交换膜的选择透过性，阴膜只允许透过阴离子，阳膜只允许透过阳离子。如图1所示，电渗析器由阴膜和阳膜交替地组装在一起，由隔板分开，再配以电极板、极板和端板组成。一张阴膜和一张阳膜这样一个交替单元称为一个膜对，是电渗析器工作的基本单元，每个膜对构成一个浓缩室一个淡化室，一台电渗析器由数百个这样的膜对组成。

电渗析工作原理如图2所示，在直流电场下，阴离子向阳极方向迁移，阳离子向阴极方向迁移，分别透过阴、阳膜迁移到相邻隔室中去。结果是淡室中的溶液浓度降低，浓室中的溶液浓度相应上升，从而形成了淡化液与浓缩液。

二、项目概况及工艺流程

本项目为某厂生产氧化锆所产生的氯化铵废水处理项目，系统工程水量为1350t/d。该项目废水中含盐量为2%左右，首先经盐酸微调pH，经过两级电渗析后，废水电导率达到4000μs/cm，然后进入纳滤系统，纳滤产水进入反渗透系统，纳滤浓水回到电渗析系统;反渗透产出淡水回用，浓水进入纳滤系统;电渗析产出的10%以上浓水进入蒸发系统，产出固体氯化铵。该工艺过程从废水中得到了氯化铵产品，产水回用，从而做到了废水零排放。

项目所用电渗析器为山东天维膜技术有限公司开发中心研制的TWED-60-200电渗析器，本文主要对该工艺中电渗析系统进行介绍。

工艺流程图如下：

本项目中电渗析系统采纳二级电渗析工艺，使得浓水达到多效蒸发浓度，浓水得到固体产品，淡水达到纳滤进水要求，纳滤淡水再经二级反渗透使产水回用。该电渗析系统设计为全自动掌握，设定程序进行自动化冲洗、自动倒极和自动化学清洗，冲洗水回到电渗析浓水池，系统还配制了离线化学清洗系统，该工艺操作简洁便利。

三、结果分析

离子交换膜是电渗析器的核心配件，本项目电渗析系统采纳的阴离子交换膜(TWEDAIS)和阳离子交换膜(TWEDCIS)均由山东天维膜技术有限公司研制，离子交换膜的主要参数如表1所示。

本文对该项目电渗析系统设备连续运行中的电流、电压、电导率、能耗、产水率等参数做了记录，电渗析淡水可达到纳滤进水要求，电导率4000μS/cm左右，浓水浓度可达到10%以上蒸发得到氯化铵固体产品。本氧化锆废水零排放项目电渗析系统运行参数如下所示。

四、结论及展望

本文采纳电渗析系统作为主工艺单元，结合纳滤、反渗透和多效蒸发系统，胜利的将氧化锆生产废水中的氯化铵转化为了固体氯化铵产品，而且得到的淡水进行了回用，这一过程实现了废水资源化利用，做到了废水零排放。整个工艺流程能耗低、占地面积小，操作简洁便利，为企业解决了废水处理难题，减轻了企业对环境的压力，产水再利用，为企业节约了生产用水，大大降低了企业生产成本，实现了清洁生产和废水资源化。

氧化锆是重要的锆盐基础化工产品，由于氧化锆性质不活泼，具有高熔点、低电阻率、高折射率和低热膨胀系数的特性，因此它成为了耐高温材料、耐火材料、陶瓷制品和人造钻石等领域的重要原料。氧化锆生产方法较多，如：氯氧化锆热解法、胶体法、挤压法、浸渍法、水解法等等。工业耐火材料中氧化锆多用电熔融法制得，在精细陶瓷中稳定的氧化锆一般采纳湿法工艺制取，目前最成熟和常用的是中和沉淀法制取氧化锆。这些常用的氧化锆制取工艺中会有氨水的加入，生产流程中会产生氨氮废水，若这些生产废水处理不当，不但对四周生态环境造成破坏和污染，而且废水中的有用资源得不到循环利用，限制了企业的可持续性进展。

国内对于废水中氨氮的去除方法较多，反渗透、离子交换法、折点加氯法和电化学处理法只适用于低浓度氨氮的处理。高盐高浓度氨氮废水成分简单，毒性强，不能采纳生物法，土壤浇灌法和低浓度氨氮的处理方法。针对高浓度氨氮处理方法有讨论学者提出了磷酸钙镁沉淀法、空气吹脱法、汽提法和汽提蒸馏法，而这些方法各有优缺点。如磷酸钙镁沉淀法，虽然方法简洁，只需加入镁盐和磷酸盐，但由于磷污染物的引入，简单造成二次污染。空气吹脱法和汽提法，其工艺简洁，效率稳定，投资较低，但能耗大，处理成本高。汽提精馏法，效率高，无二次污染，但处理条件较难精确掌握。

针对以上氧化锆生产现状和传统处理方法的分析，为此，需要从企业的实际状况动身，本着经济、有效的原则，寻求一种更加经济有效的工艺设计处理此废水，以响应国家的零排放政策并回收利用废水中的有用资源。本文采纳电渗析法对氧化锆生产过程产生的含氨废水进行处理，并结合纳滤、反渗透和多效蒸发系统，进行工艺设计，最终实现氧化锆生产废水零排放。

一、电渗析原理简介

电渗析膜采纳均相离子交换膜，包括包括阴离子交换膜(AM，简称阴膜)和阳离子交换膜(CM，简称阳膜)两种，由于离子交换膜的选择透过性，阴膜只允许透过阴离子，阳膜只允许透过阳离子。如图1所示，电渗析器由阴膜和阳膜交替地组装在一起，由隔板分开，再配以电极板、极板和端板组成。一张阴膜和一张阳膜这样一个交替单元称为一个膜对，是电渗析器工作的基本单元，每个膜对构成一个浓缩室一个淡化室，一台电渗析器由数百个这样的膜对组成。

电渗析工作原理如图2所示，在直流电场下，阴离子向阳极方向迁移，阳离子向阴极方向迁移，分别透过阴、阳膜迁移到相邻隔室中去。结果是淡室中的溶液浓度降低，浓室中的溶液浓度相应上升，从而形成了淡化液与浓缩液。

二、项目概况及工艺流程

本项目为某厂生产氧化锆所产生的氯化铵废水处理项目，系统工程水量为1350t/d。该项目废水中含盐量为2%左右，首先经盐酸微调pH，经过两级电渗析后，废水电导率达到4000μs/cm，然后进入纳滤系统，纳滤产水进入反渗透系统，纳滤浓水回到电渗析系统;反渗透产出淡水回用，浓水进入纳滤系统;电渗析产出的10%以上浓水进入蒸发系统，产出固体氯化铵。该工艺过程从废水中得到了氯化铵产品，产水回用，从而做到了废水零排放。

项目所用电渗析器为山东天维膜技术有限公司开发中心研制的TWED-60-200电渗析器，本文主要对该工艺中电渗析系统进行介绍。

工艺流程图如下：

本项目中电渗析系统采纳二级电渗析工艺，使得浓水达到多效蒸发浓度，浓水得到固体产品，淡水达到纳滤进水要求，纳滤淡水再经二级反渗透使产水回用。该电渗析系统设计为全自动掌握，设定程序进行自动化冲洗、自动倒极和自动化学清洗，冲洗水回到电渗析浓水池，系统还配制了离线化学清洗系统，该工艺操作简洁便利。

三、结果分析

离子交换膜是电渗析器的核心配件，本项目电渗析系统采纳的阴离子交换膜(TWEDAIS)和阳离子交换膜(TWEDCIS)均由山东天维膜技术有限公司研制，离子交换膜的主要参数如表1所示。

本文对该项目电渗析系统设备连续运行中的电流、电压、电导率、能耗、产水率等参数做了记录，电渗析淡水可达到纳滤进水要求，电导率4000μS/cm左右，浓水浓度可达到10%以上蒸发得到氯化铵固体产品。本氧化锆废水零排放项目电渗析系统运行参数如下所示。

四、结论及展望

本文采纳电渗析系统作为主工艺单元，