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      雙極膜這次真火了!!


      目前國內煤化工、電廠、冶金、鋼鐵、石化等行業超低排放、零排放的火熱程度依舊。 在這些領域中,末端的高鹽廢水處理,依舊是企業最頭疼的環節。

      這些年零排放組合工藝越來越成熟,盡管可選的配套工藝繁多,但是總結歸納下來,末端高鹽廢水處理系統主要含以下幾個單元:

      有效地控制投資成本、運行成本、提高系統的運行穩定性往往是大多數企業追求的首要目標,目前又多了一個鹽硝等無機鹽產品的處置問題。
      危廢、固廢處理費用非常高,而且這兩年由此造成的生產安全、環境事故非常多。對企業而言,它寄希望調整工藝,從源頭盡量避免含鹽廢水的產生?;蛘吒啕}廢水處理后,最終得到的純度較高可外售處理的無機鹽。
      在目前這種大環境背景下,在1000+萬噸每年無處安放的廢鹽驅動下,雙極膜電滲析技術火了。
      01-雙極膜電滲析---基本信息
      簡單來說,雙極膜電滲析技術是電滲析技術中的一種,核心取決于膜性能的功能化。雙極膜的基本介紹請詳見往期文章(點擊了解)。
      針對于高鹽廢水,雙極膜技術可以將對應的無機鹽轉化成酸和堿,比如說:硫酸鈉廢水,可以轉化成硫酸、氫氧化鈉;氯化鈉廢水,可以轉化成HCl、NaOH。
      目前零排放工藝總包里能看到越來越多的雙極膜工藝技術配套。對于最終用戶來說,它解決了末端廢鹽的處理問題,可產生一定經濟效益的堿和酸,可有效實現含鹽廢水資源化循環經濟。對于總包公司而言,可以提供更加創新穩定的耦合工藝包,在同質化競爭嚴重的某些系統,有足夠的亮點抓住用戶的眼球。
      雙極膜技術在國內的發展日益成熟,據了解已有好幾億的市場項目應用案例,像常規的氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、氯化銨、氯化鉀等在國內均已有實際的應用案例。
      02-雙極膜電滲析---進出水水質
      雙極膜電滲析系統進水水質主要考慮以下幾點:
      1. 基于雙極膜的基本原理,雙極膜只適用于Li、Na、K、銨等一價鹽系統;
      2. 對鹽濃度要求:1.5N-2.5N濃度最佳(以濃度當量計);
      3. 二價及二價以上陽離子總量:<1ppm(越低越好,技術活);
      4. 油、表面活性劑總量<2ppm(越低越好),有機溶劑類別及含量需要詢問廠家。
      5. 硅含量<200ppm,TSS類指標<0.1ppm。
      雙極膜電滲析系統出水水質情況:
      1. 如果進水是混鹽,那出水得到的就是混酸或混堿,如進水為氯化鈉和硫酸鈉混合廢水,則得到的堿是氫氧化鈉,酸是硫酸和鹽酸混酸,離子占比與進水離子占比相近。
      2. 出水酸濃度:0.5N-3N可調,1N-2N經濟性最優,其中氧化性較強的酸除外,濃度有限制。
      3. 出水堿濃度:0.5N-3N可調,1N-2N經濟性最優。
      4. 系統出水酸、堿純度:酸堿中均會含有少量的鹽,據廠家反饋,一般有0-1g/L左右的鹽(與進水鹽濃度、出水酸堿濃度等有關)。
      03-雙極膜電滲析---噸水能耗
      雙極膜電滲析的系統相對簡單,系統能耗主要由整流器、動設備組成。以下是常規雙極膜系統簡易流程圖。

      雙極膜系統,大部分是整流器的能耗,動設備的占比相對非常小。針對于目前國內的運行數據反饋,以硫酸鈉15%為例: 雙極膜系統生產1KG氫氧化鈉,運行能耗約為1.5-2.2kWh,折算到硫酸鈉進水,噸水能耗約127-186kWh,電費以0.6元/度估算,則噸水處理能耗約76-112元,或生產1t氫氧化鈉能耗費用約900-1300元 。
      以氯化鈉15%為例:雙極膜系統生產1KG氫氧化鈉,運行能耗約為1.3-1.8kWh,折算到氯化鈉進水,噸水能耗約133-185kWh,電費以0.6元/度估算,則噸水處理能耗約80-111元,或生產1t氫氧化鈉能耗費用約780-1100元。
      電滲析系統是電驅動的原理,離子遷離產生電流形成回路,在不考慮其他因素的影響下,所需處理離子含量越多,則能耗越高。很明顯,生產1KG氫氧化鉀能耗要遠遠低于生產1KG氫氧化鈉。同樣的原理,折算到進水各類一價無機鹽廢水系統,硫酸鹽、硝酸鹽、氯化鹽等系統,噸水處理能耗也會有明顯的差異。
      基于雙極膜的原理,單個工藝單元的噸水處理能耗要比常規的膜處理工藝高很多。但整體個工藝包而言,雙極膜系統用相對較低的能耗生產得到了附加值較高的堿,解決高鹽廢水處理問題,這樣的創新工藝思路往往更能引起客戶的興趣。
      04-雙極膜電滲析---投資
      在全工藝包中,提單個工藝的投資不一定看出這個工藝是否必要,但是大致可以表明這個工藝核心程度。目前投資方面確實是限制雙極膜技術快速發展的一個重要原因。
      雙極膜系統的投資主要體現在設備上,其中核心的膜材料費用占絕大部分。國產雙極膜的生產廠家不多,應用規模有限。國內大型雙極膜系統應用主要以進口品牌為主。
      雙極膜有附加值,弱點主要體現在一次性投資上,到底雙極膜電滲析的系統投資多高?同樣以15%的硫酸鈉廢水測算,鹽分完全轉化為對應的酸和堿,雙極膜系統噸水投資預計250-450萬左右(廠商提供,僅供參考)。
      目前具有生產、加工型的電滲析廠商常規考慮進口核心雙極膜膜材料,其它配件自主研發、生產、配套,雙極膜電滲析系統在成套、設計、安裝等方面綜合要求非常高。
      性能阻礙著國產雙極膜品牌的快速發展,投資阻礙著進口雙極膜品牌的快速發展。其實很容易理解,多數的產品都會有這么一個過程,最終會走向一個平衡。
      05-雙極膜電滲析---問題
      問題1:系統出水是稀酸、稀堿 。使用的方式1. 酸堿直接回用;2. 酸堿廠區勾兌使用;3. 再次濃縮后使用。如果酸堿回用濃度超過4N(4個當量),則需要采用蒸發的方式處理,雙極膜系統經濟性降低。
      問題2:系統一次性投資略高 。一方面目前因為膜材料為進口;另一方面由于雙極膜的功能化作用,能轉化成酸和堿。這種情況下,需要國產雙極膜廠家進一步提高膜性能,其次是降低膜生產成本。
      問題3:膜的運行成本略高 。雙極膜就目前國內使用情況而言,平均使用壽命僅2-3年,在問題2的基礎上,不難理解。
      從目前市場需求反饋來看,這些都沒造成嚴重的影響,雙極膜技術應用依舊如火如荼;從長遠來看,雙極膜的應用更加是一個趨勢。
      06-雙極膜電滲析---結束語
      不難發現,雙極膜技術和蒸發結晶技術定位存在明顯的差異,彼此都有自己的不可替代性。無非后續在同樣的需求市場下,會有一個占比分布的情形。
      盡管目前MVR等蒸發結晶工藝主導超低排放、零排放市場,毋庸置疑,雙極膜電滲析技術將會擁有一片天地,因為現在它現在已經開始展露鋒芒。

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