CN113877432A - 一种双极膜电渗析装置及利用该装置处理硫酸钠废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工环保技术领域，公开了一种高盐废水硫酸钠的资源化利用方法，本发明方法采用双极膜复分解多室电渗析方法处理高盐废水硫酸钠，实现高盐废水硫酸钠阴阳离子低成本高价值资源化利用。本发明方法克服了废盐硫酸钠价值低、资源化利用困难的技术难题，实现了整体工艺过程的连续操作，产品参数稳定，符合工业化生产要求；同时将副产物盐酸与氢氧化钠回用于工厂自用，实现趋零排放。

Description

一种双极膜电渗析装置及利用该装置处理硫酸钠废水的方法

技术领域

本发明涉及化工环保技术领域，具体为两种双极膜复分解多室电渗析装置和采用双极膜复分解多室电渗析装置将硫酸钠型高盐工业废水趋零排放的方法。

背景技术

随着工业的发展，硫酸与钠碱在化工冶金行业的大量使用，使工业生产过程产生大量硫酸钠型高盐工业废水，难以实现资源化利用。

传统的废水零排放处理方法是将上述废水进行浓缩结晶，生成淡水与结晶盐。中国实用新型专利CN211056871U公开了一种电渗析与反渗透集成转化法硫酸钠型废水处理的装置，该装置将反渗透与电渗析耦合复分解硫酸钠，生成硫酸钾。而对硫酸钠，其经济价值较低，对其销售和处置带来困难。如果能将低价值的硫酸钠转化为高价值的硫酸铵，并生成盐酸与氢氧化钠，在对废水进行脱盐的同时生产附加值更高的产品，优势更为明显。

目前合成硫酸铵的主要途径为：(1)氯化铵转换法：将氯化铵固体和浓硫酸在160～250℃下反应0.5～2h，得到硫酸铵固体。如专利申请CN 106315623 A公开了一种硫酸铵的合成方法，这种方法工艺简单，无污染。但由于氨气溶解于水所产生氨水不能全部电离出铵离子,因而氨气难以全部将硫酸反应完，导致转化率有限。(2)氨水转换法：在回收氨水中加入催化剂，在加热的条件下使氨水中的氨蒸发出来，直接与硫酸进行中和反应,生产硫酸按晶体，然后经甩干即为硫酸按成品。如专利申请CN 103159232 A就采用这种方法，该方法设备少，投资小，能耗低，氨回收率高。但是该方法在运行过程中需要严格控制加热温度，pH值，硫酸浓度，操作复杂。(3)硫酸钠转化法：在硫酸钠溶液中通入反应气，进行碳化反应，生成硫酸铵，利用产物溶解度的不同，通过温度和溶液浓度等，将硫酸钠与碳酸氢钠分离。如专利申请CN 108975356 A就是采用这种方法，该方法能耗低，经济效益高，硫酸铵的质量好，纯度高。但是需要控制温度，钠/水比，Na⁺/NH₄ ⁺比等，操作复杂，装置占地面积大。

目前处理高盐工业废水的主流方法有热浓缩技术与膜浓缩技术，其中热浓缩技术包括多级闪蒸、多效蒸发和机械式蒸汽再压缩技术等，而膜浓缩技术包括纳滤、反渗透、电渗析、膜蒸馏以及正渗透等。传统的除盐工艺在一定程度上都具有局限性，如离子交换法在除盐过程中容易产生二次污染，膜蒸馏操作费用高，而且能耗高，反渗透需要较高的操作压力，成本较高。与其他技术相比，电渗析技术具有操作方便、脱盐成本较低、除盐过程中不产生二次污染等优点，从而成为高盐工业废水资源化研究领域的热点之一。

双极膜电渗析由于高效生产酸与碱受到密切关注，迄今为止都是用常规双极膜电渗析将硫酸钠电解生成氢氧化钠和硫酸，其中硫酸给工厂来的经济效益远没有盐酸、磷酸和碳酸的高，因此没有实现经济价值的最大化。

复分解电渗析与传统的两室电渗析不同，具有两个稀释室和两个浓缩室，两个稀释室中的阴离子和阳离子通过各自的离子交换膜传输到相邻的浓室，从而形成两种新盐并浓缩,即AX+BY→AY+BX。虽然复分解电渗析能够将两种低经济价值的盐转化为两种高经济价值的盐，但是并没有实现经济价值的最大化。因此，可将生成的两种盐的经济价值进行对比，选择经济价值较低的盐将其电解，与双极膜将水解离产生的氢离子和氢氧根离子结合生成酸和碱，从而实现经济价值最大化。

发明内容

本发明目的为针对当前简单双极膜电渗析产硫酸所带来的经济的价值低的问题，提供一种具有多个隔室的双极膜复分解电渗析装置及利用该装置进行高盐硫酸钠废水处理的方法，采用本发明装置处理高盐硫酸钠废水，将硫酸钠废水原位资源化为高价值的硫酸铵以及盐酸和纯度氢氧化钠，实现低价值高盐废水硫酸钠高价值资源化利用，达到对高盐废水硫酸钠趋零排放的效果，对废水趋零排放与废盐资源化技术领域意义重大。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种双极膜电渗析装置，包括直流电源、进行电渗析处理的膜堆和水箱组件，其中水箱组件包括分别对应存放AX溶液、BY溶液、BX溶液、HY溶液和AOH溶液的AX水箱、BY水箱、BX水箱、HY水箱和AOH水箱，其中，AX为硫酸钠或硝酸钠；BY为氯化铵、氯化钾或硝酸钾；BX为硫酸铵、硫酸钾或硝酸钾；HY为盐酸或硝酸；AOH为氢氧化钠(Na₂SO₄+KCl→K₂SO₄+NaOH+HCl)(NaNO3+KCl→KNO₃+NaOH+HCl)其中膜堆的阳极板、阴极板分别与电源的正负极相连接；水箱组件中的各个水箱分别通过导管与膜堆内各自对应的隔室相连接，将各水箱内存放的溶液输送至膜堆内，进行电渗析处理，并进行相应的复分解反应，生成盐BX、酸HY和碱AOH，然后再回流至相对应的水箱。

其中，所述膜堆由阳电极板、阳极隔板、阴极隔板、阴电极板、N个串联的膜单元组成，其中膜单元位于阳极隔板和阴极隔板之间；所述膜单元包括按顺序依次排列并紧密贴合在一起的第一双极膜、酸室隔板(即HY室隔板)、第一阴离子交换膜、BY室隔板、第一阳离子交换膜、BX室隔板、第二阴离子交换膜、AX室隔板、第二阳离子交换膜、碱室隔板(即AOH室隔板)、第二双极膜，并且膜单元中的第一双极膜靠近阳电极板，第二双极膜靠近阴电极板；其中HY室隔板、BY室隔板、BX室隔板、AX室隔板、AOH室隔板分别形成HY隔室、BY隔室、BX隔室、AX隔室、AOH隔室

与HY隔室(即酸室)、BY隔室、BX隔室、AX隔室、AOH隔室(即碱室)相对应的水箱为HY水箱(即酸室水箱)、BY水箱、BX水箱、AX水箱、AOH水箱(即碱室水箱)。

其中，所述的N≥1，优选为2-50。

特别是，每个膜单元内具有5个隔室，即酸室(即HY隔室)、BY隔室、BX隔室、AX隔室、碱室(即AOH隔室)。

尤其是，如果相邻两个膜单元串联在一起时，第一个膜单元的第二双极膜为第二个膜单元的第一双极膜；如果三个膜单元串联时，第一个膜单元的第二双极膜作为第二个膜单元的第一双极膜，第二个膜单元的第二双极膜作为第三个膜单元的第一双极膜。

电渗析装置的每个隔室所能承受的最大电压≤2.5V，每个膜单元所能承受的最大电压≤(2.5×5)V；5为每个膜单元的隔室数量；装置的膜堆能承受的最大电压≤[2.5×((5×N)+2)]V。

特别是，所述AX为硫酸钠；BY为氯化铵；BY为硫酸铵；HY为盐酸(氯化氢)；AOH为氢氧化钠。

其中，所述阳极板上朝外一侧(即背离膜堆隔室的一侧)分别设置与膜堆内HY隔室对应相连通的HY进出口；与BY隔室对应相连通的BY进出口；与BX隔室对应相连通的BX进出口；与AX隔室对应相连通的AX进出口；与AOH隔室对应相连通的AOH进出口。

特别是，所述水箱组件还包括存放极液的极室水箱，极室水箱通过导管与位于膜堆两端的阴、阳极板上的阴、阳极室的相连，使得极液从极室水箱依次流入膜堆阴极室、阳极室后再回流至极室水箱。

其中，所述极液选择电解质溶液，极液电解质溶液的浓度≤0.5mol/L，优选为0.05-0.2mol/L，进一步优选为0.1mol/L。

特别是，所述极液选择硫酸钠、氯化钠、硝酸钠等电解质溶液，优选为硫酸钠溶液；其浓度为0.1mol/L。

尤其是，极室水箱通过两根导管分别与膜堆的阳极板、阴极板相连接，膜堆阳极板与阴极板之间通过导管相连，极室水箱内的极液从极室水箱依次流入膜堆阴极板的阴极室，再从阴极室流入阳极板的阳极室，最后从阳极室回流至极室水箱。

特别是，极室水箱与阴极板相连的导管上设置循环水泵，极液在极室水箱、膜堆的阳极室和阴极室之间循环。

本发明另一方面提供一种利用上述双极膜电渗析装置处理硫酸钠废水的方法，包括如下步骤：

1)向极室水箱中加入极液；AX水箱中加入AX溶液；BY水箱中加入BY溶液；BX水箱中加入BX溶液；HY水箱中加入HY溶液；AOH水箱中加入AOH溶液，其中AX为硫酸钠、BY为氯化铵；BX为硫酸铵、HY为盐酸、AOH为氢氧化钠；

2)开启循环泵，将各水箱内分别存放的极液、AX溶液、BY溶液、BX溶液、HY溶液和AOH溶液分别输送到膜堆内的各自对应的隔室内；

3)打开直流电源，进入膜堆内的溶液在电场力作用下，进行电渗析、离子迁移和复分解化学反应，然后从膜堆内各自对应的隔室内流出，回流至各自对应的水箱；

4)水箱内溶液在水箱与膜堆之间循环往复流动，进行电渗析、复分解反应，直至硫酸钠水箱内电解质溶液电导率降低至保持不变，停止反应，关闭电源。

其中，步骤1)中极室水箱内极液选择为电解质溶液。

特别是，极液电解质溶液的浓度≤0.5mol/L，优选为0.05-0.2mol/L，进一步优选为0.1mol/L。

特别是，所述极液选择硫酸钠、氯化钠、硝酸钠等电解质溶液，优选为硫酸钠溶液；其浓度为0.1mol/L。

其中，步骤1)中所述AX水箱中的AX溶液的初始浓度为0.5mol/L～1.5mol/L；BY水箱中的BY溶液的初始浓度为1mol/L～3mol/L；BX水箱中的BX溶液的初始质量浓度分别为1％～5％；HY水箱中的HY溶液的初始质量浓度分别为1％～5％；AOH水箱中的AOH溶液的初始质量浓度分别为1％～5％。

其中，步骤2)中水箱内存放的溶液输送到膜堆内对应隔室内的流速35～45L/h。且各溶液的流速相同。

其中，步骤3)中在保持电压恒定条件下，进行电渗析处理过程中，控制电源的电压低于装置膜堆所能承受的最大电压；在保持电流恒定条件下，进行电渗析处理过程中，控制电渗析过程中电流密度为8mA/cm²～20mA/cm²。

特别是，所述装置内膜堆所能承受的最大电压为≤[2.5×((5×N)+2)]，其中N为装置中膜堆包括的膜单元数量；5为每个膜单元的隔室数量；优选为控制电压为10-20V。

特别是，步骤4)中所述硫酸钠水箱内电解质溶液的电导率降低至≤6mS/cm。

本发明又一方面提供一种双极膜电渗析装置，包括直流电源、进行电渗析处理的膜堆和水箱组件，其中水箱组件包括分别对应存放AX溶液、BY或/和HY的混合溶液、BX或/和BHX的混合溶液、和AOH溶液的AX水箱、BY混合水箱、BX混合水箱和AOH水箱，其中，AX为硫酸钠或硝酸钠；BY为氯化铵、氯化钾或硝酸钾；BX为硫酸铵、硫酸钾或硝酸钾；BHX为硫酸氢铵或硫酸氢钾；HY为盐酸或硝酸；AOH为氢氧化钠(Na₂SO₄+NH₄Cl→(NH₄)₂SO₄+NaOH+HCl；Na₂SO₄+KCl→K₂SO₄+NaOH+HCl；NaNO3+KCl→KNO₃+NaOH+HCl)；其中膜堆的阳极板、阴极板分别与电源的正负极相连接；水箱组件分别通过导管与膜堆内对应的隔室相连接，将各水箱内存放的溶液输送至膜堆内，进行电渗析处理，并进行相应的复分解反应，生成盐BX、盐BHX、酸HY和碱AOH，然后再回流至相应的水箱。

其中，所述膜堆由阳电极板、阳极隔板、阴极隔板、阴电极板、N个串联的膜单元组成，其中膜单元位于阳极隔板和阴极隔板之间；所述膜单元包括按顺序依次排列并紧密贴合在一起的第一双极膜、BY混合室隔板、第一阳离子交换膜、BX混合室隔板、第二阴离子交换膜、AX室隔板、第二阳离子交换膜、碱室隔板(即AOH室隔板)、第二双极膜，并且膜单元中的第一双极膜靠近阳电极板，第二双极膜靠近阴电极板；其中BY混合室隔板、BX混合室隔板、AX室隔板、AOH室隔板分别形成BY混合隔室、BX混合隔室、AX隔室、AOH隔室。

特别是，所述N≥1，优选为2-50。

其中，每个膜单元内具有4个隔室，即BY混合隔室(即混酸室，BY和HY混合隔室)、BX混合隔室(即混盐室，BX和BHX隔室)、AX隔室、碱室(即AOH隔室)。

特别是，如果相邻两个膜单元串联在一起时，第一个膜单元的第二双极膜为第二个膜单元的第一双极膜；如果三个膜单元串联时，第一个膜单元的第二双极膜作为第二个膜单元的第一双极膜，第二个膜单元的第二双极膜作为第三个膜单元的第一双极膜。

电渗析装置的每个隔室所能承受的最大电压≤2.5V，每个膜单元所能承受的最大电压≤(2.5×4)V；4为每个膜单元的隔室数量；装置的膜堆能承受的最大电压≤[2.5×((4×N)+2)]V。

特别是，所述AX为硫酸钠；BY为氯化铵；BHX为硫酸氢铵；BX为硫酸铵；HY为盐酸(氯化氢)；AOH为氢氧化钠。

其中，所述阳极板上朝外一侧(即背离膜堆隔室的一侧)分别设置与膜堆内BY混合隔室对应相连通的BY混合进出口；与BX隔室对应相连通的BX进出口；与AX隔室对应相连通的AX进出口；与AOH隔室对应相连通的AOH进出口。

特别是，所述水箱组件还包括极室水箱，极室水箱内存放极液，极室水箱通过导管与位于膜堆两端的阴、阳极板上的阴、阳极室的相连，使得极液从极室水箱依次流入膜堆阴极室、阳极室后再回流至极室水箱。

本发明再一方面提供一种利用上述双极膜电渗析装置处理硫酸钠废水的方法，包括如下步骤：

1)向极室水箱中加入极液；AX水箱中加入AX溶液；BY混合水箱中加入BY溶液；BX混合水箱中加入BX溶液；AOH水箱中加入AOH溶液；其中AX为硫酸钠、BY为氯化铵；BX为硫酸铵、AOH为氢氧化钠；

2)开启循环泵，将各水箱内分别存放的极液、AX溶液、BY溶液、BX溶液和AOH溶液分别输送到膜堆内的各自对应的隔室内；

3)打开直流电源，进入膜堆内的溶液在电场力作用下，进行电渗析、离子迁移和复分解化学反应，然后从膜堆内各自对应的隔室内流出，回流至各自对应的水箱；其中，在膜堆内经过电渗析、离子迁移和复分解反应产生盐BX、盐BHX、酸HY和碱AOH，其中生成的盐SHX与盐BX混合，回流至BX混合水箱；生成的酸HY和BY混合，回流至BY混合水箱；

4)水箱内溶液在水箱与膜堆之间循环往复流动，进行电渗析、复分解反应，直至硫酸钠水箱内电解质溶液的电导率降低至保持不变，停止反应，关闭电源。

其中，步骤1)中极室水箱内极液选择为电解质溶液。

特别是，极液电解质溶液的浓度≤0.5mol/L，优选为0.05-0.2mol/L，进一步优选为0.1mol/L。

特别是，所述极液选择硫酸钠、氯化钠、硝酸钠等电解质溶液，优选为硫酸钠溶液；其浓度为0.1mol/L。

其中，步骤1)中所述AX水箱中的AX溶液的初始浓度为0.5mol/L～1.5mol/L；BY混合水箱中的BY溶液的初始浓度为1mol/L～3mol/L；BX混合水箱中的BX溶液的初始质量浓度分别为1％～5％；AOH水箱中的AOH溶液的初始质量浓度分别为1％～5％。

其中，步骤2)中水箱内存放的溶液输送到膜堆内对应隔室内的流速35～45L/h。且各溶液的流速相同。

其中，步骤3)中在保持电压恒定条件下，进行电渗析处理过程中，控制电源的电压低于装置膜堆所能承受的最大电压；在保持电流恒定条件下，进行电渗析处理过程中，控制电渗析过程中电流密度为8mA/cm²～20mA/cm²。

特别是，所述装置内膜堆所能承受的最大电压为≤[2.5×((4×N)+2)]，其中N为装置中膜堆包括的膜单元数量；4为每个膜单元的隔室数量；优选为控制电压为10-20V。

特别是，步骤4)中所述硫酸钠水箱内电解质溶液的电导率降低至≤6mS/cm。

利用本发明双极膜电渗析装置处理高盐废水过程中两种原料液(AX、BY)和三种产品液(AOH、BX、HY)分别通入不同水箱。在电场力作用下，正负离子分别向相邻隔室迁移，从而实现原料液间的复分解反应原理，且结合双极膜使水解离，生成氢离子和氢氧根离子，双极膜复分解反应：AX+BY+H₂O→BX+HY+AOH

高盐废水硫酸钠产量大，废盐硫酸钠价值低、资源化难，而由于简单双极膜电渗析制酸碱，制备的硫酸价值低于盐酸，本发明以多盐(硫酸钠和氯化铵)输入，以产高价值盐，且同步产酸、碱为核心的双极膜复分解多室电渗析。

采用本发明装置处理高盐硫酸钠废水的过程中，发生如下反应，

AX(硫酸钠)+BY(氯化铵)+H₂O→BX(硫酸铵)+HY(盐酸)+AOH(氢氧化钠)

即高盐废水硫酸钠和氯化铵双盐输入(阳离子：钠离子、铵离子；阴离子：硫酸根离子、氯根离子)，通过本发明装置(双极膜复分解多室电渗析装置)分离阴阳离子，硫酸根离子与氯根离子强电解质复分解反应，硫酸根离子与铵根离子生成高价值的硫酸铵输出；同步，氯化铵所产生的氯根离子与双极膜将极液中的水解离(H₂O→H⁺+OH^-)所产生的氢离子反应，生成盐酸(制酸)；硫酸钠所产生的钠离子与双极膜将极液中的水解离(H₂O→H⁺+OH^-)所产生的氢氧根离子反应，生成氢氧化钠(制碱)。

本发明低成本原位将高盐废水硫酸钠资源化为高价值硫酸铵，盐酸与氢氧化钠。得到的硫酸铵相比于氯化铵，作为一种无氯铵盐肥料，适用于广大的氯敏感农作物，且引起土壤板结的程度较低，对土壤危害较小，并且便于贮存和施用，适用范围性广，经济价值高；同步生产的高价值盐酸与氢氧化钠可回用于工厂，实现低价值高盐废水硫酸钠高价值资源化利用，对我国废水趋零排放与废盐资源化技术领域意义重大。

利用本发明双极膜复分解多室电渗析装置处理高盐硫酸钠废水，具有如下优点：

本发明的双极膜电渗析装置结构简单紧凑，体积小，处理废水效率高，废水处理量大；

本发明装置根据阴阳离子交换膜能够选择性分离阴阳离子；双极膜将水解离成氢离子和氢氧根离子，实现同时产酸(盐酸)、产碱(氢氧化钠)、产盐(硫酸铵)，且是在一个设备内的同时集成生产；并且制备过程简单、操作参数易控；

根据双极膜将水解离生成氢离子和氢氧根离子的特点，产生盐酸与氢氧化钠，可供工厂自用，降低工厂运行成本；

采用本发明装置通过双极膜复分解多室电渗析可将硫酸钠高盐废水资源化率达到96.8％，几乎达到趋零排放，或者可将余下的低浓度硫酸钠高盐废水可通过传统电渗析进一步浓缩，然后进入双极膜复分解多室电渗析中，那资源化率可几乎达到100％；将硫酸钠型高盐工业废水趋零排放。

采用本发明的双极膜复分解多室电渗析系统实现同时产酸、产碱、产盐一体化，大大节省投资成本，且易于控制与工业化，一次处理同时生产酸、碱和盐，并且生产的酸、碱和新的盐的纯度高；

在处理硫酸盐型废水的同时将硫酸钠转化为更高价值的硫酸铵、盐酸和氢氧化钠，经济效益更高；

相比于五室(酸室、氯化铵室、硫酸铵室、硫酸钠室、碱室)双极膜复分解电渗析，四室(氯化铵混合室、硫酸铵混合室、硫酸钠室、碱室)复分解电渗析低能耗是由于缺少阴离子交换膜和酸室，膜堆阻力更低。并且在相同的电流密度下，由于缺少阴离子交换膜和HY室(即酸室)，氯离子不进行迁移，使得更多的钠离子和硫酸根离子进行迁移，双极膜产生的氢离子和氢氧根子更多，从而在更短的时间提高了氢氧化钠的浓度。

本发明的双极膜电渗析装置中，极室水箱与位于膜堆一侧的阴极室的阴极室进口通过导管相连，极室水箱内的极液从膜堆的阴极室进口流入位于膜堆一侧的阴极室(防止阴极发生还原反应2H⁺→2e+H₂)，从阴极室出口流出；接着通过导管从位于膜堆另一侧的阳极室的阳极室进口流入膜堆的阳极室(防止阳极发生氧化反应4OH^-→O₂+2H₂O+4e)，然后从阳极室出口流出，通过循环泵回流至极室水箱；极液在极室水箱、膜堆的阳极室和阴极室之间循环。

附图说明

图1为本发明五室双极膜复分解电渗析装置结构示意图；

图1A为发明四室双极膜复分解电渗析装置结构示意图；

图2为利用本发明五室双极膜复分解多室电渗析装置制备盐酸、氢氧化钠和硫酸铵的原理示意图；BM：双极膜；AM：阴离子交换膜；CM：阳离子交换膜

图2A为利用本发明四室双极膜复分解多室电渗析装置制备盐酸、氢氧化钠和硫酸铵的原理示意图；

图3为本发明实施例4～5的碱室中不同装置生产氢氧化钠所需能耗的变化曲线图。

附图标记说明：

1、氢氧化钠出口；2、硫酸钠出口；3、硫酸铵出口；3A、硫酸铵混合盐出口；4、氯化铵出口；4A、氯化铵混合出口；5、盐酸出口；6、盐酸进口；7、氯化铵进口；7A、氯化铵混合进口；8、硫酸铵进口；8A、硫酸铵混合盐进口；9、硫酸钠进口；10、氢氧化钠进口；11、阴极室进口；12、阴极室出口；13、阳极室进口；14、阳极室出口；15、阴极连接头；16、阴极板；17、阳极连接头；18、阳极板；19、循环泵；20、极室水箱；21、酸室水箱；22、氯化铵水箱；22A、氯化铵混合水箱；23、硫酸铵水箱；23A、硫酸铵混合水箱；24、硫酸钠水箱；25、碱室水箱、26、电源；27、膜堆；28、第一双极膜；29、第一阴离子膜(简称第一阴膜)；30、第一阳离子膜(简称第一阳膜)；31、第二阴膜；32、第二阳膜；33第二双极膜；34、氯化铵混合水箱；35、硫酸铵混合水箱。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提供两种双极膜复分解多室电渗析装置，本发明两种双极膜复分解多室电渗析处理硫酸钠型废水装置如图1、1A所示。

如图1，五室双极膜复分解电渗析装置包括电源26、膜堆27、极室水箱20、酸室水箱21、硫酸钠水箱24、硫酸铵水箱23、氯化铵水箱22和碱室水箱25；其中，极室水箱、酸室水箱、硫酸钠水箱、硫酸铵水箱、氯化铵水箱、碱室水箱设置在膜堆外部，彼此独立放置，极室水箱、酸室水箱、硫酸钠水箱、硫酸铵水箱、氯化铵水箱、碱室水箱分别通过对应的导管与膜堆相连接，并且在各导管上设置相应的循环泵，使得各水箱内存放的溶液在各水箱和膜堆内的对应的隔室之间循环，其中：

如图2，膜堆由阳电极板18、阳极隔板(附图中未示出)、阴极隔板(附图中未示出)、阴电极板16、N个串联的膜单元组成，其中膜单元位于阳极隔板和阴极隔板之间；所述膜单元包括按顺序依次排列并紧密贴合在一起的第一双极膜28、酸室隔板(附图中未示出)、第一阴离子交换膜(简称阴膜)29、氯化铵室隔板(附图中未示出)、第一阳离子交换膜(简称阳膜)30、硫酸铵室隔板(附图中未示出)、第二阴膜31、硫酸钠室隔板(附图中未示出)、第二阳膜32、碱室隔板(附图中未示出)、第二双极膜33组成，酸室隔板、氯化铵室隔板、硫酸铵室隔板、硫酸钠室隔板、碱室隔板在电渗析过程中形成相应的5个隔室即酸室、氯化铵室、硫酸铵室、硫酸钠室、碱室，其中：

膜单元的个数N≥1，优选为2-50；本发明实施例中以N＝2为例进行说明；如果相邻两个膜单元串联在一起时，第一个膜单元的第二双极膜为第二个膜单元的第一双极膜；如果三个膜单元串联时，第一个膜单元的第二双极膜作为第二个膜单元的第一双极膜，第二个膜单元的第二双极膜作为第三个膜单元的第一双极膜。

阳电极板通过其上的阳极连接头17与电源的正极相连接；阴电极板通过其上的阴极连接头15与电源的负极相连接；

阳极板上朝外一侧(即背离膜堆隔室的一侧)分别设置与膜堆内各隔室分别对应连通的溶液进出口，氢氧化钠出口1、硫酸钠出口2、硫酸铵出口3、氯化铵出口4、盐酸出口5、盐酸进口6、氯化铵进口7、硫酸铵进口8、硫酸钠进口9、氢氧化钠进口10；

氢氧化钠进、出口分别与膜堆内碱室的两端通过流道相连通；硫酸钠进、出口分别与膜堆内硫酸钠室的两端通过流道相连通；硫酸铵进、出口分别与膜堆内硫酸铵室的两端通过流道相连通；氯化铵进、出口分别与膜堆内的氯化铵室的两端通过流道相连通；盐酸进、出口分别与膜堆内的酸室两端通过流道相连通。

本发明中的氢氧化钠进、出口；硫酸钠进、出口；硫酸铵进、出口；氯化铵进、出口；盐酸进、出口也可以设置在阴极板上朝外一侧。阳极板上设置有阳极室进口13、阳极室出口14，阳极室进口、出口的设置方位与各溶液进出口的设置方位相垂直也可以相平行。

阴极板上设置阴极室进口11、阴极室出口12，极室水箱内的溶液从阴极室进口流入阴极板，从阴极板出口流出，经过导管从阳极室进口13流入阳极板，从阳极板出口14流出，回流至极室水箱。

极室水箱通过导管与膜堆的阴极板、阳极板相连，其内的极液通过导管流入膜堆的阴极室、阳极室。

阳极隔板与阴极隔板内没有溶液流道；酸室隔板、氯化铵室隔板、硫酸铵室隔板、硫酸钠室隔板、碱室隔板上设置溶液流道，并且每个隔板上的流道不同，形成彼此独立的隔室，每个隔室内流通不同的溶液。流入膜堆的溶液，在不同流道中，定向流入相应的隔室，流入隔室内的电解质溶液，在通电后阳离子向阴极迁移，通过阳膜，但被阴膜保留下来；阴离子向阳极迁移，通过阴膜，但被阳膜保留。而双极膜将水解离生成氢离子和氢氧根离子，氢离子向阴极迁移，通过阳膜，但被阴膜保留下来；氢氧根离子向阳极迁移，通过阴膜，但被阳膜保留。

硫酸钠室水箱内存放硫酸钠废水，硫酸钠溶液通过循环泵从膜堆的硫酸钠进口进入膜堆，进入膜堆内硫酸钠室(即硫酸钠室隔板)的硫酸钠溶液在膜堆内进行阴阳离子交换，流过硫酸钠室隔板后，变成低浓度硫酸钠，然后再由硫酸钠出口流出，并在循环泵作用下，回流至硫酸钠室水箱；硫酸钠溶液在流经硫酸钠室隔板的过程中，在电场力的作用下，硫酸根离子向阳极迁移，通过第二阴膜，被第一、第二阳膜阻挡，从而保留在硫酸铵室、硫酸钠室中，进入硫酸铵室的硫酸根离子以硫酸铵溶液的形式从硫酸铵室出口流出膜堆，进入硫酸铵水箱；而阻挡在硫酸钠室内的硫酸根离子仍然以硫酸钠溶液的形式从硫酸钠室出口流出膜堆，进入硫酸钠水箱；而钠离子向阴极迁移，通过第二阳膜，但被第二双极膜阻挡，从而保留在碱室内，然后以氢氧化钠溶液的形式从碱室出口流出膜堆，进入碱室水箱中。(Na₂SO₄→Na⁺+SO₄ ^2-)高浓度的硫酸钠溶液从硫酸钠入口流入膜堆内的硫酸钠室，经过离子交换反应后，低浓度的硫酸钠溶液从硫酸钠出口流出膜堆。

氯化铵室水箱内存放的高浓度氯化铵溶液通过循环泵从与膜堆的氯化铵进口进入膜堆，进入膜堆内氯化铵室(即氯化铵室隔板)的氯化铵在氯化铵室内进行阴阳离子交换，流过氯化铵室隔板后，变成低浓度氯化铵，然后再由氯化铵出口流出，并在循环泵作用下，回流至氯化铵室水箱；氯化铵溶液在流经氯化铵室隔板的过程中，在电场力的作用下，铵根离子向阴极迁移，通过第一阳膜，但被第二阴膜阻挡，从而保留在硫酸铵室中，然后以硫酸铵溶液的形式从硫酸铵室出口流出膜堆，进入硫酸铵室水箱；而氯离子向阳极迁移，通过第一阴膜，但被第一双极膜阻挡，从而保留在酸室内，然后以盐酸溶液的形式从膜堆酸室出口流出膜堆，进入酸室水箱中。(NH₄Cl→NH₄ ⁺+Cl^-)，高浓度的氯化铵溶液从氯化铵入口流入膜堆内的氯化铵室，经过离子交换反应后，低浓度的氯化铵溶液从氯化铵出口流出膜堆。

硫酸铵室水箱内存放的低浓度硫酸铵溶液通过循环泵从膜堆的硫酸铵进口进入膜堆，进入膜堆内的硫酸铵室(即硫酸铵室隔板)的硫酸铵在流经硫酸铵室隔板的过程中，在电场力的作用下，铵根离子虽然向阴极迁移，但是被第二阴膜阻挡，被保留在硫酸铵室中；硫酸根离子向阳极迁移，但是被第一阳膜阻挡，被保留在硫酸铵室内，而硫酸钠室内的硫酸根离子经过第二阴膜，进入硫酸铵室；氯化铵室内的铵根离子经过第一阳膜进入硫酸铵室，从氯化铵室迁移过来的铵根离子与硫酸钠室迁移过来的硫酸根离子在硫酸铵室中结合生成新的硫酸铵，从而提高硫酸铵浓度(NH₄ ⁺+SO₄ ^2-→(NH₄)₂SO₄)，使得硫酸铵室内硫酸铵浓度增加，高浓度的硫酸铵从硫酸铵出口流出膜堆，然后在循环泵作用下，回流至硫酸铵室水箱。

酸室水箱内存放低浓度的盐酸溶液通过循环泵从膜堆的盐酸进口进入膜堆，进入膜堆内的酸室(即酸室隔板)的盐酸溶液在流经酸室隔板的过程中，在电场力的作用下，氢离子虽然向阴极迁移，但是被第一阴膜阻挡，而被保留在酸室中；氯离子向阳极迁移，但是被第一双极膜阻挡，被保留在酸室内；而氯化铵室内的氯离子在电场力作用下，通过第一阴膜进入酸室；第一双极膜将极液中的水解离(H₂O→H⁺+OH^-)，产生的氢离子在电场力作用下进入酸室，产生的氢氧根离子在电场力作用下进入阳极室，从氯化铵室迁移过来的氯离子与第一双极膜产生的氢离子在酸室内结合生成新的盐酸，提高盐酸浓度(H⁺+Cl^-→HCl)，使得酸室内盐酸浓度增加，高浓度的盐酸从盐酸出口流出酸室，然后在循环泵作用下回流至酸室水箱。第一双极膜产生的氢氧根离子与第二双极膜产生的氢离子在极室中重新结合成水(H⁺+OH^-→H₂O)，使得极液浓度保持恒定。

碱室水箱内存放低浓度的氢氧化钠溶液通过循环泵从膜堆的氢氧化钠进口进入膜堆，进入膜堆内的碱室(即碱室隔板)的氢氧化钠溶液在流经碱室隔板的过程中，在电场力的作用下，氢氧根离子虽然向阳极迁移，但是被第二阳膜阻挡，而被保留在碱室中；钠离子向阴极迁移，但是被第二双极膜阻挡，被保留在碱室内；而硫酸钠室内的钠离子在电场力作用下通过第二阳膜进入碱室；第二双极膜将极液中的水解离(H₂O→H⁺+OH^-)，产生的氢氧根离子在电场力作用下进入碱室，产生的氢离子在电场力作用下进入阴极室，从硫酸钠室迁移过来的钠离子与第二双极膜产生的氢氧根离子在碱室内结合生成新的氢氧化钠，提高氢氧化钠溶液浓度(Na⁺+OH^-→NaOH)，使得碱室内氢氧化钠浓度增加，高浓度的氢氧化钠从氢氧化钠出口流出碱室，然后在循环泵作用下回流至碱室水箱。第二双极膜产生的氢离子与第一双极膜产生的氢氧根离子重新结合成水。

极室水箱内存放极液，极液选择电解质溶液，极液电解质溶液的浓度≤0.5mol/L，优选为0.05-0.2mol/L，进一步优选为0.1mol/L。极液的作用是为传输电流作用和保护电极的作用，其不参与复分解反应过程只需要少量即可；极室水箱中的极液选择硫酸钠、氯化钠、硝酸钠等电解质溶液，优选为硫酸钠溶液；其浓度为0.1mol/L。

极室水箱通过导管与位于膜堆一侧的阴极板上的阴极室的入口相连，极室水箱内的极液从阴极室入口进入阴极室，(防止阳极发生氧化反应4OH^-→O₂+2H₂O+4e)，从阴极室出口流出；接着通过导管与位于膜堆另一侧的阳极板上的阳极室入口流入阳极室，(防止阴极发生还原反应2H⁺→2e+H₂)，然后从阳极室出口流出，最后通过导管回流至极室水箱；在极室水箱与膜堆的阳极板、阴极板连接的导管上设置有循环水泵，极液通过循环泵在极室水箱、膜堆的阳极室和阴极室之间循环；

极室水箱通过两根导管分别与膜堆的阳极板、阴极板相连接，膜堆阳极板与阴极板之间通过导管相连，极室水箱内的极液从极室水箱依次流入膜堆阳极板的阴极室，再从阴极室流入阳极室，最后从阳极室回流至极室水箱。

而且在极室水箱与阴极板相连的导管上设置循环水泵，极液在极室水箱、膜堆的阳极室和阴极室之间循环。装置运行过程中，极液通过泵在膜堆和极室水箱中循环。

本发明的废水的处理方法的原理为：两种原料液(AX(例如硫酸钠)、BY(例如氯化铵))经过双极膜电渗析处理生成三种产品液(AOH(例如氢氧化钠)、BX(例如硫酸铵)、HY(例如盐酸))，两种原料和三种产品分别通入对应的酸室水箱、硫酸钠室水箱、硫酸铵室水箱、氯化铵室水箱和碱室水箱，打开泵和电源，让各溶液分别彼此独立地进入膜堆的各自对应的隔室内。在电场力作用下，正负离子分别通过阴阳离子交换膜进行迁移，从而实现原料液间的复分解反应，且结合双极膜使水解离，生成氢离子和氢氧根离子，即AX+BY+H₂O→AOH+BX+HY。具体为：

硫酸钠室中的钠离子通过阳离子交换膜迁移至碱室与双极膜产生的氢氧根离子结合生成氢氧化钠溶液，离子方程为Na⁺+OH^-→NaOH；硫酸钠室中的硫酸根离子通过阴离子交换膜迁移至硫酸铵室，与氯化铵室中的铵根离子通过阳离子交换膜而迁移至硫酸铵室，生成硫酸铵，提高硫酸铵室内硫酸铵溶液的浓度，离子方程为NH₄ ⁺+SO₄ ^2-→(NH₄)₂SO₄；氯化铵室中的氯离子通过阴离子交换膜迁移至酸室，与双极膜产生的氢离子结合生成盐酸溶液，提高酸室内盐酸溶液的浓度，离子方程为Cl^-+H⁺→HCl。

在恒定电压、电流的情况下，随着反应时间延长，当硫酸钠水箱内流入膜堆硫酸钠是内的硫酸钠耗尽时，硫酸钠室中的电导率下降至不变时，实验停止，即可在各个水箱中收集得到高浓度硫酸铵溶液、盐酸溶液和氢氧化钠溶液，硫酸钠水箱内的高盐硫酸钠废水得到重复的资源化利用。

本发明提供了利用双极膜复分解多室(5室)电渗析装置资源化处理高盐硫酸钠废水，制备盐酸、氢氧化钠和硫酸铵的方法，包括以下步骤：

(1)在装置中的各水箱中分别加入对应的溶液，其中：

氯化铵水箱中加入浓度为1mol/L～3mol/L的氯化铵溶液；硫酸钠水箱中加入浓度为0.5mol/L～1.5mol/L的硫酸钠溶液；硫酸铵水箱中加入质量百分比浓度为1％～5％的硫酸铵溶液；酸室水箱(即盐酸水箱)中加入质量百分比浓度为1％～5％盐酸溶液；碱室水箱(即氢氧化钠水箱)中加入质量百分比浓度为1％-5％的氢氧化钠溶液；极室水箱中加入浓度为0.1mol/L的极液硫酸钠溶液。

(2)打开各个水箱的循环泵，调节各个水箱内溶液流入膜堆中流速为35～45L/h，且6个水箱中的6种溶液的各循环流量彼此相一致；

(3)打开直流电源，在电压恒定条件下进行电渗析，其中控制电压为10～20V；或在电流恒定条件下进行电渗析，其中控制电流密度为8～20mA/cm²；

(4)各水箱内溶液分别流入膜堆内对应的隔室内，在电场力作用下，发生迁移、离子交换和复分解化学反应，然后从膜堆内各自对应的隔室内流出，回流至各自对应的水箱，其中经过本发明装置后，硫酸钠废水中硫酸钠浓度降低，氯化铵溶液浓度降低；硫酸铵溶液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液的浓度升高；

(5)各水箱内溶液在本发明装置内循环往复，进行电渗析、离子交换、复分解反应，直至硫酸钠水箱内电解质溶液的电导率下降至保持不变，停止反应，关闭电源。

其中，在电压、电流恒定条件下进行电渗析处理过程中，实时测定硫酸钠水箱内溶液的电导率，直至电导率下降并保持不变，停止处理。

如图1A，四室双极膜复分解电渗析装置包括电源26、膜堆27、极室水箱20、硫酸钠水箱24、硫酸铵混合水箱(又称混盐室水箱)23A、氯化铵混合水箱(又称混酸室水箱)22A和碱室水箱25；其中，极室水箱、硫酸钠水箱、硫酸铵混合水箱、氯化铵混合水箱、碱室水箱设置在膜堆外部，彼此独立放置，极室水箱、硫酸钠水箱、硫酸铵混合水箱、氯化铵混合水箱、碱室水箱分别通过对应导管与膜堆相连接，并且在各导管上设置相应的循环泵，使得各水箱内存放的溶液在各水箱和膜堆内的对应的隔室之间循环，其中：

如图2A，膜堆由阳电极板18、阳极隔板(附图中未示出)、阴极隔板(附图中未示出)、阴电极板16、N个串联的膜单元组成，其中膜单元位于阳极隔板和阴极隔板之间；所述膜单元包括按顺序依次排列并紧密贴合在一起的第一双极膜28、氯化铵混合室隔板(附图中未示出)、第一阳离子交换膜(简称阳膜)30、硫酸铵混合室隔板(附图中未示出)、第二阴膜31、硫酸钠室隔板(附图中未示出)、第二阳膜32、碱室隔板(附图中未示出)、第二双极膜33组成，氯化铵混合室隔板、硫酸铵混合室隔板、硫酸钠室隔板、碱室隔板在电渗析过程中形成相应的氯化铵混合室、硫酸铵混合室、硫酸钠室、碱室，其中：

膜单元的个数N≥1，优选为2-50；本发明实施例中以N＝2为例进行说明；如果相邻两个膜单元串联在一起时，第一个膜单元的第二双极膜为第二个膜单元的第一双极膜；如果三个膜单元串联时，第一个膜单元的第二双极膜作为第二个膜单元的第一双极膜，第二个膜单元的第二双极膜作为第三个膜单元的第一双极膜；

阳电极板通过其上的阳极连接头17与电源的正极相连接；阴电极板通过其上的阴极连接头15与电源的负极相连接；

阳极板上朝外一侧(即背离膜堆隔室的一侧)分别设置与膜堆内各隔室分别对应连通的溶液进出口，氢氧化钠出口1、硫酸钠出口2、硫酸铵混合出口3A、氯化铵混合出口4A、氯化铵混合进口7A、硫酸铵混合进口8A、硫酸钠进口9、氢氧化钠进口10；

氢氧化钠进、出口分别与膜堆内的碱室的两端通过流道相连通；硫酸钠进、出口分别与膜堆内的硫酸钠室的两端通过流道相连通；硫酸铵混合进、出口分别与膜堆内的硫酸铵混合室的两端通过流道相连通；氯化铵混合进、出口分别与膜堆内的混酸室的两端通过流道相连通。

本发明中的氢氧化钠进、出口；硫酸钠进、出口；硫酸铵混合液进、出口；氯化铵混合进、出口也可以设置在阴极板上朝外一侧。

阳极板上设置有阳极室进口13、阳极室出口14，阳极室进口、出口的设置方位与各溶液进出口的设置方位相垂直也可以相平行。阳极室的进口13、出口14均在阳极板的左侧。

阴极板上设置阴极室进口11、阴极室出口12，极室水箱内的溶液从阴极室进口流入阴极板，从阴极板出口流出，经过导管从阳极室进口13流入阳极板，从阳极板出口14流出，回流至极室水箱。极室水箱通过导管与膜堆的阴极板、阳极板相连，其内的极液通过导管流入膜堆的阴极室、阳极室。

阳极隔板与阴极隔板内没有溶液流道；氯化铵混合室隔板、硫酸铵混合室隔板、硫酸钠室隔板、碱室隔板上设置溶液流道，并且每个隔板上的流道不同，形成彼此独立的隔室，每个隔室内流通不同的溶液。流入膜堆的溶液，在不同流道中，定向流入相应的隔室，流入隔室内的电解质溶液，在通电后阳离子向阴极迁移，通过阳膜，但被阴膜保留下来；阴离子向阳极迁移，通过阴膜，但被阳膜保留。而双极膜将水解离生成氢离子和氢氧根离子，氢离子向阴极迁移，通过阳膜，但被阴膜保留下来；氢氧根离子向阳极迁移，通过阴膜，但被阳膜保留。

硫酸钠室水箱内存放硫酸钠废水，硫酸钠溶液通过循环泵从膜堆的硫酸钠入口进入膜堆，进入膜堆内硫酸钠室(即硫酸钠室隔板)的硫酸钠溶液在膜堆内进行阴阳离子交换，流过硫酸钠室隔板后，变成低浓度硫酸钠，然后再由硫酸钠出口流出，并在循环泵作用下，回流至硫酸钠室水箱；硫酸钠溶液在流经硫酸钠室隔板的过程中，在电场力的作用下，硫酸根离子向阳极迁移，通过第二阴膜，被第一、第二阳膜阻挡，从而分别保留在硫酸铵室、硫酸钠室中，进入硫酸铵室的硫酸根离子以硫酸铵溶液的形式从硫酸铵室出口流出膜堆，进入硫酸铵水箱；而阻挡在硫酸钠室内的硫酸根离子仍然以硫酸钠溶液的形式从硫酸钠室出口流出膜堆，进入硫酸钠水箱；而钠离子向阴极迁移，通过第二阳膜，但被第二双极膜阻挡，从而保留在碱室内，然后以氢氧化钠溶液的形式从碱室出口流出膜堆，进入碱室水箱中。(Na₂SO₄→Na⁺+SO₄ ^2-)高浓度的硫酸钠溶液从硫酸钠入口流入膜堆内的硫酸钠室，经过离子交换反应后，低浓度的硫酸钠溶液从硫酸钠出口流出膜堆。

硫酸铵混合水箱内存放的低浓度硫酸铵溶液通过循环泵从膜堆的硫酸铵混合进口进入膜堆，进入膜堆内的硫酸铵混合室(即硫酸铵混合室隔板、硫酸铵和硫酸氢铵混合室隔板)的硫酸铵在流经硫酸铵混合室隔板的过程中，在电场力的作用下，铵根离子虽然向阴极迁移，但是被第二阴膜阻挡，被保留在硫酸铵混合室中；硫酸根离子向阳极迁移，但是被第一阳膜阻挡，被保留在硫酸铵混合室内，而硫酸钠室内的硫酸根离子经过第二阴膜，进入硫酸铵混合室；氯化铵混合室内的铵根离子经过第一阳膜进入硫酸铵混合室，从氯化铵混合室迁移过来的铵根离子与硫酸钠室迁移过来的硫酸根离子在硫酸铵混合室中结合生成新的硫酸铵，从而提高硫酸铵浓度(NH₄ ⁺+SO₄ ^2-→(NH₄)₂SO₄)；

第一双极膜极液中的水解离生成氢离子和氢氧根离子(H₂O→H⁺+OH^-)，氢氧根离子向阳极迁移，被保留在阳极室中，氢离子向阴极迁移，进入氯化铵混合室，然后再通过第一阳膜，进入硫酸铵混合室，但是被第二阴膜阻挡，被保留在硫酸铵混合室中，与铵根离子和硫酸根离子结合生成硫酸铵和硫酸氢铵，然后以硫酸铵和硫酸氢铵混合溶液的形式从硫酸铵混合室出口流出膜堆，进入硫酸铵混合水箱。(NH₄ ⁺+H⁺+SO₄ ^2-→NH₄HSO₄+(NH₄)₂SO₄)，低浓度硫酸铵溶液从硫酸铵混合入口流入膜堆内的硫酸铵混合室，经过离子交换反应后，高浓度的硫酸铵和硫酸氢铵混合溶液从硫酸铵混合室出口流出膜堆，并在循环泵作用下，回流至硫酸铵混合室水箱。

反应过程中，硫酸铵混合水箱内含有硫酸铵、硫酸氢铵，其中进入膜堆的硫酸铵混合室内硫酸氢铵在流经硫酸铵混合室隔板的过程中，在电场力的作用下，铵根离子虽然向阴极迁移，但是被第二阴膜阻挡，被保留在硫酸铵混合室中；硫酸氢根离子向阳极迁移，但是被第一阳膜阻挡，被保留在硫酸铵混合室内；而硫酸钠室内的硫酸根离子经过第二阴膜，进入硫酸铵混合室；氯化铵混合室内的铵根离子经过第一阳膜进入硫酸铵混合室，但被二阴膜阻挡被保留在硫酸铵混合室内；第一双极膜极液中的水解离生成氢离子和氢氧根离子(H₂O→H⁺+OH^-)，氢离子在电场力作用下向阴极迁移，进入氯化铵混合室，然后再通过第一阳膜，进入硫酸铵混合室，但是被第二阴膜阻挡，被保留在硫酸铵混合室中。

从氯化铵混合室迁移自硫酸铵混合室的铵根离子、从硫酸钠室迁移过来的硫酸根离子、与双极膜解离生成的氢离子经过氯化铵混合室后进入硫酸铵混合室后生成硫酸氢铵；然后以硫酸氢铵溶液的形式从硫酸铵混合室出口流出膜堆，进入硫酸铵混合水箱。(NH₄ ⁺+H⁺+SO₄ ^2-→NH₄HSO₄+(NH₄)₂SO₄)，低浓度硫酸氢铵溶液从硫酸铵混合入口流入膜堆内的硫酸铵混合室，经过离子交换反应后，高浓度的硫酸氢铵溶液从硫酸铵混合室出口流出膜堆，并在循环泵作用下，回流至硫酸铵混合室水箱。

硫酸铵溶液在流经硫酸铵混合室隔板的过程中，在电场力的作用下，由混酸室(氯化铵混合室)中迁移过来的铵根离子、氢离子与硫酸钠室中迁移过来的硫酸根离子相结构生成硫酸铵和硫酸氢铵溶液，然后以硫酸铵和硫酸氢铵混合溶液的形式从混盐室出口流出膜堆，进入硫酸铵混合室水箱。(NH₄ ⁺+H⁺+SO₄ ^2-→NH₄HSO₄+(NH₄)₂SO₄)，低浓度硫酸铵溶液从混盐室入口流入膜堆内的混盐室，经过离子交换反应后，高浓度的硫酸铵和硫酸氢铵很合溶液从混盐出口流出膜堆。

氯化铵混合水箱内存放的高浓度氯化铵溶液通过循环泵从与膜堆的氯化铵混合进口进入膜堆，进入膜堆内氯化铵混合室(即氯化铵混合室隔板)的氯化铵进行阴阳离子交换，流过氯化铵混合室隔板后，变成低浓度氯化铵和生成盐酸，然后再由氯化铵混合出口流出，并在循环泵作用下，回流至氯化铵混合室水箱；氯化铵溶液在流经氯化铵混合室隔板的过程中，在电场力的作用下，铵根离子向阴极迁移，通过第一阳膜，但被第二阴膜阻挡，从而保留在硫酸铵混合室中；氯离子在电场力作用下，虽然向阳极迁移，但被第一双极膜阻挡，从而保留在氯化铵混合室内；第一双极膜将极液中水解离，生成氢离子和氢氧根离子，产生的氢离子与氯化铵混合室内的氯离子结合生成盐酸(H⁺+Cl^-→HCl)。生成的盐酸和氯化铵混合室内的氯化铵以混合溶液的形式从膜堆氯化铵混合室出口流出膜堆，进入氯化铵混合室水箱中。(NH₄Cl→NH₄ ⁺+Cl^-)，高浓度的氯化铵溶液从氯化铵混合室入口流入膜堆内的氯化铵混合室，经过离子交换反应后，低浓度的氯化铵溶液从氯化铵混合室出口流出膜堆，并在循环泵作用下，回流至氯化铵混合室水箱。

反应过程中，产生的盐酸回流至氯化铵混合水箱后，再循环至膜堆的氯化铵混合室，在电场力作用下，氢离子、氯离子分别被第一阳膜、第一双极膜阻挡，保留在氯化铵混合室内；但是第一双极膜解离的极液中水所产生的氢离子在电场力作用下进入氯化铵混合室，生成盐酸，提高盐酸浓度。

第一双极膜极液中的水解离(H₂O→H⁺+OH-)，产生的大部分氢离子在电场力作用下进入氯化铵混合室，产生的小部分氢离子在电场力的作用下通过第一阳膜进入到硫酸铵混合室，产生的氢氧根离子在电场力作用下进入阳极室，氯化铵混合室中的氯离子与第一双极膜水解离产生的氢离子在氯化铵混合室内结合生成新的盐酸，提高氯化铵混合室内盐酸浓度(H⁺+Cl^-→HCl)，使得氯化铵混合室内盐酸浓度增加，低浓度的氯化铵和高浓度的盐酸混合溶液从氯化铵混合出口流出氯化铵混合室，然后在循环泵作用下回流至氯化铵混合水箱。从氯化铵混合室迁移到硫酸铵混合室的铵根离子和硫酸钠室迁移到硫酸铵混合室的硫酸根离子与第一双极膜水解离产生的氢离子在硫酸铵混合室内结合生成新的硫酸铵和硫酸氢氨混合溶液(NH₄ ⁺+H⁺+SO₄ ^2-→NH₄HSO₄+(NH₄)₂SO₄)，硫酸铵和硫酸氢铵混合溶液从硫酸铵混合出口流出硫酸铵混合室，然后在循环泵作用下回流至硫酸铵混合水箱。

第一双极膜产生的氢氧根离子与第二双极膜产生的氢离子在极室中重新结合成水(H⁺+OH^-→H₂O)，使得极液浓度保持恒定。

碱室水箱内存放低浓度的氢氧化钠溶液通过循环泵从膜堆的氢氧化钠入口进入膜堆，进入膜堆内的碱室(即碱室隔板)的氢氧化钠溶液在流经碱室隔板的过程中，在电场力的作用下，氢氧根离子虽然向阳极迁移，但是被第二阳膜阻挡，而被保留在碱室中；钠离子向阴极迁移，但是被第二双极膜阻挡，被保留在碱室内；而硫酸钠室内的钠离子在电场力作用下通过第二阳膜进入碱室；第二双极膜将极液中的水解离(H₂O→H⁺+OH^-)，产生的氢氧根离子在电场力作用下进入碱室，产生的氢离子在电场力作用下进入阴极室，从硫酸钠室迁移过来的钠离子与第二双极膜产生的氢氧根离子在碱室内结合生成新的氢氧化钠，提高氢氧化钠溶液浓度(Na⁺+OH^-→NaOH)，使得碱室内氢氧化钠浓度增加，高浓度的氢氧化钠从氢氧化钠出口流出碱室，然后在循环泵作用下回流至碱室水箱。第二双极膜产生的氢离子与第一双极膜产生的氢氧根离子重新结合成水。

极室水箱内存放极液，极液选择电解质溶液，极液电解质溶液的浓度≤0.5mol/L，优选为0.05-0.2mol/L，进一步优选为0.1mol/L。极液的作用是为传输电流作用和保护电极的作用，其不参与复分解反应过程只需要少量即可；极室水箱中的极液选择硫酸钠、氯化钠、硝酸钠等电解质溶液，优选为硫酸钠溶液；其浓度为0.1mol/L。

极室水箱通过导管与位于膜堆一侧的阴极板上的阴极室的入口相连，极室水箱内的极液从阴极室入口进入阴极室，(防止阳极发生氧化反应4OH^-→O₂+2H₂O+4e)，从阴极室出口流出；接着通过导管与位于膜堆另一侧的阳极板上的阳极室入口流入阳极室，(防止阴极发生还原反应2H⁺→2e+H₂)，然后从阳极室出口流出，最后通过导管回流至极室水箱；在极室水箱与膜堆的阳极板、阴极板连接的导管上设置有循环水泵，极液通过循环泵在极室水箱、膜堆的阳极室和阴极室之间循环；

极室水箱通过两根导管分别与膜堆的阳极板、阴极板相连接，膜堆阳极板与阴极板之间通过导管相连，极室水箱内的极液从极室水箱依次流入膜堆阳极板的阴极室，再从阴极室流入阳极室，最后从阳极室回流至极室水箱。

而且在极室水箱与阴极板相连的导管上设置循环水泵，极液在极室水箱、膜堆的阳极室和阴极室之间循环。装置运行过程中，极液通过泵在膜堆和极室水箱中循环。

废水处理过程中各水箱内的溶液流入膜堆的各个相应的隔室内的流量(即溶液在膜间流速)保持一直，控制在35～45L/h，以避免隔室间存在压差而产生渗透。

本发明废水处理方法原理为：两种原料液(AX(例如硫酸钠)、BY(例如氯化铵))经过双极膜电渗析处理生成三种产品液(AOH(例如氢氧化钠)、BX与BHX混合溶液(例如硫酸铵和硫酸氢铵混合溶液)、HY与BY(例如盐酸和氯化铵混合溶液))，两种原料和三种产品分别通入对应的硫酸钠室水箱、硫酸铵混合水箱、氯化铵混合水箱和碱室水箱，打开泵和电源，让各溶液分别彼此独立地进入膜堆的各自对应的隔室内。在电场力作用下，正负离子分别通过阴阳离子交换膜进行迁移，从而实现原料液间的复分解反应，且结合双极膜使水解离，生成氢离子和氢氧根离子，即AX+BY+H₂O→AOH+BX++BHX+HY。具体为：

硫酸钠室中钠离子通过阳离子交换膜迁移至碱室与双极膜产生的氢氧根离子结合生成氢氧化钠溶液，离子方程Na⁺+OH^-→NaOH；硫酸钠室中硫酸根离子通过阴离子交换膜迁移至硫酸铵混合室，与通过阳离子交换膜而迁移至硫酸铵混合室的氯化铵混合室中铵根离子、以及双极膜将极液中的水解离生成氢离子反应生成硫酸铵和硫酸氢铵，提高硫酸铵混合室内硫酸铵、硫酸氢铵溶液的浓度，离子方程NH₄ ⁺+H⁺+SO₄ ^2-→(NH₄)₂SO₄+NH₄HSO₄；氯化铵混合室中的氯离子被双极膜所阻挡，被保留在氯化铵混合室中，与双极膜产生的氢离子结合生成盐酸溶液，提高氯化铵混合室内盐酸溶液的浓度，离子方程Cl^-+H⁺→HCl。

在恒定电压、电流的情况下，随着反应时间延长，当硫酸钠水箱内流入膜堆硫酸钠室内的硫酸钠耗尽时，硫酸钠室中的电导率下降至不变时，实验停止，即可在各个水箱中收集得到高浓度硫酸铵和硫酸氢氨混合溶液、盐酸和氯化铵混合溶液和氢氧化钠溶液，硫酸钠水箱内高盐硫酸钠废水得到重复的资源化利用。

本发明提供了利用双极膜复分解多室(4室)电渗析装置资源化处理高盐硫酸钠废水，制备盐酸、氢氧化钠和硫酸铵的方法，包括以下步骤：

(1)在装置中的各水箱中分别加入对应的溶液，其中：

氯化铵混合水箱中加入浓度为1mol/L～3mol/L的氯化铵溶液；硫酸钠水箱中加入浓度为0.5mol/L～1.5mol/L的硫酸钠溶液；硫酸铵混合水箱中加入质量百分比浓度为1％～5％的硫酸铵溶液；碱室水箱(即氢氧化钠水箱)中加入质量百分比浓度为1％-5％的氢氧化钠溶液；极室水箱中加入浓度为0.1mol/L的极液硫酸钠溶液；

反应起始时，氯化铵混合水箱中的溶液还可以是氯化铵和盐酸的混合液，其中氯化铵溶液的浓度为1mol/L～3mol/L；盐酸溶液的质量百分比浓度为1％～5％；硫酸铵混合水箱中的溶液还可以是硫酸铵和硫酸氢铵的混合液，其中硫酸铵溶液和硫酸氢铵的质量百分比浓度均为1％～5％。

(2)打开各个水箱的循环泵，调节各个水箱内溶液流入膜堆中流速为35～45L/h，且5个水箱中的5种溶液的各循环流量彼此相一致；

(3)打开直流电源，在电压恒定条件下进行电渗析，其中控制电压为10～20V；或在电流恒定条件下进行电渗析，其中控制电流密度为8～20mA/cm²；

(4)各水箱内溶液分别流入膜堆内对应的隔室内，在电场力作用下，发生迁移、离子交换和复分解化学反应，然后从膜堆内各自对应的隔室内流出，回流至各自对应的水箱，其中经过本发明装置后，硫酸钠废水中硫酸钠浓度降低，氯化铵溶液浓度降低；硫酸铵溶液、硫酸氢铵溶液、盐酸溶液、氢氧化钠溶液的浓度升高；

(5)各水箱内溶液在本发明装置内循环往复，进行电渗析、离子交换、复分解反应，直至硫酸钠水箱内电解质溶液的电导率下降至保持不变，停止反应，关闭电源。

其中，在电压、或电流恒定条件下进行电渗析处理过程中，实时测定硫酸钠水箱内溶液的电导率，直至电导率下降并保持不变，停止处理。

实施例1双极膜复分解五室电渗析装置

在装置的各个水箱中分别加入各自对应的溶液，其中：极室水箱中加入2L浓度为0.1mol/L(通常为0.05-0.2mol/L)的硫酸钠溶液；酸室水箱中加入质量浓度为1％(通常为1-5％)的HCl溶液；氯化铵室水箱中加入1mol/L(通常为1-3mol/L)的氯化铵溶液；硫酸铵室水箱中加入质量浓度为1％(通常为1-5％)的硫酸铵溶液；硫酸钠室水箱中加入0.5mol/L(通常为0.5-1.5mol/L)的硫酸钠废水，碱室水箱中加入质量浓度为1％(通常为1-5％)的氢氧化钠溶液；

接着开启每个水箱对应的循环泵，即开启设置在连接各个水箱与膜堆中彼此对应的隔室的导管上的循环泵，调节相应的循环流速，各个水箱内溶液的流速均控制为40L/h(通常为35～45L/h)；

然后再开启直流电源(电源负极与膜堆阴极相连，电源正极与膜堆阳极相连，如图1)，恒定电压状态下，电压控制在10V(通常为10-20V)；

本实施例中采用的膜堆是以6张离子交换膜(第一双极膜、第一阴膜、第一阳膜、第二阴膜、第二阳膜、第二双极膜)为1组、共2组构成，每张膜的有效面积200mm*400mm＝8dm²。

运转期间采用电导率分析仪器实时测定硫酸钠水箱内的电导率，观察到硫酸钠水箱中电导率降低至5mS/cm(通常是≤6mS/cm)，且不在降低时，视为反应终点，停止处理，关闭电源；

分别分析、测定、记录硫酸铵水箱中硫酸铵浓度；酸室水箱中盐酸溶液浓度；碱室水箱中氢氧化钠溶液浓度；硫酸钠水箱中硫酸钠溶液浓度；氯化铵水箱中氯化铵溶液浓度；极室水箱内硫酸钠溶液浓度，测定结果如表1；其中：

分别采用酸碱滴定法测定酸室水箱中盐酸的浓度，碱室水箱中氢氧化钠的浓度，其中以酚酞为指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴定法测定盐酸浓度；以甲基橙为指示剂，用标准盐酸滴定法测定碱室氢氧化钠浓度；

采用紫外分光光度法测定硫酸铵水箱中硫酸铵的浓度，即通过仪器PE Lambda35测铵根离子的浓度，计算硫酸铵的浓度；

采用紫外分光光度法测定氯化铵水箱中氯化铵的浓度，通过仪器PE Lambda35测铵根离子的浓度，计算氯化铵的浓度；

采用阳离子色谱测定硫酸钠水箱中硫酸钠浓度，通过仪器ICS-1500测钠离子浓度，计算硫酸钠浓度。

表1第一种双极膜电渗析装置(五室)处理废水的结果

实施例2

除了开启直流电源进行电渗析、复分解反应过程中控制电压恒定为12V之外，其余与实施例1相同，测定结果如表1。

实施例3

除了开启直流电源进行电渗析、复分解反应过程中控制电压恒定为15V之外，其余与实施例1相同，测定结果如表1。

实施例4

除了向装置的硫酸钠水箱内加入0.8mol/L(通常为0.5-1.5mol/L)的硫酸钠废水；开启直流电源进行电渗析、复分解反应过程中控制恒定电流，在恒定电流状态下进行电渗析、复分解反应，其中控制电流为16A(通常为10-20A)，即电流密度为20mA/cm²(通常为12.5～25mA/cm²)；实时测定硫酸钠水箱内溶液的电导率，直至电导率降低至5.5mS/cm(通常为≤6mS/cm)且不在下降时停止反应之外，其余与实施例1相同。各个水箱内溶液的浓度测定结果如表1。

本实施例中采用的膜堆是以6张离子交换膜(第一双极膜、第一阴膜、第一阳膜、第二阴膜、第二阳膜、第二双极膜)为1组、共2组构成，每张膜的有效面积200mm*400mm＝8dm²。

在装置运行过程中分别在0、15、30、45、60、90、120、150、180、210min时，分别测定和记录碱室中氢氧化钠的浓度C_t(mol/L)；外接电源的电压U(V)；碱室水箱内氢氧化钠溶液的体积Vt(L)，即在开启装置的外接电源时(0min)或装置运行的15、30、45、60、90、120、150、180、210min时分别测定和记录碱室中氢氧化钠的浓度C_t(mol/L)；外接电源的电压U(V)；碱室水箱内氢氧化钠溶液的体积Vt(L)；测定结果如表2。

表2能耗实验测试结果

按照公式(1)计算生产氢氧化钠所消耗的能量，

式(1)中EC为生产氢氧化钠所需消耗的能量(kWh/kg)；U为膜堆在t时刻的电压(V)；I为膜堆在t时刻的电流(A)；t为时间(min)；M为产品氢氧化钠的摩尔质量(g/mol)；C₀和C_t(mol/L)分别为在0时刻和在t(min)时刻时产品氢氧化钠溶液的浓度；Vo和Vt分别为0时刻和t(min)时刻氢氧化钠水箱内产品氢氧化钠溶液体积(L)。

能耗测定结果如表2，采用本发明装置生产氢氧化钠所需能耗的变化曲线图如图3。

实施例5双极膜复分解四室电渗析装置

在装置的各个水箱中分别加入各自对应的溶液，其中：极室水箱中加入2L浓度为0.1mol/L(通常为0.05-0.2mol/L)的硫酸钠溶液；氯化铵混合水箱中加入1.6mol/L(通常为1-3mol/L)的氯化铵溶液；硫酸铵混合水箱中加入质量浓度为1％(通常为1-5％)的硫酸铵溶液，即硫酸铵混合水箱中NH₄ ⁺浓度(g/L)为3.6g/L；硫酸钠水箱中加入0.8mol/L(通常为0.5-1.5mol/L)的硫酸钠废水；碱室水箱中加入质量浓度为1％(通常为1-5％)的氢氧化钠溶液，即碱室水箱中氢氧化钠溶液的浓度为0.25mol/L；

接着开启每个水箱与膜堆中分别彼此通过导管相连接的隔室之间的，设置在导管中的对应的循环泵，并调节个溶液的相应的循环流速，各个水箱内溶液的流速控制在40L/h(通常为35～45L/h)；

然后开启直流电源(电源负极与膜堆阴极相连，电源正极与膜堆阳极相连，如图1A)，控制电流为16A(通常为10-20A)；电流密度为20mA/cm²(通常为12.5mA/cm²～25mA/cm²)。

本发明实施例中采用的膜堆是以5张离子交换膜(第一双极膜、第一阳膜、第二阴膜、第二阳膜、第二双极膜)为1组、共2组构成，每张膜的有效面积200mm*400mm＝8dm²。

运转期间采用电导率分析仪器实时测定硫酸钠水箱内的电导率，直至电导率降低至5.5mS/cm(通常为≤6mS/cm)且不在下降时停止反应时，视为反应终点，停止处理，关闭电源；

分别分析、测定、记录碱室水箱中氢氧化钠溶液浓度；氯化铵混合水箱内氯化铵浓度；硫酸铵混合水箱内铵根离子浓度；硫酸钠水箱内硫酸钠的浓度，测定结果如表3。

表3第二种双极膜电渗析装置(四室)处理废水的结果

在装置运行过程中分别在0、15、30、45、60、90、120、150、180min时，测定和记录碱室中氢氧化钠的浓度C_t(mol/L)；外接电源的电压U(V)；碱室水箱内氢氧化钠溶液的体积Vt(L)，即在开启装置的外接电源时(0min)或装置运行的15、30、45、60、90、120、150、180min时分别测定和记录碱室中氢氧化钠的浓度C_t(mol/L)；外接电源的电压U(V)；碱室水箱内氢氧化钠溶液的体积Vt(L)；测定结果如表4。

表4能耗实验测试结果

按照公式(1)计算生产氢氧化钠所消耗的能量，

式(1)中EC为生产氢氧化钠所需消耗的能量(kWh/kg)；U为膜堆在t时刻的电压(V)；I为膜堆在t时刻的电流(A)；t为时间(min)；M为产品氢氧化钠的摩尔质量(g/mol)；C₀和C_t(mol/L)分别为在0时刻和在t(min)时刻时产品氢氧化钠溶液的浓度；Vo和Vt分别为0时刻和t(min)时刻氢氧化钠水箱内产品氢氧化钠溶液体积(L)。

能耗测定结果如表4，采用本发明装置生产氢氧化钠所需能耗的变化曲线图如图3。

从表2、4和图3测定的结构可知：相比于五室双极膜复分解电渗析，四室复分解电渗析低能耗是由于缺少阴离子交换膜和酸室，膜堆阻力更低。并且在相同的电流密度下，由于缺少阴离子交换膜和酸室，氯离子不进行迁移，使得更多的钠离子和硫酸根离子进行迁移，双极膜产生的氢离子和氢氧根子更多，从而在更短的时间提高了氢氧化钠的浓度。

本发明双极膜复分解多室电渗析应用于废水处理过程，实现既处理了废水又能生产出市场价格高的硫酸铵，且能够生成盐酸与氢氧化钠供工厂自用，减少工厂运行成本，实现趋零排放。其中，五室双极膜复分解多室电渗析能够增加产品价值，但能耗也随之增加。四室双极膜复分解多室电渗析能够降低能耗，但产品价值有所降低。工厂可根据对产品价值，成本等综合要求来选择适宜的双极膜复分解多室电渗析。

以上所描述的实施例仅仅为了清楚的表达本发明所举的案例，并没有对本发明的实施方式进行限定。上述实施例和说明书终点说明仅仅表示本发明的原理，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双极膜电渗析装置，其特征是，包括直流电源、进行电渗析处理的膜堆和水箱组件，其中水箱组件包括分别对应存放AX溶液、BY溶液、BX溶液、HY溶液和AOH溶液的AX水箱、BY水箱、BX水箱、HY水箱和AOH水箱，其中，AX为硫酸钠或硝酸钠；BY为氯化铵、氯化钾或硝酸钾；BX为硫酸铵、硫酸钾或硝酸钾；HY为盐酸或硝酸；AOH为氢氧化钠；其中膜堆的阳极板、阴极板分别与电源的正负极相连接；水箱组件中的各个水箱分别通过导管与膜堆内各自对应的隔室相连接，将各水箱内存放的溶液输送至膜堆内，进行电渗析处理，并进行相应的复分解反应，生成盐BX、酸HY和碱AOH，然后再回流至相对应的水箱。

2.如权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征是，所述膜堆由阳电极板、阳极隔板、阴极隔板、阴电极板、N个串联的膜单元组成，其中膜单元位于阳极隔板和阴极隔板之间；所述膜单元包括按顺序依次排列并紧密贴合在一起的第一双极膜、酸室隔板(即HY室隔板)、第一阴离子交换膜、BY室隔板、第一阳离子交换膜、BX室隔板、第二阴离子交换膜、AX室隔板、第二阳离子交换膜、碱室隔板(即AOH室隔板)、第二双极膜，并且膜单元中的第一双极膜靠近阳电极板，第二双极膜靠近阴电极板；其中HY室隔板、BY室隔板、BX室隔板、AX室隔板、AOH室隔板分别形成HY隔室、BY隔室、BX隔室、AX隔室、AOH隔室。

3.如权利要求2所述的双极膜电渗析装置，其特征是，所述阳极板上朝外一侧(即背离膜堆隔室的一侧)分别设置与膜堆内HY隔室对应相连通的HY进出口；与BY隔室对应相连通的BY进出口；与BX隔室对应相连通的BX进出口；与AX隔室对应相连通的AX进出口；与AOH隔室对应相连通的AOH进出口。

4.如权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征是，所述水箱组件还包括极室水箱，极室水箱内存放极液，极室水箱通过导管与位于膜堆两端的阴、阳极板上的阴、阳极室的相连，使得极液从极室水箱依次流入膜堆阴极室、阳极室后再回流至极室水箱。

5.一种利用如权利要求1-4任一所述双极膜电渗析装置处理硫酸钠废水的方法，其特征是，包括如下步骤：

1)向极室水箱中加入极液；AX水箱中加入AX溶液；BY水箱中加入BY溶液；BX水箱中加入BX溶液；HY水箱中加入HY溶液；AOH水箱中加入AOH溶液，其中AX为硫酸钠、BY为氯化铵；BX为硫酸铵、HY为盐酸、AOH为氢氧化钠；

2)开启循环泵，将各水箱内分别存放的极液、AX溶液、BY溶液、BX溶液、HY溶液和AOH溶液分别输送到膜堆内的各自对应的隔室内；

3)打开直流电源，进入膜堆内的溶液在电场力作用下，进行电渗析、离子迁移和复分解化学反应，然后从膜堆内各自对应的隔室内流出，回流至各自对应的水箱；

4)水箱内溶液在水箱与膜堆之间循环往复流动，进行电渗析、复分解反应，直至硫酸钠水箱内电解质溶液电导率降低至保持不变，停止反应，关闭电源。

6.一种双极膜电渗析装置，其特征是，包括直流电源、进行电渗析处理的膜堆和水箱组件，其中水箱组件包括分别对应存放AX溶液、BY或/和HY的混合溶液、BX或/和BHX的混合溶液和AOH溶液的AX水箱、BY混合水箱、BX混合水箱和AOH水箱，其中AX为硫酸钠或硝酸钠；BY为氯化铵、氯化钾或硝酸钾；BX为硫酸铵、硫酸钾或硝酸钾；BHX为硫酸氢铵或硫酸氢钾；HY为盐酸或硝酸；AOH为氢氧化钠；其中膜堆的阳极板、阴极板分别与电源的正负极相连接；水箱组件分别通过导管与膜堆内对应的隔室相连接，将各水箱内存放的溶液输送至膜堆内，进行电渗析处理，并进行相应的复分解反应，生成盐BX、盐BHX、酸HY和碱AOH，然后再回流至相应的水箱。

7.如权利要求6所述的双极膜电渗析装置，其特征是，所述膜堆由阳电极板、阳极隔板、阴极隔板、阴电极板、N个串联的膜单元组成，其中膜单元位于阳极隔板和阴极隔板之间；所述膜单元包括按顺序依次排列并紧密贴合在一起的第一双极膜、BY混合室隔板、第一阳离子交换膜、BX混合室隔板、第二阴离子交换膜、AX室隔板、第二阳离子交换膜、碱室隔板(即AOH室隔板)、第二双极膜，并且膜单元中的第一双极膜靠近阳电极板，第二双极膜靠近阴电极板；其中BY混合室隔板、BX混合室隔板、AX室隔板、AOH室隔板分别形成BY混合隔室、BX混合隔室、AX隔室、AOH隔室。

8.如权利要求7所述的双极膜电渗析装置，其特征是，所述N≥1，优选为2-50。

9.一种利用如权利要求6所述双极膜电渗析装置处理硫酸钠废水的方法，其特征是，包括如下步骤：

1)向极室水箱中加入极液；AX水箱中加入AX溶液；BY混合水箱中加入BY溶液；BX混合水箱中加入BX溶液；AOH水箱中加入AOH溶液；其中AX为硫酸钠、BY为氯化铵；BX为硫酸铵、AOH为氢氧化钠；

2)开启循环泵，将各水箱内分别存放的极液、AX溶液、BY溶液、BX溶液和AOH溶液分别输送到膜堆内的各自对应的隔室内；

3)打开直流电源，进入膜堆内的溶液在电场力作用下，进行电渗析、离子迁移和复分解化学反应，然后从膜堆内各自对应的隔室内流出，回流至各自对应的水箱；其中，在膜堆内经过电渗析、离子迁移和复分解反应产生盐BX、盐BHX、酸HY和碱AOH，其中生成的盐SHX与盐BX混合，回流至BX混合水箱；生成的酸HY和BY混合，回流至BY混合水箱；

4)水箱内溶液在水箱与膜堆之间循环往复流动，进行电渗析、复分解反应，直至硫酸钠水箱内电解质溶液的电导率降低至保持不变，停止反应，关闭电源。

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