CN115108612B - 一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，包括组装离子膜，配置盐溶液，极液，还原液，注入电解室，以合适的电流密度开始运行，运行过程中以固定流速补充还原液，并持续检测阳极液的氧化还原电位的步骤。本发明通过采用合适浓度的亚硫酸钠作为还原液，使电渗析装置在长时间的运行过程中，阳极液的氧化还原电位都能保持在较低的电位范围内，避免离子交换膜的表面结垢，影响电渗析的效率和离子交换膜的使用寿命，亚硫酸钠以合适的补充流速使浓缩室的pH保持在10以下，电渗析装置能在合适的pH环境下运行，并且操作简单，易实现，成本低廉，能有效解决电渗析过程中阳极液氧化性过高问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，涉及C02F，具体涉及水，废水，污水的处理领域。
背景技术
盐浓度高的废水是一类有毒且难降解的废水，在许多工业领域中被当做副产物生产出来，使用电渗析的方法处理盐浓度高的废水是目前常用的处理高盐废水的方式，但是目前市面上采用双极膜进行电渗析的过程中，阳极会产生氯气，使阳极液的氧化还原电位迅速升高，过高的氧化还原电位会造成设备挡板，离子交换膜的氧化，缩短电渗析设备和离子交换膜的使用寿命，因此开发一种方法降低阳极液的氧化还原电位非常重要。
中国发明专利CN201811244579.0公开了一种催化烟气脱硫脱硝废水资源化处理的方法，通过预先进行多道过滤处理工序结合电渗析工艺，实现含盐废水的脱盐，通过多道预处理延长电渗析膜的使用寿命。中国发明专利CN201810845972.9公开了一种电渗析海水淡化的方法，通过电渗析的方法实现海水的脱盐化处理，并通过加入缓释剂减少海水对电渗析设备的腐蚀，延长设备的使用寿命，但是所述电渗析的方法对杂质含量复杂的盐溶液脱盐效果不好。
发明内容
为了降低电渗析阳极液的氧化还原电位，延长离子交换膜的使用时间，本发明的第一个方面提供了一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，包括以下步骤：
(1)分别取相同数量的阳离子膜和阴离子膜，装入膜堆，接好管路及电源；
(2)配置溶液：配置固定浓度的盐溶液，补充盐溶液，极液，还原液；
(3)取盐溶液放入脱盐室和浓缩室，极液放入阳极室和阴极室，还原液放入还原液容器；
(4)设置电流密度打开电源开始运行，在运行过程中以固定流速补充还原液至阳极室中，持续检测阳极室阳极液的氧化还原电位。
作为一种优选的实施方式，所述盐溶液的质量浓度为50-100g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为120-150g/L。
作为一种优选的实施方式，所述盐溶液的质量浓度为100g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为140g/L。
作为一种优选的实施方式，所述盐溶液和补充盐溶液均为氯化钠溶液。
申请人发现，盐质量浓度在50-100g/L的范围内，使用浓度略高的盐溶液作为补充液，在本发明的电渗析方法中电渗析效率较高，可以得到纯度较高的浓缩液，并且脱盐效率较好。
作为一种优选的实施方式，所述极液的质量浓度为25-35g/L。
作为一种优选的实施方式，所述极液的质量浓度为30g/L。
作为一种优选的实施方式，所述极液选自硝酸钠、硫酸钠、高氯酸钠中的一种。
作为一种优选的实施方式，所述极液为硫酸钠溶液。
申请人在实验过程中发现，采用硫酸钠作为极液，离子在电极室中不易发生水解，可以减少极化反应的发生，从而可以避免离子交换膜的使用寿命缩短。
作为一种优选的实施方式，所述还原液选自硫酸亚铁、硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫、草酸、硼氢化钠中的一种。
作为一种优选的实施方式，所述还原液为亚硫酸钠溶液。
作为一种优选的实施方式，所述还原液的质量浓度为100-200g/L。
作为一种优选的实施方式，所述还原液的质量浓度为100g/L。
作为一种优选的实施方式，所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为(2-5)：1。
作为一种优选的实施方式，所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为4：1。
作为一种优选的实施方式，所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：(1-2)。
作为一种优选的实施方式，所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：1。
作为一种优选的实施方式，步骤4中所述电流密度为280-330A/m2。
作为一种优选的实施方式，步骤4中所述电流密度为300A/m2。
申请人在实验过程中发现，采用300A/m2的电流密度可以使阳极液的氧化还原电位保持较平稳的状态，阳极液的氧化还原电位保持在500mv以下，在膜电阻不变的情况下，可以维持较平稳的氧化还原电位值。
作为一种优选的实施方式，步骤4中所述还原液的流速为100-150mL/h。
作为一种优选的实施方式，步骤4中所述还原液的流速为150mL/h。
申请人在实验过程中发现：采用亚硫酸钠作为还原液，质量浓度为100g/L，亚硫酸钠的流速为150ml/h时，可以使阳极液的氧化还原电位始终保持较平稳的状态，在运行过程中氧化还原电位始终保持为原始溶液的数值，从而避免了水的极化，溶液pH的改变，避免离子交换膜被破坏，延长了离子交换膜的使用寿命。猜测可能的原因是：在电渗析的过程中不同浓度的极液具有不同的电化学电位，随着电渗析反应的不断进行，硫酸根离子不断被消耗，亚硫酸根离子进入阳极室后，更容易在阳极失电子被氧化成硫酸根离子，在补充电子的同时还能补充硫酸根离子参与后续的反应，防止硫酸根离子消耗后，电解水发生极化反应，产生氯气，造成阳极室的氧化还原电位大幅增加，影响离子交换膜的使用寿命。并且采用亚硫酸钠作为还原液，可以避免其他离子的引入，长时间使用后在离子交换膜的表面结垢，降低电渗析的效率，影响离子交换膜的使用寿命。
本发明的第二个方面提供了一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法的应用，应用于盐浓度高的工业废水，生活废水，农业废水的水处理领域。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，通过采用亚硫酸钠作为还原液，使电渗析装置在长时间的运行过程中，阳极液的氧化还原电位都能保持在较低的电位范围内，避免离子交换膜的表面结垢，影响电渗析的效率和离子交换膜的使用寿命。
(2)本发明所述降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，通过采用100-200g/L的亚硫酸钠浓度和130-180mL/h的流速，使电渗析的过程中阳极液的氧化还原电位变化不大，浓缩室的pH保持在10以下，电渗析装置能在合适的pH环境下运行。
(3)本发明所述降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，操作简单，易实现，成本低廉，能有效解决电渗析过程中阳极液氧化性过高问题。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例1
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，包括以下步骤：
(1)分别取相同数量的阳离子膜和阴离子膜，装入膜堆，接好管路及电源；
(2)配置溶液：配置固定浓度的盐溶液，补充盐溶液，极液，还原液；
(3)取盐溶液放入脱盐室和浓缩室，极液放入阳极室和阴极室，还原液放入还原液容器；
(4)设置电流密度打开电源开始运行，在运行过程中以固定流速补充还原液至阳极室中，持续检测阳极室阳极液的氧化还原电位。
所述阳离子膜和阴离子膜购自杭州蓝然技术股份有限公司。
所述盐溶液和补充盐溶液均为氯化钠溶液，盐溶液的质量浓度为100g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为140g/L。
所述极液为硫酸钠溶液，极液的质量浓度为30g/L。
所述还原液为亚硫酸钠溶液，还原液的质量浓度为100g/L。
所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为4：1，所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：1。
步骤4中所述电流密度为300A/m2，还原液的流速为150mL/h。
实施例2
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，包括以下步骤：
(1)分别取相同数量的阳离子膜和阴离子膜，装入膜堆，接好管路及电源；
(2)配置溶液：配置固定浓度的盐溶液，补充盐溶液，极液，还原液；
(3)取盐溶液放入脱盐室和浓缩室，极液放入阳极室和阴极室，还原液放入还原液容器；
(4)设置电流密度打开电源开始运行，在运行过程中以固定流速补充还原液至阳极室中，持续检测阳极室阳极液的氧化还原电位。
所述阳离子膜和阴离子膜购自山东天维膜技术有限公司。
所述盐溶液和补充盐溶液均为氯化钠溶液，盐溶液的质量浓度为100g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为140g/L。
所述极液为硫酸钠溶液，极液的质量浓度为30g/L。
所述还原液为亚硫酸钠溶液，还原液的质量浓度为200g/L。
所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为4：1，所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：1。
步骤4中所述电流密度为300A/m2，还原液的流速为50mL/h。
实施例3
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，包括以下步骤：
(1)分别取相同数量的阳离子膜和阴离子膜，装入膜堆，接好管路及电源；
(2)配置溶液：配置固定浓度的盐溶液，补充盐溶液，极液，还原液；
(3)取盐溶液放入脱盐室和浓缩室，极液放入阳极室和阴极室，还原液放入还原液容器；
(4)设置电流密度打开电源开始运行，在运行过程中以固定流速补充还原液至阳极室中，持续检测阳极室阳极液的氧化还原电位。
所述阳离子膜和阴离子膜购自日本旭硝子玻璃股份有限公司。
所述盐溶液和补充盐溶液均为氯化钠溶液，盐溶液的质量浓度为60g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为140g/L。
所述极液为硫酸钠溶液，极液的质量浓度为30g/L。
所述还原液为硼氢化钠溶液，还原液的质量浓度为100g/L。
所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为4：1，所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：1。
步骤4中所述电流密度为400A/m2，还原液的流速为100mL/h。
实施例4
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，包括以下步骤：
(1)分别取相同数量的阳离子膜和阴离子膜，装入膜堆，接好管路及电源；
(2)配置溶液：配置固定浓度的盐溶液，补充盐溶液，极液，还原液；
(3)取盐溶液放入脱盐室和浓缩室，极液放入阳极室和阴极室，还原液放入还原液容器；
(4)设置电流密度打开电源开始运行，在运行过程中以固定流速补充还原液至阳极室中，持续检测阳极室阳极液的氧化还原电位。
所述阳离子膜和阴离子膜购自山东天维膜技术有限公司。
所述盐溶液和补充盐溶液均为氯化钠溶液，盐溶液的质量浓度为60g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为120g/L。
所述极液为硫酸钠溶液，极液的质量浓度为30g/L。
所述还原液为草酸溶液，还原液的质量浓度为100g/L。
所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为4：1，所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：1。
步骤4中所述电流密度为400A/m2，还原液的流速为120mL/h。
实施例5
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，包括以下步骤：
(1)分别取相同数量的阳离子膜和阴离子膜，装入膜堆，接好管路及电源；
(2)配置溶液：配置固定浓度的盐溶液，补充盐溶液，极液，还原液；
(3)取盐溶液放入脱盐室和浓缩室，极液放入阳极室和阴极室，还原液放入还原液容器；
(4)设置电流密度打开电源开始运行，在运行过程中以固定流速补充还原液至阳极室中，持续检测阳极室阳极液的氧化还原电位。
所述阳离子膜和阴离子膜购自日本旭硝子玻璃股份有限公司。
所述盐溶液和补充盐溶液均为食品厂提供的榨菜废水，盐溶液的质量浓度为100g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为140g/L。
所述极液为硫酸钠溶液，极液的质量浓度为30g/L。
所述还原液为硫酸钠溶液，还原液的质量浓度为100g/L。
所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为4：1，所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：1。
步骤4中所述电流密度为300A/m2，还原液的流速为150mL/h。
实施例6
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，包括以下步骤：
(1)分别取相同数量的阳离子膜和阴离子膜，装入膜堆，接好管路及电源；
(2)配置溶液：配置固定浓度的盐溶液，补充盐溶液，极液，还原液；
(3)取盐溶液放入脱盐室和浓缩室，极液放入阳极室和阴极室，还原液放入还原液容器；
(4)设置电流密度打开电源开始运行，在运行过程中以固定流速补充还原液至阳极室中，持续检测阳极室阳极液的氧化还原电位。
所述阳离子膜和阴离子膜购自杭州蓝然技术股份有限公司。
所述盐溶液和补充盐溶液均为酱油厂提供的酱油原液，盐溶液的质量浓度为100g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为140g/L。
所述极液为硫酸钠溶液，极液的质量浓度为30g/L。
所述还原液为亚硫酸钠溶液，还原液的质量浓度为100g/L。
所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为4：1，所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：1。
步骤4中所述电流密度为300A/m2，还原液的流速为150mL/h。
对比例1
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于硫酸钠的质量浓度为50g/L，不使用还原液。
对比例2
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于极液为亚硫酸钠溶液，极液的质量浓度为100g/L，不使用还原液。
对比例3
一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于不加入还原液，频繁更换极液。
性能测试：
测试并记录实施例1-6运行1天，2天，3天，4天，5天，6天，7天的阳极液氧化还原电位的数值，结果见于表1。
测试并记录对比例1-3运行0h，2h，4h，8h，24h的阳极液氧化还原电位的数值，结果见于表2。
表1
表2
对比例1运行过程中，阳极液氧化还原电位在一天内快速升高至1000mv以上，影响离子交换膜的使用寿命；对比例2在运行一天后阳极液氧化还原电位为负值，但是浓缩室的pH达到12明显升高，，pH过高会严重影响离子交换膜的使用寿命；对比例3在运行过程中，阳极液的氧化还原电位升高过快，频繁更换电极液也不能达到较好的效果，并且还增加了硫酸钠的使用量。
Claims (4)
1.一种降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）分别取相同数量的阳离子膜和阴离子膜，装入膜堆，接好管路及电源；
（2）配置溶液：配置固定浓度的盐溶液，补充盐溶液，极液，还原液；
（3）取步骤（2）中的盐溶液放入脱盐室和浓缩室，极液放入阳极室和阴极室，还原液放入还原液容器；
（4）设置电流密度打开电源开始运行，在运行过程中以固定流速补充还原液至阳极室中，持续检测阳极室阳极液的氧化还原电位；
所述步骤（4）中所述电流密度为280-330A/m2；
所述还原液为亚硫酸钠溶液，所述还原液的质量浓度为100-200g/L；步骤（4）中所述还原液的流速为100-150mL/h；
所述极液的质量浓度为25-35g/L；
所述阳极室和阴极室中极液的体积比为1：（1-2）。
2.根据权利要求1所述降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，其特征在于，所述盐溶液的质量浓度为50-100g/L，所述补充盐溶液的质量浓度为120-150g/L。
3.根据权利要求1所述降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法，其特征在于，所述脱盐室与浓缩室的盐溶液的体积比为（2-5）：1。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述降低电渗析阳极液氧化还原电位的方法的应用，其特征在于，应用于盐溶液质量浓度不低于1%的工业废水，生活用水，农业用水的水处理领域。
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