CN115246692A - 己二酸生产工艺废水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及己二酸生产工艺废水的处理方法,主要解决用双极性膜电渗析法处理己二酸生产工艺废水能耗高,电极膜性能不稳定和使用寿命短的技术问题,通过采用己二酸生产工艺废水的处理方法,包括以下几个步骤:第一步,向己二酸生产废水中加入碱,调节pH值为碱性,得到液体A;第二步,加热处理上述液体A,冷却,得到冷却液B;第三步,将上述冷却液B过滤得到滤液C;第四步,将上述滤液C通过双极性膜电渗析设备处理,得到酸液D和碱液E以及淡水F的技术方案,较好地解决了该技术问题,可用于己二酸生产工艺废水的处理中。
Description
技术领域
本发明涉及己二酸生产工艺废水的处理方法,属于化工领域。
背景技术
己二酸(Adipic acid)是一种重要的基本有机化工原料,其最大的用途是生产尼龙66盐,还可用于生产聚氨酯、增塑剂、聚酰胺以及合成革、润滑剂等。工业上环己烷催化氧化得到己二酸反应液,需要经过多次分离才能得到己二酸产品,在生产过程会产生大量的工艺废水,这些废水产量很大,化学耗氧量(COD)值很高(9000~20000mg/L),无法直接排放,通常,这些废水会被浓缩后再处理,例如萃取浓缩、蒸发结晶等、减压精馏,焚烧处理等。这样不仅消耗了大量的能源用于浓缩,也浪费了废水中的有机物分子。
为了实现节能减排,清洁生产,有报道(巴陵石化公司采用国内首创新技术处理环己酮沸水[J].石油炼制与化工,2011,42(2))巴陵石化公司采用环己烷多次萃取废水中的有机物,以降低废水中的COD值从9400mg/L降到1050mg/L,该工艺虽然回收了废水中的环己酮和环己醇,但萃取相和萃余相未进一步分离处理,废水也并未达到直接排放标准。
重庆大学的谭钦文,尹光志,李斗,等.环己酮生产废水处理工程技术改造[J].水处理技术,2008,34(6):82-83,86,采用絮凝-铁碳微电解-pH调节预处理提高废水的可生化性,然后采用厌氧反应器UBF处理废水再经过生物接触氧化活性污泥SBR系统处理,COD值降到400mg/L排放。该工艺尽管最终得到了可排放的净化废水,但废水中的有机物大部分变成了二氧化碳,不仅浪费了有机分子,也产生了大量的温室气体。
发明内容
本发明所要解决的是用双极性膜电渗析法处理己二酸生产工艺废水能耗高,电极膜性能不稳定和使用寿命短的技术问题,提供一种新的己二酸生产工艺废水的处理方法,该方法具有能耗低,电极膜性能稳定和使用寿命长的特点。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
己二酸生产工艺废水的处理方法,包括以下几个步骤:
第一步,向己二酸生产废水中加入碱,调节pH值为碱性,得到液体A;
第二步,加热处理上述液体A,冷却,得到冷却液B;
第三步,将上述冷却液B过滤得到滤液C;
第四步,将上述滤液C通过双极性膜电渗析设备处理,得到酸液D和碱液E以及淡水F。
通过第一~三步的处理,可以降低双极性膜电渗析设备的升温趋势,延长电极膜的使用寿命,降低了能耗。而且碱液E可以通过返回第一步继续使用,节约了碱的物耗。
上述技术方案中,第一步中所述的碱优选包括选自由NaOH、KOH和氨所组成的物质组中的至少一种。
上述技术方案中,液体A的pH优选为8~10,例如但不限于pH为8.1、8.1、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5等等。
上述技术方案中,第一步中己二酸生产废水优选包括:
醋酸质量含量,0.1~5%,例如但不限于0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、等等;
己二酸质量含量,0.1~3%,例如但不限于0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%等等;
COD值5000~50000mg/L,例如但不限于5500mg/L、6000mg/L、6500mg/L、7000mg/L、7500mg/L、8000mg/L、8500mg/L、9000mg/L、9500mg/L、10000mg/L、15000mg/L、20000mg/L、25000mg/L、30000mg/L、35000mg/L、40000mg/L、45000mg/L等等。
上述技术方案中,第一步中己二酸生产废水进一步优选包括:金属离子总量,5~100mg/L,例如但不限于10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L、35mg/L、40mg/L、45mg/L、50mg/L、55mg/L、60mg/L、65mg/L、70mg/L、75mg/L、80mg/L、85mg/L、90mg/L、95mg/L等等。
上述技术方案中,所述金属离子优选包括锰离子和/或铜离子。
上述技术方案中,第二步加热处理温度优选为50~90℃。例如但不限于55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃等等。
上述技术方案中,优选第二步加热处理时间至少30min。随着加热处理时间的延长,时间延长得到的收益具有逐渐降低的趋势,直至不再有明显变化。综合考虑,可以将加热处理时间设定在90min以内。例如但不限于35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min等等。
上述技术方案中,优选冷却液温度为10~30℃。例如但不限于11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、25℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃等等。
上述技术方案中,优选第三步中过滤尺寸为5~40μm。例如但不限于10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm等等。
上述技术方案中,优选第四步双极性膜电渗析设备为三隔室双极膜电渗析膜堆。
上述技术方案中,优选双极性膜电渗析设备的工作温度与进料温度相同。
滤液C通入由阴离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,醋酸和己二酸在阳离子交换膜与双极性膜组成的隔室中生成并排出酸液D,碱液在阴离子交换膜与双极性膜组成的隔室中生成并排出碱液E。
上述技术方案中,优选第四步滤液C在双极性膜电渗析设备中的停留时间为0.5~2h。例如但不限于0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h等等。
上述技术方案中,优选第四步膜电极电流密度为20~200A/m2。例如但不限于30A/m2、40A/m2、50A/m2、60A/m2、70A/m2、80A/m2、90A/m2、100A/m2、110A/m2、120A/m2、130A/m2、140A/m2、150A/m2、160A/m2、170A/m2、180A/m2、190A/m2等等。
上述技术方案中,优选第四步控制双极性膜电渗析设备的温升小于5℃。
采用本发明方法后,降低了双极性膜电渗析设备的升温趋势,延长电极膜的使用寿命,降低了能耗。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
【实施例1】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719mg/L,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、上述液体A加热至75℃,充分反应60min后冷却至25℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量1.93mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理300h后电渗析设备温升为3.6℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数23.1%,己二酸18.3%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中NaOH质量分数4.7%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数312mg/L,己二酸247mg/L,金属离子总量1.92mg/L,COD值694mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例2】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719mg/L,加入质量分数5.0%的KOH水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、上述液体A加热至75℃,充分反应60min后冷却至25℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量1.93mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理300h后电渗析设备温升为3.5℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数23.2%,己二酸18.4%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中KOH质量分数4.6%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数311mg/L,己二酸246mg/L,金属离子总量1.92mg/L,COD值702mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例3】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719mg/L,加入质量分数5.0%的氨水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、上述液体A加热至75℃,充分反应60min后冷却至25℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量3.35mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理300h后电渗析设备温升为3.9℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数23.0%,己二酸18.1%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中氨质量分数3.8%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数326mg/L,己二酸255mg/L,金属离子总量3.30mg/L,COD值769mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例4】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719mg/L,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为10.0,即液体A。
2、上述液体A加热至75℃,充分反应60min后冷却至25℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量1.65mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理300h后电渗析设备温升为4.1℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数22.6%,己二酸17.5%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中NaOH质量分数5.2%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数331mg/L,己二酸262mg/L,金属离子总量1.63mg/L,COD值827mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例5】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719mg/L,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为8.0,即液体A。
2、上述液体A加热至75℃,充分反应60min后冷却至25℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量3.91mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理300h后电渗析设备温升为4.4℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数23.1%,己二酸18.3%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中NaOH质量分数20.7%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数312mg/L,己二酸247mg/L,金属离子总量3.88mg/L,COD值694mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例6】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量5.00%,己二酸质量含量3.00%,总金属离子(锰、铜)含量99.93mg/L,COD值98652mg/L,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、上述液体A加热至75℃,充分反应60min后冷却至25℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量1.95mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度10℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理300h后电渗析设备温升为4.9℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数24.1%,己二酸18.7%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中NaOH质量分数5.3%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数407mg/L,己二酸336mg/L,金属离子总量1.93mg/L,COD值1099mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例7】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量0.10%,己二酸质量含量0.10%,总金属离子(锰、铜)含量5.01mg/L,COD值5043mg/L,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、上述液体A加热至75℃,充分反应60min后冷却至25℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量1.83mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间2h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流2A,即电流密度20A/m2,处理300h后电渗析设备温升为0.3℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数15.2%,己二酸10.5%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中NaOH质量分数3.6%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数209mg/L,己二酸176mg/L,金属离子总量1.82mg/L,COD值681mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例8】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量85.32mg/L,COD值54224mg/L,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、上述液体A加热至75℃,充分反应60min后冷却至25℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量1.95mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间0.5h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流20A,即电流密度200A/m2,处理300h后电渗析设备温升为4.6℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数23.0%,己二酸18.2%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中NaOH质量分数5.1%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数308mg/L,己二酸239mg/L,金属离子总量1.94mg/L,COD值945mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例9】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719mg/L,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、上述液体A加热至50℃,充分反应90min后冷却至10℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用5μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量1.33mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度10℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理300h后电渗析设备温升为0.9℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数23.4%,己二酸18.6%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中NaOH质量分数5.0%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数421mg/L,己二酸339mg/L,金属离子总量1.32mg/L,COD值1154mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【实施例10】
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719mg/L,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、上述液体A加热至90℃,充分反应30min后冷却至30℃,即冷却液B;
3、向上述冷却液B采用40μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量2.17mg/L;
4、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度30℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理300h后电渗析设备温升为4.8℃,分析阳离子交换膜与双极性膜隔室排出的酸液D组成醋酸质量分数21.3%,己二酸16.9%,可进一步用于分离回收醋酸和己二酸;分析阴离子交换膜与双极性膜隔室排出碱液E中NaOH质量分数3.9%,可以返回步骤1回用,淡水F中醋酸质量分数459mg/L,己二酸366mg/L,金属离子总量2.15mg/L,COD值1236mg/L净化效果明显。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【比较例1】
与实施例的主要区别是,比较例未经第一步~第三步,具体如下:
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719mg/L,废水温度为25℃。
2、上述废水通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中处理,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理0.9h后电渗析设备温升为15.2℃,试验终止。
分析可能是废水中的金属离子或其它杂质未处理导致膜污染。
为便于比较,将实验结果列于表1。
【比较例2】
和实施例1的主要区别是,比较例未经第二步,具体如下:
1、取己二酸生产工艺废水分析测试,其中醋酸质量含量2.03%,己二酸质量含量1.67%,总金属离子(锰、铜)含量51.21mg/L,COD值54719,加入质量分数5.0%的NaOH水溶液调节pH值为9.1,即液体A。
2、向上述液体A采用10μm滤膜过滤得到滤液C,分析金属离子总量1.92mg/L。
3、上述滤液C通过三隔室双极膜电渗析膜堆的阳离子交换膜和阳离子交换膜构成的隔室中淡化后排出淡水F,双极性膜电渗析设备操作温度25℃,在隔室内停留时间1h,隔室膜有效面积0.1m2,初始电压21V,恒定电流18A,即电流密度180A/m2,处理15h后电渗析设备温升为12.7℃,试验终止。
经过第一步和第三步处理后金属离子含量已经很低,与实施例1基本一致,说明影响本结果的关键步骤在于第二步,也就是说废水中有其它杂质导致膜污染,而这种杂质能通过第二步除掉,推测可能是某些可皂化的有机物,这一步是不容易想到的。
为便于比较,将实验结果列于表1。
本发明提出的具体的己二酸生产工艺废水的处理方法,已通过较佳实施例子进行了描述,相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和制备方法进行改动或适当变更与组合,来实现本发明技术。特别需要指出的是,所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
表1(待续)
表1(续)
Claims (10)
1.己二酸生产工艺废水的处理方法,包括以下几个步骤:
第一步,向己二酸生产废水中加入碱,调节pH值为碱性,得到液体A;
第二步,加热处理上述液体A,冷却,得到冷却液B;
第三步,将上述冷却液B过滤得到滤液C;
第四步,将上述滤液C通过双极性膜电渗析设备处理,得到酸液D和碱液E以及淡水F。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于第一步中所述的碱包括选自由NaOH、KOH和氨所组成的物质组中的至少一种。和/或液体A的pH为8~10。
3.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于第一步中己二酸生产废水包括:
醋酸质量含量,0.1~5%;己二酸质量含量,0.1~3%;金属离子总量,5~100mg/L;COD值5000~100000mg/L。和/或所述金属离子包括锰离子和/或铜离子。
4.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于第二步加热处理温度为50~90℃。
5.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于第二步加热处理时间至少30min。和/或冷却液温度为10~30℃。
6.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于第三步中过滤尺寸为5~40μm。
7.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于第四步双极性膜电渗析设备为三隔室双极膜电渗析膜堆。和/或双极性膜电渗析设备的工作温度与进料温度相同。
8.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于第四步滤液C在双极性膜电渗析设备中的停留时间为0.5~2h。
9.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于第四步膜电流密度为20~200A/m2。
10.根据权利要求1所述的处理方法其特征在于第四步控制双极性膜电渗析设备的温升小于5℃。
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