本發(fā)明涉及一種緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，屬于廢水處理。

背景技術(shù)：

1、電滲析（ed）是一種通過電驅(qū)動離子定向遷移而選擇性透過離子交換膜來實現(xiàn)鹽分離的脫鹽技術(shù)。因其優(yōu)異的分離性能和低能耗，ed在海水淡化、鹽湖提鋰和高鹽水濃縮減量化等方面都得到了廣泛應(yīng)用。然而，ed的易結(jié)垢屬性是阻礙其工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。由于高鹽水水質(zhì)的復(fù)雜性，水中的鈣、鎂等無機(jī)離子會在膜面以caso4和mg(oh)2等形式沉淀，從而造成膜面結(jié)垢現(xiàn)象。這種膜面結(jié)垢現(xiàn)象不僅會導(dǎo)致膜電位差增大和膜堆阻抗增加，而且會導(dǎo)致膜的離子交換能力降低，使得ed的比能耗增加和脫鹽效率降低，從而限制其工業(yè)化應(yīng)用。

2、目前，防止ed膜面結(jié)垢的方法主要有化學(xué)清洗、膜面改性、脈沖電滲析和倒極電滲析?；瘜W(xué)清洗是通過1wt%~10wt%濃度的鹽酸對膜面進(jìn)行清洗，實現(xiàn)膜面礦物垢的溶解去除。雖然化學(xué)清洗能夠有效清除膜面結(jié)垢，但經(jīng)常清洗不僅會增加設(shè)備的運(yùn)維成本，而且還會縮短膜的使用壽命，甚至帶來嚴(yán)重的二次污染問題?；瘜W(xué)清洗膜面改性是通過膜面的親疏水性、粗糙度和電荷密度等精準(zhǔn)調(diào)控，以期減少其表面的晶體生長。例如，有研究表明在離子交換膜表面涂上一層均勻的nafion聚合物，能夠顯著改善膜面結(jié)垢的問題。雖然大量研究證明膜面改性能夠有效緩解膜面結(jié)垢，但還未出現(xiàn)工業(yè)化的膜面改性技術(shù)來解決ed中膜面結(jié)垢問題。脈沖電滲析和倒極電滲析是目前最成熟的抑制膜面結(jié)垢策略。二者都是通過降低膜面離子濃差極化，避免膜面的鈣、鎂等無機(jī)離子濃度過飽和，從而顯著緩解膜面結(jié)垢的問題。其中，脈沖電滲析是通過方波電位的周期性變化來降低膜面離子濃差極化（cn2407824y）；倒極電滲析則是通過倒轉(zhuǎn)電極的周期性變化來降低膜面離子濃差極化（cn212315664u；cn212315716u）。這兩種運(yùn)行方式都能夠緩解膜面結(jié)垢問題，維持離子交換膜的膜通量。然而，這種電位控制的方式對電極材料的穩(wěn)定性帶來了巨大考驗，可能會帶來電滲析設(shè)備折舊年限大幅變短的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明目的旨在提供一種能夠有效緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，該方法能夠有效解決高鹽水減量化過程中電滲析裝置離子交換膜膜面結(jié)垢的問題。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，包括如下步驟：

3、（1）往高鹽廢水中加入聚電解質(zhì)，得到混合液；

4、（2）將混合液泵入電滲析膜堆淡水室中，工業(yè)自來水泵入電滲析膜堆濃水室中；

5、（3）在電滲析膜堆陰極和陽極之間施加電壓，進(jìn)行高鹽水的濃縮減量。

6、本發(fā)明通過向電滲析膜堆淡室中投加聚電解質(zhì)，這些聚電解質(zhì)能夠吸附附著在膜表面上的caso4和mg(oh)2等晶核表面的活性位點，擾亂離子在晶核表面的排列和整合過程，從而有效抑制膜面晶核的生長，進(jìn)而提高電滲析裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性。

7、其中，步驟（1）中，所述聚電解質(zhì)由丙烯酸、乙酸乙烯酯、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸鈉聚合而成。

8、其中，所述聚電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)如下式所示：

9、。

10、其中，所述聚電解質(zhì)采用如下方法制備而成，具體步驟如下：

11、（1.1）往蒸餾水中加入丙烯酸和甲基丙烯磺酸鈉，溶解后往溶液中逐步加入飽和的naoh溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)液ph至6~7，此時將溫度升至55℃，往反應(yīng)液中加入引發(fā)劑，在該溫度下反應(yīng)；反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)無水乙醇提純后，干燥后得到固體產(chǎn)物；

12、（1.2）將步驟（1.1）的固體產(chǎn)物加入去離子水中，升溫至50~100℃，在攪拌下往上述溶液中滴加丙烯酰胺、乙酸乙烯酯和引發(fā)劑，滴加完后保溫1~6h；反應(yīng)后將反應(yīng)液溫度降至40℃以下，初步得到聚電解質(zhì)水溶液。

13、（1.3）最后應(yīng)用時，直接將冷卻后的聚電解質(zhì)水溶液加入到高鹽廢水中。

14、其中，步驟（1.1）中，所述引發(fā)劑為(nh4)2s2o8/nahso3引發(fā)劑；步驟（1.2）中，所述引發(fā)劑為過硫酸銨。

15、其中，所述丙烯酸、乙酸乙烯酯、甲基丙烯磺酸鈉和丙烯酰胺的摩爾比為4.5:0.2:4.5:1~1:0.1:1:1。

16、其中，步驟（1）中，聚電解質(zhì)的投加量為5~10mg/l高鹽廢水。

17、其中，步驟（2）中，混合液在電滲析膜堆中的膜面流速為0.015~0.05m/s。

18、其中，步驟（2）中，工業(yè)自來水在電滲析膜堆中的膜面流速為0.015~0.05m/s。

19、膜面流速過小，不利于減小擴(kuò)散邊界層厚度，導(dǎo)致增加鹽的輸送阻力，加快膜面結(jié)垢速率；膜面流速過大，可能導(dǎo)致水分子進(jìn)入濃水室，影響最終的濃縮效果。

20、其中，步驟（3）中，電滲析膜堆陰極和陽極之間施加的電壓為5~15v。

21、機(jī)理為：聚電解質(zhì)能夠吸附附著在膜表面上的caso4和mg(oh)2等晶核表面的活性位點，擾亂鈣、鎂離子在晶核表面的排列和整合過程，從而有效抑制膜面晶核的生長，達(dá)到阻垢的效果。

22、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的優(yōu)點：本發(fā)明通過向電滲析膜堆淡室中投加微量（<10mg/l）的聚電解質(zhì)，能夠有效阻止電滲析裝置中離子交換膜膜面的結(jié)垢，實現(xiàn)鈣、鎂離子40%~60%的阻垢率，同時在處理相同體量廢水下，電滲析裝置能夠降低15%左右的運(yùn)行能耗，節(jié)約20%左右的運(yùn)行成本。

技術(shù)特征：

1.一種緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：步驟（1）中，所述聚電解質(zhì)由丙烯酸、乙酸乙烯酯、丙烯酰胺和甲基丙烯磺酸鈉聚合而成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：所述聚電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)如下式所示：??。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：所述聚電解質(zhì)采用如下方法制備而成，具體步驟如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：步驟（1.1）中，所述引發(fā)劑為(nh4)2s2o8/nahso3引發(fā)劑；步驟（1.2）中，所述引發(fā)劑為過硫酸銨。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：所述丙烯酸、乙酸乙烯酯、甲基丙烯磺酸鈉和丙烯酰胺的加入摩爾比為4.5:0.2:4.5:1~1:0.1:1:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：步驟（1）中，聚電解質(zhì)的投加量為5~10mg/l高鹽廢水。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：步驟（2）中，混合液在電滲析膜堆中的膜面流速為0.015~0.05m/s。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：步驟（2）中，工業(yè)自來水在電滲析膜堆中的膜面流速為0.015~0.05m/s。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩解ed中膜面結(jié)垢的方法，其特征在于：步驟（3）中，電滲析膜堆陰極和陽極之間施加的電壓為5~15v。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種緩解ED中膜面結(jié)垢的方法，所述方法包括如下步驟：（1）往高鹽廢水中加入聚電解質(zhì)，得到混合液；（2）將混合液泵入電滲析膜堆淡水室中，工業(yè)自來水泵入電滲析膜堆濃水室中；（3）在電滲析膜堆陰極和陽極之間施加電壓，進(jìn)行高鹽水的濃縮減量。本發(fā)明通過向電滲析膜堆淡室中投加微量（<10mg/L）的聚電解質(zhì)，能夠有效阻止電滲析裝置中離子交換膜膜面的結(jié)垢，實現(xiàn)鈣、鎂離子40%~60%的阻垢率，同時在處理相同體量廢水下，電滲析裝置能夠降低15%左右的運(yùn)行能耗，節(jié)約20%左右的運(yùn)行成本。

技術(shù)研發(fā)人員：張徐祥,張弛,趙偉,黃開龍,劉宏林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14