電滲析(eletrodialysis,簡稱ED)技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種,它將陰、陽離子交換膜交替排列于正負(fù)電極之間,并用特制的隔板將其隔開,組成除鹽(淡化)和濃縮兩個系統(tǒng),在直流電場作用下,以電位差為動力,利用離子交換膜的選擇透過性,把電解質(zhì)從溶液中分離出來,從而實現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。
隨著科學(xué)發(fā)展觀的不斷深入,我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性需求,節(jié)能減排,清潔工業(yè)的發(fā)展等等因素,膜分離技術(shù)正在滲透到所有工業(yè)和研究領(lǐng)域,應(yīng)用的領(lǐng)域和規(guī)模發(fā)展也不斷加快。尤其是在食品行業(yè)、生物制品、醫(yī)藥、化工分離等領(lǐng)域中,也取得了巨大的進(jìn)展。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,制膜技術(shù)的不斷改進(jìn)、制膜成本的不斷降低,新型電滲析設(shè)備的制造水平會大大提高,設(shè)備的制造成本會大大地降低,同時會滿足現(xiàn)代化工業(yè)越來越高的分離要求,電滲析技術(shù)將會得到快速發(fā)展。
電滲析水處理設(shè)備是在直流電場的作用下,通過隔板的水中電介質(zhì)離子發(fā)生定向移動,由于交換膜對離子具有選擇性。電滲析器的一對電極之間,由陰膜,陽膜和隔板(甲、乙)多組交替排列,構(gòu)成濃室和淡室(即陽離子可透過陽膜,陰離子可透過陰膜).淡室水中陽離子向負(fù)極遷移透過陽膜,被濃室中的陰膜截留；水中陰離子向正極方向遷移陰膜,被濃室中的陽膜截留,這樣通過淡室的水中離子數(shù)逐漸減少,成為淡水,而濃室的水中,由于濃室的陰陽離子不斷涌進(jìn),電介質(zhì)離子濃度不斷升高,而成為濃水,從而達(dá)到淡化,提純,濃縮或精制的目的。
由于造紙污水由三種污水組成：黑液、打漿機(jī)污水和造紙機(jī)污水，因此它的回收利用主要是針對這三種污水展開。
1、黑液的回收利用
對造紙黑液的處理是造紙業(yè)廢水處理的關(guān)鍵，目前，常用的造紙黑液處理技術(shù)有堿回收法、絮凝沉淀法、膜分離法、酸析法、好氧活性污泥法及生物技術(shù)法等。其中堿回收法是目前技術(shù)*成熟、工業(yè)中應(yīng)用*廣泛的造紙黑液處理方法。
堿回收技術(shù)是造紙黑液處理較為成熟的技術(shù)，在各地取得了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)不同的工作原理，又可分為燃燒法、電滲析法及黑液氣化法等。
燃燒法堿回收技術(shù)的完整流程分為提取、蒸發(fā)、燃燒、苛化-石灰回收四道工序?；驹硎菍⒑谝簼饪s后在燃燒爐中進(jìn)行燃燒將有機(jī)鈉鹽轉(zhuǎn)化為無機(jī)鈉鹽，然后加入石灰將其苛化為氫氧化鈉，以達(dá)到回收堿和熱能的目的。
黑液與漿料分離后，提取出來的木（草）漿稀黑液濃度較低，須將其通過蒸發(fā)系統(tǒng)去掉大部分水分，濃縮至45-80%的濃度，再將濃縮后的黑液噴入堿回收鍋爐爐膛燃燒，黑液燃燒產(chǎn)生的熱量可用于工藝或發(fā)電。黑液中的有機(jī)鈉鹽在爐內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诘奶妓徕c，同時把補(bǔ)充的芒硝還原成硫化鈉，熔融物從堿爐底部排出，溶解后形成含少量鐵離子的綠液。所得綠液與石灰進(jìn)行反應(yīng)，其中的碳酸鈉被苛化為氫氧化鈉。苛化后澄清的液體稱為白液，即可重新用于制漿蒸煮。將苛化產(chǎn)生的白泥進(jìn)行高溫煅燒，可以回收石灰用于苛化過程。
燃燒法堿回收工藝技術(shù)成熟，運行穩(wěn)定，但工程投資較大，適用于規(guī)模較大的造紙企業(yè)，當(dāng)前各國對黑液處理主要采用燃燒法回收堿的技術(shù)路線。但燃燒法堿回收容易受到黑液中硅成分的干擾：黑液中的二氧化硅與堿作用生成硅酸鈉，在燃燒過程中易形成結(jié)垢，影響了堿回收過程的順利進(jìn)行。木漿中硅含量較低，因此堿回收進(jìn)行較順利，堿回收率可達(dá)95~98%。但我國森林資源緊張，草類資源相對豐富，因此形成了以草漿造紙為主的造紙產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，草漿黑液中較高的硅含量影響了堿回收的效果。近年來，草漿黑液堿回收同步除硅技術(shù)已成功進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗，該技術(shù)的推廣必將大幅提高我國造紙黑液堿回收整體效率。我省泰格林紙集團(tuán)永州湘江紙業(yè)股份有限公司以馬尾松為原料生產(chǎn)本色硫酸鹽木漿，其造紙黑液處理即采用傳統(tǒng)的燃燒法堿回收工藝。2006年，該廠進(jìn)行擴(kuò)建并形成木漿為主輔以少量竹漿，年產(chǎn)10萬噸的紙漿生產(chǎn)規(guī)模。新的堿回收系統(tǒng)同時投產(chǎn)，設(shè)計日處理黑液4000m3，堿回收蒸發(fā)站采用8體6效全板式降膜蒸發(fā)器（I效蒸發(fā)為3體，II~VI效蒸發(fā)為單體），堿爐為日處理固形物量530－630噸的次高壓低臭式堿爐，苛化工段采用壓力過濾器工藝；產(chǎn)生的白泥采用拋棄填埋處理，未進(jìn)行綜合利用處理。配套熱電車間選用90T/H循環(huán)硫化床鍋爐，配備2.5/3.0MW汽輪發(fā)電機(jī)組?？傮w上實現(xiàn)了黑液處理排放合格，為造紙行業(yè)污染治理提供了成功的范例。
電滲析法
電滲析法工藝一般采用循環(huán)式流程，黑液通過陽極室循環(huán)，稀堿液通過陰極室循環(huán)。在直流電場作用下，Na+通過陽膜進(jìn)入陰極室，與電解產(chǎn)生的OH–結(jié)合生成NaOH而得以回收堿；陽極室黑液由于電解產(chǎn)生H+而不斷被酸化，到一定程度時，將大部分木質(zhì)素沉淀析出。電滲析法堿回收具有工藝過程簡單，操作方便、設(shè)備投資少，易于自動化等特點。為了進(jìn)一步提高堿回收率并降低耗電量，尚需對電極和膜片進(jìn)行改進(jìn)。
黑液氣化法
黑液堿回收除了常采用上述兩種方法外，在國外還普遍使用的一種方法是黑液氣化法。其原理是將黑液在高溫快速反應(yīng)器中氣化，使其中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為清潔的可供燃?xì)廨啓C(jī)使用的燃料氣體。黑液氣化法比傳統(tǒng)的燃燒回收更有效，且環(huán)境友好性強(qiáng)，是制漿造紙工業(yè)能源生產(chǎn)與回收的一種有前景的技術(shù)。
對比以上三種工藝，總體上講，燃燒法堿回收能夠比較充分、全面地回收利用資源，對于規(guī)模在年產(chǎn)量在1.7萬噸以上的造紙企業(yè)，該技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上可收回成本或有一定收益。但我國由于木材短缺，采用非木纖維原料生產(chǎn)的紙漿占紙漿總量的70%以上，這樣的原料結(jié)構(gòu)限制了工廠的生產(chǎn)規(guī)模，80%以上是年產(chǎn)2萬噸以下的中小型造紙廠，這些企業(yè)基本上不具備堿回收系統(tǒng)。
2、打漿機(jī)污水回收利用
紙漿經(jīng)過打漿機(jī)排出的污水，其所含成分與黑液相同，只不過濃度較低。由于所含的有機(jī)物質(zhì)（纖維和堿等）數(shù)量少，回收較困難，但污水 中的總固體、懸浮物和BOD5仍然很高，直接排放對水體污染仍很嚴(yán)重，因此需要進(jìn)行處理。主要處理方法包括混凝沉淀法、氣浮法、活性污泥法、穩(wěn)定塘法、生物濾池法及A/O法等。
3、造紙機(jī)污水回收利用
從造紙機(jī)上排出的污水中含有大量纖維，如不回收利用，將造成很大浪費，因此，對造紙機(jī)器污水須加以充分的回收和重復(fù)利用。這些水部分可以用來稀釋紙漿（如案錕排出的白水），部分送至打漿工程使用（吸水箱和伏錕所壓出的污水），打漿工程用不了的污水，應(yīng)送到回收裝置進(jìn)行飼料回收