低价态膜电解钠碱再生循环烟气脱硫法：经济高效的脱硫新选择

低价态膜电解钠碱再生循环烟气脱硫法：经济高效的脱硫新选择

【摘要】：二氧化硫的大规模排放造成严重的大气污染并带来巨大的经济损失，目前常用的脱硫技术存在投资和运行费用高的问题，严重制约了脱硫措施的实施。本文在对膜电解和钠碱脱硫进行深入研究的基础上，提出了一种低价膜电解钠碱再生循环烟气脱硫方法。采用不同的电解单元，以亚硫酸钠和亚硫酸氢钠溶液作为模拟吸收富液，对膜电解再生部分进行研究。结果表明：在双室单阴极膜电解单元中：电流密度越大、阴极液入口pH值越低、阳极液浓度越大、流速越快，吸收液再生和硫回收效果越好。理论模型是单阴极膜电解过程中硫的理论电解效率与阴极进出液酸度的关系。实验证明该模型与实际情况完全相符，计算结果还表明膜电解一次性再生脱硫的电解效率不会超过50%，且在一定的pH范围内模型稳定性良好。在三室阴-阳膜电解装置中：随着电解质溶液浓度、电流密度以及阳极液硫酸浓度的增加，系统电流效率呈逐渐降低的趋势，随着电解质溶液pH值以及阳离子和阳极液流速的不断提高，系统电流效率呈逐渐升高的趋势。理论推导模型表明，当pH值控制在5.0～5.5范围内时，在钠离子和总硫同时迁移的共同作用下，中间室溶液氢离子浓度几乎不变，pH值较低时，膜电解过程中溶液pH值持续升高； pH值较高时，膜电解过程中溶液的pH值不断降低。

在三室双阳膜电解装置中：电解质溶液浓度、pH值对系统电流效率影响不明显，随着电流密度的增加，中间室电流效率逐渐降低。随着阳极液中硫酸浓度的升高，系统电流效率逐渐升高，但整体升高幅度不大。理论推导模型可知，当中间室进液pH值在5.0左右时，出液pH值最低，当出液pH上限接近6、下限接近3时，溶液pH变化趋于减缓。要达到解吸所需的pH值，还需进一步增大膜面积。阴极室中钠离子迁移率增大，出口液pH升高，再生程度增加，且出现突变，说明要达到较高的出口液pH，必须增加膜电解的膜面积，或提高膜电压，以提高钠离子迁移率，并尽量控制在pH值突变范围附近进行再生。通过上述关系，可以通过计算钠离子的迁移量来设计膜电极装置的膜面积，并可以优化膜电解装置的运行条件和设备尺寸。本研究提出了钠碱脱硫废水膜电解的工艺流程，并对双室单阴极膜单元、三室阳阴极膜单元、三室双阴极膜单元膜电解过程中电解质组分及浓度、电流密度、阳极液硫酸浓度、阴离子及阳极液流速等对电解效果的影响进行了实验研究和理论推导。与理论模型进行了验证，为膜电解组合设计提供了理论依据；通过计算膜电解装置的膜面积，优化膜电解装置的操作条件及设备，为膜电解组合设计提供参考条件。