氯堿工業中高純水制備探討

史正學

（山東鋁業職業學院 冶金化工系，山東 淄博 255065）

1 高純水在氯堿工業中的應用

采用離子膜法制取燒堿過程中高純水的使用：向陰極液添加高純水與燒堿溶液混合，使其質量分數維持在28%～30%；高純鹽酸生產用水；離子交換樹脂再生時需用高純水置換酸和堿；整流器冷卻用水；化驗室、電槽組裝及其他用水；泵密封用水。離子膜法制取燒堿所需高純水的主要指標如表1所示。

表1 高純水的主要指標

2 高純水的制取方法

2.1 高純水制取方法一

高純水制取方法一的工藝流程如圖1所示。

原水也被稱為一次水，含多種雜質成分，如表2所示，其制取高純水的工藝流程如圖1所示。由圖1可知，原水通過深井泵打入原水池，在絮凝劑的作用下通過多介質過濾器（由上而下）除去原水中的懸浮物、有機物及游離氯等，然后進入活性炭過濾器，繼續去除水中剩余的有機物、細菌及游離氯等，合格的過濾水經過保安過濾器與阻垢劑混合后，通過高壓泵送入反滲透膜過濾器，去除水中大部分雜質離子，濃水排放，淡水經脫氣塔除去水中溶解的CO2后進入中間水箱，經中間水泵送至陰陽混合離子交換器（簡稱混床），水由上而下，根據離子交換原理進一步去除水中剩余的陰、陽離子，合格的純水進入高純水儲罐，通過高純水泵送至各用戶。

表2 一次水成分

圖1 高純水制備方法一的工藝流程

2.2 高純水制取方法二

高純水制取方法二的工藝流程如圖2所示。

圖2 高純水制備方法二的工藝流程

方法二取消了方法一中的活性炭過濾器，增加了陰、陽樹脂交換器。

陽離子樹脂交換過程：

水通過陽離子樹脂床層時，水中的陽離子雜質被樹脂吸附，本質是雜質陽離子與樹脂上的可交換離子（H+）進行交換達到去除的目的。交換下來的H+進入水中，使水的pH有所降低。

陰離子樹脂交換過程：

交換的結果是去除了水中的陰離子雜質，水的pH接近中性。隨著交換過程的進行，樹脂的交換能力逐漸下降。當接近樹脂的交換容量時，需對樹脂進行再生。陽樹脂用3%～5%的鹽酸進行再生，陰樹脂用2%～4%的堿液進行再生。再生的原理也是利用離子交換。

混床離子交換過程：

混床的作用是將陰、陽離子交換樹脂混合均勻后裝入交換器，除去水中剩余的陰、陽雜質離子，同時生成水，混床出口水的pH幾乎不變。混床的再生比單床復雜，首先將混合的陰、陽離子樹脂分開，陰離子樹脂輕，在上層；陽離子樹脂重，在下層。有時為了利于分層，可加入少量堿液，然后分別向陰、陽樹脂層中通入堿液和酸液進行再生，最后將再生好的樹脂混勻即可重復使用。

方法二中增加的陰、陽離子樹脂單床交換器，在使用初期，陽離子樹脂與水界面處的pH較低，酸性較強，有利于水中弱堿性電解質離子化，進而被去除；陰離子樹脂顆粒與水的界面處呈現出較強的堿性，有利于水中弱酸性電解質離子化，進而被去除，降低了混床負荷，減少了混床再生次數，降低了污水的排放量，同時提高了高純水的質量。

上述兩種方法都能滿足離子膜法制取燒堿中對高純水的要求，缺點在于產生的酸、堿廢液多，由于其中的雜質離子多，不能循環使用。

2.3 高純水生產方法三

高純水生產方法三的工藝流程如圖3所示[1-4]。

圖3 高純水制備方法三工藝流程

方法三將電去離子（Electrodeionization，EDI）技術與膜分離技術相結合，取代了陰、陽離子交換樹脂制取高純水的過程。通過這種技術制得的純水品質高，長期看來能耗少且無酸、堿污水產生。EDI系統中使用的陰、陽離子樹脂再生時，利用了水電離產生的H+、OH-在電場作用下進行再生。

EDI技術在廢水治理、水的凈化、超純水的制備方面亦有應用，在離子膜制取燒堿工藝中應用較少。近30年，EDI技術發展較快，從最初的薄室混床、厚室混床發展到分層床和分床等，床型結構不斷完善。

EDI技術與膜分離技術相結合去除水中雜質離子的過程主要涉及離子交換、傳質及電場作用下水的電離。雙極膜分床去除雜質離子的原理如圖4所示。

圖4 雙極膜分床去除雜質離子

原水自上而下進入陽離子交換樹脂床層，水中的雜質陽離子M+被樹脂交換吸附，同時在電場的作用下通過陽離子交換膜進入濃水室，樹脂上的H+被交換下來進入水中，使水的pH降低。隨著通電過程的進行，水中的雜質陽離子越來越少，在恒定的電流負荷下，水在電場的作用下在雙極膜內電離出H+及OH-，其中，H+通過陽離子交換膜進入陽離子交換樹脂床層，OH-通過陰離子交換膜進入陰離子交換樹脂床層，起到負載電流的作用，同時也是陰、陽樹脂床層顆粒在電場作用下的再生過程。原水經過陽樹脂床層后，進入陰離子樹脂床層，通過離子交換及電場作用，水中的陰離子X-進入濃水室，其再生過程與陽離子樹脂再生過程類似。離開陰離子樹脂床層的水是合格水。

3 EDI技術的發展前景

EDI技術在凈化水的應用中有一些限制條件，比如水的硬度、pH、游離氯的含量等，但環保無污染，無論是工藝還是結構設計，都在不斷地完善，大有取代膜法凈化水的趨勢。