摘要
海水淡化作为一项能有效生产淡水资源的技术，在一定程度上可以缓解日益严峻的水资源短缺问题。浓海水作为海水淡化的副产物，含有大量盐类，重金属等，排入近海会导致一系列生态环境问题，同时造成资源浪费，因此需要对其进行合理利用。另一方面，近几年，“碳达峰、碳中和”逐渐成为全球议题，对CO2捕集吸收与节能减排成为缓解全球变暖等问题的有效途径，也是世界各国都应履行的义务。基于此，本工作提出了双极膜电渗析（bipolarmembraneelectrodialysis，BMED）耦合中空纤维膜（hollow fiber membrane，HFM）处理浓海水产碱固碳的工艺，能有效地对浓海水进行资源化利用，同时实现对CO2的吸收。 本文第一项工作主要包括浓海水的软化预处理，电渗析（electrodialysis，ED）浓缩浓海水以及双极膜电渗析制备酸碱三个部分。该工艺首先通过双碱化学沉淀法去除浓海水中的钙镁离子，避免在双极膜电渗析过程中产生膜结垢现象。通过探究不同NaOH、Na2CO3用量对钙镁离子去除率的影响，得出NaOH与Na2CO3用量均为理论值的110%，浓海水中钙镁离子最终浓度分别为3.05mg/L、1.86mg/L，满足双极膜电渗析的进料要求。其次，采用三级电渗析浓缩浓海水，得到NaCl浓度约为100g/L的精制浓海水。由于采用中试装置对料液用量需求较大，因此在双极膜电渗析操作中采用配制100g/L NaCl的模拟精制浓海水进行实验。通过探究不同的料室、碱室、酸室体积比，电流密度以及进料浓度对实验的影响，得到最佳条件为4∶1∶1的体积比，46mA/cm2的电流密度以及100g/LNaCl的进料浓度，最终可以得到较高的酸碱浓度，分别为2.48mol/L和2.72mol/L，能耗为3.62kW·h/kg NaOH，电流效率为63.05%。此外，对BMED工艺进行了经济评估，其总成本为9.17￥/kg NaOH，具有一定的竞争优势与发展潜力。 以第一个工作中BMED产生的NaOH为基础，第二个工作对中空纤维膜吸收CO2工艺进行研究。首先通过正交实验设计，探究不同因素对CO2脱除率的影响，得到最佳操作条件为：气体流速0.2L/min，液体流速150mL/min,液体温度20℃，NaOH浓度1.6mol/L，CO2脱除率最高可达到90.85%。 其次与第一个工作结合，将BMED产出的NaOH直接用于CO2吸收，当溶液中NaOH与Na2CO3质量比达到3.84∶1时停止反应，可直接将NaOH与Na2CO3混合液用于浓海水的软化预处理中。软化后浓海水可直接作为双极膜电渗析进料，因此可继续重复上述步骤，实现了工艺的自循环。本工作将双极膜电渗析技术与中空纤维膜固碳技术相结合，实现了对浓海水的资源化利用以及对CO2的吸收与固定，整个工艺中无需外加化学试剂即可实现工艺的自循环，具有一定的工业化应用前景。
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