一、設(shè)計條件
1.1進水水質(zhì)
待處理廢水中主要鹽分是硝酸鈉，日處理量85m3/d，10%。

廢水主要成分是硝酸鈉，含量10%（以100g/L計），鹽濃度較高，可以直接使用雙極膜電滲析（BPED）進行酸堿制備。

料液中其他成分未知，對BPED系統(tǒng)影響不好判斷。進BPED系統(tǒng)需滿足以下進水條件：

1）濁度：≤1mg/l

2）COD：≤50mg/l

3）鐵、錳含量：≤0.3mg/l

4）其他高價金屬陽離子總量：≤1mg/L

5）石油類、油脂類等非水溶性物質(zhì)：≤0.1mg/L

6）水溫：5～40℃。

1.2出水水質(zhì)
A. 設(shè)計均相膜電滲析淡鹽水含鹽量約2%，均相膜電滲析濃鹽水含鹽量約15%；

B. 設(shè)計雙極膜電滲析產(chǎn)出的堿液NaOH濃度約6%；

C. 設(shè)計雙極膜電滲析產(chǎn)生的酸液HNO3濃度約5%；

D. 設(shè)計雙極膜電滲析產(chǎn)出的鹽水出水濃度：5%；

E. 設(shè)計反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水含鹽量小于500mg/L。

二、工藝方案
2.1 均相膜電滲析工藝簡介
電滲析（ED，Electrodialysis）是指在直流電場的作用下，溶液中帶電離子定向遷移，選擇性透過離子交換膜并得以去除的一種膜分離技術(shù)。以電位差為推動力，利用陰、陽離子交換膜對陰、陽離子的選擇透過性，使離子從一部分水中遷移到另一部分水中的物理化學(xué)過程?？蓪崿F(xiàn)苦咸水或海水的淡化、鹽濃縮，有機物溶液脫鹽精制等。原理如圖1所示：
 
電滲析膜組器由隔板、離子交換膜、電極、夾緊裝置等主要部件組成。離子交換膜對不同電荷的離子具有選擇透過性。陽膜只允許通過陽離子，阻止陰離子通過；陰膜只允許通過陰離子，阻止陽離子通過。在外加直流電場的作用下，水中離子作定向遷移。由于膜組器是由多層隔室組成，故淡室中陰陽離子遷移到相鄰的濃室中去，從而使含鹽水淡化。

2.2 雙極膜電滲析工藝簡介
雙極膜是一種新型的離子交換復(fù)合膜 , 它通常由陽離子交換層 (N 型膜) 、界面親水層 ( 催化層) 和陰離子交換層 ( P 型膜) 復(fù)合而成 , 是真正意義上的反應(yīng)膜。在直流電場作用下 , 雙極膜可將水離解 ,在膜兩側(cè)分別得到氫離子和氫氧根離子。利用這一特點 , 將雙極膜與其他陰陽離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系統(tǒng) , 能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的酸和堿, 這種方法稱為雙極膜電滲析法。雙極膜電滲析法不僅用于制備酸和堿，若將其與單極膜巧妙地組合起來 , 能實現(xiàn)多種功能并可用于多個領(lǐng)域。

硫酸鈉進入鹽室時，在直流電場作用下，硫酸根離子通過陰膜遷移至酸室，遇到雙極膜的陽膜面，由于陽膜面帶負電，所以硫酸根離子無法繼續(xù)遷移，留在酸室，跟雙極膜陽膜面分解出的氫離子結(jié)合生成硫酸。雙極膜的陰膜面在直流電場的作用下，不斷分解出氫氧根離子，在堿室跟鈉離子結(jié)合，生成氫氧化鈉。最終硫酸鈉通過雙極膜電滲析實現(xiàn)了鹽轉(zhuǎn)化為硫酸和氫氧化鈉。
 
 
2.3 工藝流程
該項目硝酸鈉溶液使用雙極膜電滲析裝置制備酸液和堿液的建議處理流程如圖3所示:
 
硝酸鈉溶液經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)處理后先進入雙極膜電滲析裝置制酸堿，產(chǎn)生質(zhì)量分數(shù)約5%的硝酸溶液、質(zhì)量分數(shù)約6%的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量分數(shù)約3-5%的淡鹽水（硝酸鈉溶液），淡鹽水進入電滲析系統(tǒng)濃縮，ED濃水濃縮到質(zhì)量分數(shù)約10-15%進入后雙極膜電滲析BPED系統(tǒng)制備酸堿，ED淡水進入反滲透系統(tǒng)脫鹽。反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水外排。反滲透濃水返回前端電滲析系統(tǒng)繼續(xù)濃縮。

2.4 雙極膜電滲析工程計算
硝酸鈉溶液用均相膜電滲析濃縮和雙極膜電滲析制備酸堿的質(zhì)平衡圖如圖4所示
 
說明：

1、廢水的處理采用BPED+ED結(jié)合的處理工藝。原水質(zhì)量分數(shù)約10%，流量85m3/d，預(yù)處理后進入雙極膜電滲析BPED系統(tǒng)進行制酸堿，淡鹽水進入ED進行濃縮，水量約120.82m3/d。

2、ED濃縮濃水質(zhì)量分數(shù)≥10%，流量約35.82m3/h進入雙極膜電滲析系統(tǒng)的鹽室制備硝酸溶液和氫氧化鈉溶液。ED淡水質(zhì)量分數(shù)1%，進入反滲透系統(tǒng)繼續(xù)脫鹽。

3、設(shè)計反滲透系統(tǒng)脫鹽率≥95%，產(chǎn)水率約65%，則反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水TDS≤500mg/L，水量約85m3/d，可以回用。RO濃水TDS約27600mg/L，水量約45.77m3/d，返回前端電滲析系統(tǒng)繼續(xù)濃縮。

4、均相膜電滲析ED系統(tǒng)的脫鹽量約為2620kg/d，脫鹽率為59.6%，需要使用2臺TRHE-JACM-12060/200的均相膜電滲析膜堆。

5、BPED系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化鹽量為8500kg/d，生成純堿約3980kg/d，生產(chǎn)純酸6268.5kg/d。即雙極膜電滲析裝置每小時生成質(zhì)量分數(shù)6% NaOH 溶液約66.33m3；生成質(zhì)量分數(shù)5% HNO3溶液約125.37m3和質(zhì)量分數(shù)3%NaNO3溶液約120.82m3/d。雙極膜電滲析系統(tǒng)共需要去離子水約191.7m3/d，需要使用33臺TRHB-JABCM-8040/60的雙極膜電滲析膜堆。

三、 電氣設(shè)計負荷及設(shè)備
本項目為三級供電負荷。進線電源由業(yè)主提供引至本系統(tǒng)的低壓進線柜中，低壓進線柜電壓等級為AC380V，負荷如表2所述。
表2均相膜電滲析與雙極膜電滲析單元負荷表

序號	名   稱	總功率（kW）	運行功率（kW）	工作時間(h/d)	每日耗電（Kwh）
1	ED高頻電源	60	31.325	20	626.522
2	BPED高頻電源	475.2	438.859	20	8777.174
3	ED1濃淡水泵	3	2.4	20	48
4	ED1極水泵	0.75	0.5	20	10
5	ED清洗水泵	1.5	1.2	2	2.4
6	BPED酸鹽堿水泵	13.5	10.8	20	216
7	BPED極水泵	4.5	3.6	20	72
8	BPED清洗水泵	2.2	1.5	2	3
9	裝機功率	561.45 KW
10	運行功率	490.825 KW
11	日運行耗電	9761.5 KW

四、項目公共工程條件
1、用戶需提供水源：自來水、冷卻循環(huán)水，水溫≤20℃，電滲析冷卻循環(huán)水用量約45m3/h；

2、室內(nèi)平地，混凝土地面，均相膜堆及附屬區(qū)域占地面積20m2左右，雙極膜膜堆占地面積120m2左右，有排污溝槽；配電控制室占地60m2以上。

3、本項目為三級供電負荷。進線電源由業(yè)主提供引至本系統(tǒng)的低壓進線柜中，低壓進線柜電壓等級為AC380V，用戶提供電力規(guī)格：三相五線制；

4、動力電源：380VAC ，50Hz ，三相+N+PE，接地系統(tǒng)為TN-C-S接地系統(tǒng)；低壓電動機控制回路：220VAC，50Hz。

5、配電室考慮高頻開關(guān)電源散熱，需要控制室溫，考慮通風(fēng)散熱；

6、工作環(huán)境需控制在-10~40℃，工作水溫控制在5~35℃；

7、儀表用氣，壓力0.5-0.6MPa；

8、需方負責(zé)照明、消防、通訊、避雷等建設(shè)。

五、電滲析及雙極膜電滲析主要設(shè)備清單

序號

設(shè)備名稱

設(shè)備名稱

規(guī)格型號

材質(zhì)

單位

數(shù)量

備注

一、雙極膜電滲析系統(tǒng)

1

容器類

原水箱

10m3

PP/PE

個

1

鹽水箱

5m3

PP/PE

個

1

酸水箱

5m3

PP/PE

個

1

堿水箱

10m3

PP/PE

個

1

極水水箱

2m3

PP/PE

個

1

清洗水箱

1m3，2m3

PP/PE

個

2

酸儲箱

10m3

PP/PE

個

1

堿儲箱

10m3

PP/PE

個

1

淡鹽水儲箱

10m3

PP/PE

個

1

2

輸送泵

原水泵

Q=5m3/h,H=20m

FRPP

臺

1

鹽水循環(huán)泵

Q=15m3/h,H=15m

FRPP

臺

3

酸循環(huán)泵

Q=15m3/h,H=15m

FRPP

臺

3

堿循環(huán)泵

Q=15m3/h,H=15m

FRPP

臺

3

極水泵

Q=15m3/h,H=15m

FRPP

臺

3

酸外供泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

臺

1

堿外供泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

臺

1

清洗水泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

臺

1

3

保安過濾器

精密過濾器

1um，15m3/h

FRP

臺

24

每路1用1備

4

換熱器

板式換熱器

5m2

SS316

臺

6

堿，極液

板式換熱器

5m2

鈦

臺

3

5

電滲析器

BPED

JRHE-JABCM-8040/60

組合件

套

33

7

儀表

在線電導(dǎo)率1

0~200ms/cm

組合件

套

4

極水，鹽水

在線電導(dǎo)率2

0-500ms/cm

組合件

套

6

酸，堿

液位計

0~3m

組合件

個

9

電磁流量計

0~50m3/h，輸出4~20mA信號

組合件

個

3

轉(zhuǎn)子流量計

0~3m3/h,

組合件

批

1

壓力表

0~4kg/cm2,0~2kg/cm2,徑向隔膜式

PP

批

1

溫度計

0~100℃

組合件

批

1

8

管閥件

氣動閥門

DN80,50

批

1

選用，自控系統(tǒng)時用

隔膜閥

DN20

UPVC

批

1

其他管閥件

DN80-20

批

1

9

電氣控制

高頻開關(guān)電源

14.4kw

組合件

臺

33

PLC自控系統(tǒng)

含工控機、PLC控制系統(tǒng)（含軟件）、總進線柜、就地柜、電氣控制柜、動力電纜、信號電纜、橋架等

組合件

套

1

可選手動控制系統(tǒng)

10

五金件

機架，底座，托盤，支架等

批

1

二、濃縮電滲析系統(tǒng)

1

容器類

淡水箱

10m3

PP/PE

個

1

濃水箱

2m3

PP/PE

個

1

極水水箱

0.2m3

PP/PE

個

1

清洗水箱

0.5m3

PP/PE

個

1

可與雙極膜的共用

2

輸送泵

濃水泵

Q=10m3/h,H=20m

FRPP

臺

1

淡水泵

Q=10m3/h,H=20m

FRPP

臺

1

極水泵

Q=6m3/h,H=20m

FRPP

臺

1

清洗泵

Q=20m3/h,H=20m

FRPP

臺

1

3

保安過濾器

1um

FRP

臺

3

4

換熱器

板式換熱器

5m2

Ti

臺

2

濃水，極水

5

電滲析器

ED

TRHE-JACM-15W-12060/200

組合件

套

2

6

儀表

在線電導(dǎo)率

0~200ms/cm,

組合件

套

3

濃淡極

轉(zhuǎn)子流量計

0~5m3/h,0~16m3/h

組合件

個

4

壓力表

0~4kg/cm2,0~2kg/cm2,徑向隔膜式

PP

個

4

溫度表

0~100℃

組合件

個

2

7

管路系統(tǒng)

氣動閥

DN50

UPVC

批

1

隔膜閥

DN50，DN20

UPVC

只

4

其他管路管件

DN50-20

批

1

8

電氣控制

高頻開關(guān)電源

130kw

組合件

臺

2

控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)，電氣柜、動力電纜、信號電纜、橋架等

組合件

套

1

六、經(jīng)濟性分析（參考信息）
每天運行時間按20h計，年運行天數(shù)按330天計，均相膜電滲析和雙極膜電滲析的經(jīng)濟運行分析如表3所示。

表3 均相膜電滲析和雙極膜電滲析的初步經(jīng)濟運行分析

雙極膜電滲析項目		單位	經(jīng)濟指標(biāo)	備注
廢水處理規(guī)模		m3/d	85
電耗	總裝機功率	Kw	496.2
	運行功率	Kw	455.399
	BPED噸水耗電	kwh/m3	106.760	折算至原水
	年電費用	萬元/年	179.677	330d/a
	單位運行電費	元/噸水	64.056	電價按0.6元/度計
膜及耗材更換費用	年更換費	萬元/年	142.56	雙極膜2年，陰陽膜以5年計
	噸水換膜費用	元/噸水	50.824
總運行消耗費用	年總運行費用	萬元/年	322.237
	單位運行費用	元/噸水	114.88
酸堿價值	產(chǎn)堿量	kg/d	3980
	噸水堿價值	元/噸水	163.88	堿折百3500元/t
	產(chǎn)酸量	kg/d	6269.5
	噸水酸價值	元/噸水	125.39	酸折百1700元/t
	酸堿噸水價值	元/噸水	289.27
	年價值	萬元/年	811.402
盈利	年	萬元/年	489.165
	噸水	元/噸水	174.39	產(chǎn)出-消耗

 

電滲析項目		單位	經(jīng)濟指標(biāo)	備注
廢水處理規(guī)模		m3/d	85
電耗	總裝機功率	Kw	65.25
	運行功率	Kw	35.426
	ED噸水耗電	kwh/m3	8.08	折算至原水
	年電費用	萬元/年	13.599	330d/a
	單位運行電費	元/噸水	4.848	電價按0.6元/度計
膜及耗材更換費用	年更換費	萬元/年	6.4	陰陽膜以5年計
	噸水換膜費用	元/噸水	2.282
總運行費用	年總運行費用	萬元/年	20
	單位運行費用	元/噸水	7.13

 
說明：該表是針對該水質(zhì)情況的初步經(jīng)濟運行分析數(shù)據(jù)，供用戶參考。