选择性双极膜电渗析在处理高盐废水方面的抗污染能力得到提升，同时能耗也得到了优化

《Journal of Water Process Engineering》：Enhanced anti-fouling ability and optimized energy consumption of selective bipolar membrane electrodialysis for high salt wastewater treatment

双极膜选择性电渗析（BMSED）通过整合双极膜电渗析的酸碱制备能力与选择性电渗析的抗污特性，有效解决了高盐废水处理中的膜污染和高能耗问题。实验表明，优化电压14V、初始盐浓度9%、盐室与酸碱室体积比1:1及拓宽流道结构后，BMSED能量消耗降至3.16 kWh·kg?1，NaOH和H?SO?浓度分别达1.35 mol/L和0.73 mol/L，且连续循环运行500分钟以上，抗污性能优异，为工业高盐废水资源化提供了可持续解决方案。

　　在当前全球对环境保护和可持续发展的高度重视下，高盐废水的处理与资源回收成为了一个亟需解决的重要课题。高盐废水主要来源于多个工业领域，包括纺织、石油化学、冶金、制药、食品发酵以及半导体制造等，这些行业在生产过程中会产生大量含有高浓度盐分的废水。这些废水不仅对土壤和海洋环境造成严重污染，还可能对人体健康产生威胁。因此，如何高效、绿色地处理高盐废水，并将其转化为有价值的资源，成为了科研和工程界关注的焦点。

面对这一挑战，科学家们不断探索新的技术手段。其中，双极膜选择性电渗析（Bipolar Membrane Selective Electrodialysis, BMSED）作为一种创新性的膜分离技术，展现出了巨大的潜力。BMSED技术结合了双极膜电渗析（Bipolar Membrane Electrodialysis, BMED）的酸碱生产能力与选择性电渗析（Selective Electrodialysis, SED）的抗污染特性，为高盐废水的资源回收提供了一种独特的解决方案。该技术的核心在于通过双极膜的特殊结构，实现水分子的分解并生成酸和碱，同时利用选择性膜对离子的高效分离能力，减少膜污染问题，提高整体处理效率。

BMED技术是电渗析技术的一种延伸，它通过双极膜的使用，使得水分子能够在电场作用下分解为H?和OH?，进而与盐水中的金属阳离子和酸根离子结合，生成酸和碱。这种技术因其能源效率高、环境友好而被广泛应用于高盐废水的处理。然而，BMED在实际应用中面临的一个关键问题就是膜污染，尤其是由于多价离子（如Ca2?、Mg2?）在碱性室中的沉淀，导致离子传输通道被堵塞，从而降低了处理效率和经济可行性。这种污染不仅增加了膜的更换频率，还提高了运行成本和停机时间，限制了其大规模应用。

相比之下，SED技术则通过使用具有选择性的单价离子交换膜，实现了对单价离子和多价离子的有效分离。这种选择性膜能够有效地将Cl?与SO?2?、Li?与Mg2?、Na?与Mg2?等离子分离开来，从而显著缓解膜污染问题。SED技术在某些研究中被证明在经济性和环境友好性方面优于反渗透（Reverse Osmosis, RO）技术，尤其是在用于灌溉等场景时。SED的高选择性使得它在处理含有高浓度盐分的废水时，能够减少对膜的损害，提高系统的稳定性和运行效率。

为了克服BMED技术中膜污染和高能耗的问题，研究人员提出了BMSED这一创新技术。BMSED通过将BMED的酸碱生产能力与SED的抗污染能力相结合，形成了一个更为高效的处理系统。在该系统中，首先利用SED技术将高盐废水中的多价离子（如Ca2?、Mg2?）拦截并浓缩，形成高浓度的NaCl溶液。随后，通过BMED技术将这些浓缩的NaCl溶液进一步分解为酸和碱，从而实现资源的回收利用。这种技术的结合不仅提高了处理效率，还降低了运行成本，为高盐废水的资源化利用提供了新的思路。

在实际应用中，BMSED技术的优化是关键。通过对施加电压、初始盐浓度、盐与酸/碱室的体积比以及水流分布通道等主要参数的系统评估，研究人员发现特定的运行条件可以显著提升BMSED的性能。例如，在优化的条件下，施加电压为14 V，初始盐浓度为9%，盐与酸/碱室的体积比为1:1，并使用更宽的水流通道电渗析器，可以实现最低的能量消耗为3.16 kWh·kg?1，同时生成的NaOH和H?SO?浓度分别达到1.35 mol/L和0.73 mol/L。这些优化参数不仅表明BMSED技术在实际运行中具有较高的可行性，还显示出其良好的稳定性和可扩展性。

此外，研究人员还对BMSED技术在更大规模膜堆上的运行稳定性进行了测试。在510 cm2的膜堆上，BMSED系统能够稳定运行超过500分钟，且其能量消耗比传统的BMED技术降低了约15%。这一结果不仅验证了BMSED技术在实际应用中的可靠性，还展示了其在工业处理高盐废水方面的巨大潜力。通过多轮次循环运行，BMSED系统表现出优异的抗污染性能，有效抑制了能量消耗的增加和电流效率的下降，确保了系统的长期稳定运行。

BMSED技术的抗污染能力主要得益于其选择性膜的设计。在处理过程中，选择性膜能够有效拦截多价离子，防止它们在碱性室中沉淀，从而减少膜污染的发生。这种拦截机制不仅提高了膜的使用寿命，还降低了维护成本。同时，由于BMSED技术能够在较低的能量消耗下实现高效的酸碱回收，因此它在经济性和环境友好性方面均优于传统的处理方法。

在工业应用中，BMSED技术的推广和应用具有重要的现实意义。首先，它能够将高盐废水中的有价值成分回收利用，从而减少资源浪费，提高废水处理的经济效益。其次，BMSED技术的绿色和高效特性使其符合当前全球倡导的“双碳”战略（碳达峰与碳中和），有助于降低碳排放，推动可持续发展。通过现场生产酸碱，BMSED技术能够避免传统集中生产过程中产生的大量碳足迹，实现资源的本地化处理和利用。

然而，BMSED技术在实际应用中仍面临一些挑战。例如，如何进一步提高其处理效率，降低运行成本，以及如何优化膜材料以适应不同类型的高盐废水。此外，针对不同行业产生的高盐废水，BMSED技术可能需要进行定制化调整，以确保其在各种应用场景中的适用性和稳定性。这些挑战需要通过更多的实验研究和工程实践来解决。

总的来说，BMSED技术作为一种新型的高盐废水处理与资源回收方法，展现出了巨大的应用前景。通过系统的优化和实验验证，BMSED技术不仅能够有效降低能耗，还能显著提高抗污染能力，为高盐废水的可持续处理提供了一种可行的解决方案。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，BMSED有望在更多领域得到推广和应用，为环境保护和资源回收做出更大的贡献。