煤制甲醇气化灰水深度脱盐：流化床结晶与摇椅式电容去离子协同技术研究

本研究针对煤制甲醇气化灰水高硬度、高氯盐的治理难题，创新性地将流化床结晶（FBC）与摇椅式电容去离子（RCDI）技术耦合，构建"化学结晶-电化学脱氯"分级净化系统。通过优化FBC参数（96% Ca2+、81% Mg2+去除率）和开发Fe2O3-活性炭电极（87% Cl?去除率），实现95%总脱盐效率，为高盐工业废水处理提供节能可持续解决方案。

　　

煤制甲醇气化灰水治理的技术突破
煤炭资源的高效利用一直是能源领域的重要课题，煤制甲醇技术作为清洁燃料转化途径，在中国等煤炭大国得到广泛应用。然而这一过程产生的气化灰水却成为环保难题——其复杂的成分堪称"离子鸡尾酒"，包含氨氮、悬浮物以及Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^?等多种盐离子。传统化学沉淀法虽能去除部分硬度离子，但会产生含水率超95%的污泥，且对Cl^?等非结晶离子束手无策，形成"去硬不去氯"的技术瓶颈。

为解决这一难题，中国石化集团资助的研究团队在《Desalination》发表创新成果。研究人员独辟蹊径，将流化床结晶（Fluidized Bed Crystallization, FBC）与摇椅式电容去离子（Rocking-chair Capacitive Deionization, RCDI）技术"联姻"，构建出分级净化的"黄金组合"。FBC单元如同"离子筛"，优先捕获Ca²⁺/Mg²⁺；RCDI模块则化身"电子渔网"，专攻残留的Cl^?。这种"分而治之"的策略，巧妙规避了传统方法中硬度与氯离子的相互干扰。

关键技术方法
研究采用模拟灰水（含Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^?等）和宁夏某煤制甲醇企业的实际灰水。FBC单元采用石榴石晶种（60-80目），优化pH、流速等参数；RCDI模块开发Fe₂O₃改性活性炭对称电极，通过响应面法确定电压、流速等最佳条件。建立动态冲刷模型评估膜污染控制，结合颗粒材料（GM）优化膜生物反应器（MBR）运行。

研究结果
1. FBC单元性能优化
在60-80目石榴石晶种、pH 10.5、流速70 m/h、床高30 cm条件下，FBC对Ca²⁺和Mg²⁺去除率分别达96%和81%，产出的结晶颗粒含水率显著低于化学污泥。

2. RCDI电极材料创新
Fe₂O₃-活性炭复合电极展现协同效应：活性炭提供导电骨架，Fe₂O₃通过赝电容增强Cl^?吸附。在1.78 V、185 mL/min、36 min吸附条件下，Cl^?去除率达87%，容量为商用活性炭的2倍。

3. 集成系统效能
FBC-RCDI联用实现95%总脱盐率，形成"先硬后氯"的级联净化。实际灰水处理中，系统能耗仅0.27 kWh/mol，且Fe₂O₃电极表现出优异抗污染性。

4. 膜污染控制机制
动态冲刷模型揭示：好氧颗粒污泥（AGS）与絮状污泥（FS）的碰撞效率提升，使膜污染控制贡献率达50.3%。8 g/L的颗粒材料（300-600 μm）可优化膜通量。

结论与展望
该研究开创性地构建了"化学结晶-电化学脱氯"协同技术体系，其核心创新在于：①通过FBC优先去除硬度离子，破解传统工艺中多离子相互干扰的难题；②开发的Fe₂O₃-活性炭电极兼具物理吸附与化学转化功能；③建立的动态冲刷模型为膜污染控制提供量化依据。

这项技术为煤化工废水处理提供了新范式——不仅实现95%的脱盐效率，更将结晶产物转化为可利用资源，符合"废水即资源"的循环经济理念。未来通过放大试验验证工程可行性后，该集成系统有望在煤化工、冶金等高盐废水领域形成规模化应用，推动工业废水处理从"达标排放"向"资源回用"跨越。