电渗析选择性分离与回收工业废水有价物质研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0881

工业水处理 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (9): 10-18. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2024-0881

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电渗析选择性分离与回收工业废水有价物质研究进展

何飞宇¹^,²(), 封玲², 朱铭¹^,², 陈莉²^,³, 田秉晖², 王学科⁴, 池勇志¹, 付翠莲¹()

^1. 天津城建大学环境与市政工程学院，天津 300384
^2. 中国科学院大学生态环境研究中心，工业废水无害化与资源化国家工程研究中心，北京 100085
^3. 兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070
^4. 天津壹新环保工程有限公司，天津 300403

收稿日期:2025-01-14 出版日期:2025-09-20 发布日期:2025-11-20
通讯作者: 付翠莲
作者简介:
何飞宇（1998— ），硕士，E-mail：hfy_98@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2023YFC3207002); 天津市科技计划项目(22YFXTHZ00080)

Advances in selective separation and recovery of valuable substances from industrial wastewater by electrodialysis

Feiyu HE¹^,²(), Ling FENG², Ming ZHU¹^,², Li CHEN²^,³, Binghui TIAN², Xueke WANG⁴, Yongzhi CHI¹, Cuilian FU¹()

^1. School of Environmental and Municipal Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China
^2. National Engineering Research Center for Harmlessness and Resourcefulness of Industrial Wastewater, Ecological Environment Research Center, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
^3. College of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China
^4. Tianjin Yixin Environmental Protection Engineering Co. , Ltd. , Tianjin 300403, China

Received:2025-01-14 Online:2025-09-20 Published:2025-11-20
Contact: Cuilian FU

摘要/Abstract

摘要：

随着工业绿色转型与循环经济发展，工业废水处理正从末端污染控制向资源化利用转变，高选择性、低能耗地分离与回收废水中的有价物质成为近年来工业废水处理技术的热点研究方向之一。电渗析（Electrodialysis，ED）作为一种基于电场力驱动的膜分离技术，已被广泛应用于对工业废水的分离、浓缩和循环利用等，且电渗析在选择性分离回收工业废水中有价物质方面展现出显著潜力。系统阐述了电渗析选择性分离与回收工业废水中有价物质的技术原理，并依据工业废水特征与有价物质的种类与来源，详细评述了常规电渗析、电去离子（EDI）、双极膜电渗析（BMED）、倒极电渗析（EDR）以及选择性电渗析（SED）等关键技术在分离回收重金属离子、盐分及酸碱等物质方面的重要突破与研究进展。最后，从离子交换膜种类、工艺耦合、引入智能控制等方面提出了电渗析技术未来发展方向。

关键词: 工业废水处理, 电渗析, 选择性分离, 有价物质回收, 资源化

Abstract:

With the green transformation of industry and the development of circular economy, industrial wastewater treatment process is transforming from end-of-pipe pollution control towards resource recovery. The high-selectivity, low-energy consumption separation and recovery of valuable substances from wastewater have become a key research focus in industrial wastewater treatment technology in recent years. Electrodialysis(ED), as an electric field-driven membrane separation technology, has been widely applied for the separation, concentration, and recycling of industrial wastewater. Furthermore, ED demonstrates significant potential for the selective separation and recovery of valuable substances from industrial wastewater. This paper systematically introduced the technical principle of selective separation and recovery of valuable substances from industrial wastewater by electrodialysis. Based on the characteristics of industrial wastewater and the types and sources of valuable substances, important breakthroughs and research progress achieved by key technologies, such as conventional electrodialysis, electrodeionization(EDI), bipolar membrane electrodialysis(BMED), electrodialysis reversal(EDR), and selective electrodialysis(SED) in separating and recovering heavy metal ions, salts, and acids/bases were reviewed. Finally, future research directions for electrodialysis technology were proposed, focusing on areas such as ion-exchange membrane varieties, process integration, and the introduction of smart control systems.

Key words: industrial wastewater treatment, electrodialysis, selective separation, recovery of valuable substances, resource

中图分类号:

X703

何飞宇, 封玲, 朱铭, 陈莉, 田秉晖, 王学科, 池勇志, 付翠莲. 电渗析选择性分离与回收工业废水有价物质研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(9): 10-18.

Feiyu HE, Ling FENG, Ming ZHU, Li CHEN, Binghui TIAN, Xueke WANG, Yongzhi CHI, Cuilian FU. Advances in selective separation and recovery of valuable substances from industrial wastewater by electrodialysis[J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(9): 10-18.

https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I9/10

图/表 7

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废水类型	来源	有价物质	应用	参考文献
造纸废水	造纸工业	金属离子（钙、镁、铁），碱	工艺生产段，金属提纯再利用	〔7-8〕
印染废水	印染行业	金属离子（铬、铜、锌），水	金属提纯再利用，工业冷却	〔9-10〕
制药废水	制药工业	金属离子（铅、铜、镉），酸，碱，氰化物	药品再生产，金属提纯再利用，树脂，涂料	〔11〕
石油化工废水	石油化工行业	硫化物，有机酸，金属离子等	防腐剂，回用生产工艺，氮肥	〔12〕

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制药废水	制药工业	金属离子（铅、铜、镉），酸，碱，氰化物	药品再生产，金属提纯再利用，树脂，涂料	〔11〕
石油化工废水	石油化工行业	硫化物，有机酸，金属离子等	防腐剂，回用生产工艺，氮肥	〔12〕

工艺	原理	膜材料	工艺条件	反应器结构	优缺点	应用领域
ED	电场作用下，利用阳、阴离子交换膜的选择透过性	常见的离子交换膜可由膜状树脂与聚乙烯等黏结剂热压形成	恒流/恒压，压力<0.2 MPa，水温4~40 ℃等	由电渗析器、膜堆、电箱、浓淡室等组成	装置设计灵活，高效节能，无污染；易受水质影响，处理量有限	海水与苦咸水淡化，废水处理与资源回收
EDR	基于ED，正负电极周期性互换	同ED	电压10~30 V，电流密度1~40 A/m³，频繁倒极	同ED，增加倒极装置	成本低、膜污染小；能量转化效率低，易结垢	循环产能，脱盐
BMED	利用双极膜产生H⁺/OH⁻	双极膜由聚乙烯亚胺、二乙烯苯等黏合剂黏合阴阳离子交换膜制备	电压1~10 V，电流密度10~50 A/m³，常温操作	同ED，新增酸室、碱室和盐室	脱盐同时产生相应酸碱；成本高昂	原位生产和有机酸碱生产
SED	引入选择性离子交换膜	由聚酰胺、天然高分子、聚电解质、聚醚砜通过界面聚合、接枝等合成	同ED	同ED，离子交换膜替换成一二价选择性离子交换膜	可分离不同价态离子；膜成本高，效率低	分离回收单价/多价离子
EDI	引入离子交换树脂	由苯乙烯、丙烯酸、环氧树脂、酚醛、脲醛等合成	压力0.1~0.3 MPa，常温操作	同ED，离子交换膜之间引入离子交换树脂	易维护、无需树脂再生；成本高	制备超纯水，金属表面处理
EDM	通过离子重组生成目标产物	同ED	电流密度0.3~1.0 A/m³，温度4~40 ℃等	同ED，新增一个浓室和淡室	无需蒸发、萃取和酸碱；装置复杂，进水要求高	生产无氯钾肥、氨基酸盐等

工艺	原理	膜材料	工艺条件	反应器结构	优缺点	应用领域
ED	电场作用下，利用阳、阴离子交换膜的选择透过性	常见的离子交换膜可由膜状树脂与聚乙烯等黏结剂热压形成	恒流/恒压，压力<0.2 MPa，水温4~40 ℃等	由电渗析器、膜堆、电箱、浓淡室等组成	装置设计灵活，高效节能，无污染；易受水质影响，处理量有限	海水与苦咸水淡化，废水处理与资源回收
EDR	基于ED，正负电极周期性互换	同ED	电压10~30 V，电流密度1~40 A/m³，频繁倒极	同ED，增加倒极装置	成本低、膜污染小；能量转化效率低，易结垢	循环产能，脱盐
BMED	利用双极膜产生H⁺/OH⁻	双极膜由聚乙烯亚胺、二乙烯苯等黏合剂黏合阴阳离子交换膜制备	电压1~10 V，电流密度10~50 A/m³，常温操作	同ED，新增酸室、碱室和盐室	脱盐同时产生相应酸碱；成本高昂	原位生产和有机酸碱生产
SED	引入选择性离子交换膜	由聚酰胺、天然高分子、聚电解质、聚醚砜通过界面聚合、接枝等合成	同ED	同ED，离子交换膜替换成一二价选择性离子交换膜	可分离不同价态离子；膜成本高，效率低	分离回收单价/多价离子
EDI	引入离子交换树脂	由苯乙烯、丙烯酸、环氧树脂、酚醛、脲醛等合成	压力0.1~0.3 MPa，常温操作	同ED，离子交换膜之间引入离子交换树脂	易维护、无需树脂再生；成本高	制备超纯水，金属表面处理
EDM	通过离子重组生成目标产物	同ED	电流密度0.3~1.0 A/m³，温度4~40 ℃等	同ED，新增一个浓室和淡室	无需蒸发、萃取和酸碱；装置复杂，进水要求高	生产无氯钾肥、氨基酸盐等

废水来源	处理方法	效果	参考文献
电镀废水	ED	Cu、Ni、Ag去除率分别为98%、95%、97%	〔54〕
地下水	ED	F^-回收率为93.75%	〔55〕
含铅废水	ED	SO₄ ^2-和Pb²⁺的去除率分别为91%和75%，能耗为7 kW·h/m³	〔56〕
铬酸废水	ED	日回收2.23 kg铬酸，成本为24元/kg	〔57〕
海水淡化	ED+RO	降低约10%~11%氯化物浓度	〔58〕
酿酒废水	UF-ED+MVMs	K⁺回收率为72%，能耗为9 kW·h/m³	〔59〕
高盐废水	MSED	回收93.85%以上的Cl^-和SO₄ ^2-，成本为0.344 kW·h/kg	〔60〕
含镍废水	IE+ED	Ni去除率达到90%以上	〔61〕
制药废水	ED+UF	可回收20%的青霉素，分离90%的SO₄ ^2-，能耗为0.058~0.082 kW·h/g	〔62〕
造纸废水	MF+ED	90%以上的原始废水回收和再利用	〔63〕
高盐废水	EDR	实现80%以上的产水率及脱盐率，成本为1.132 4元/t	〔64〕
海水淡化	ED+EDR	可实现42%（1 000 mg/L）、53%（2 000 mg/L）和52%（4 000 mg/L）的脱盐率	〔65〕
造纸滤液	hf-pED	回收80%以上的酸性滤液，能耗为6.1 kW·h/m³	〔66〕
羧甲基半胱氨酸废水	BMED	制备1.33~1.63 mol/L的HCl和2.62~2.88 mol/L的NH₃·H₂O，回收90%的NH₄Cl，成本为1.8~2.10 kW·h/kg	〔67〕
海水淡化	H-EDBM	H₂产率为5.6 L/（m²·h），能耗为1.78 kW·h/m³	〔68〕

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电渗析选择性分离与回收工业废水有价物质研究进展

Advances in selective separation and recovery of valuable substances from industrial wastewater by electrodialysis

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[2]	罗睿, 雷国元, 周顺明, 胡学文, 周达, 马肖, 吴思. 结晶流化床去除钢铁企业反渗透浓水硬度的中试研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(6): 179-186.
[3]	张祥勇, 郎巧霖, 张杨. 提升酸扩散渗析发电产能的研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(4): 156-162.
[4]	邱常义, 彭睿敏, 刘程琳. 制盐废液资源化利用技术及研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(4): 27-36.
[5]	刘飞飞, 武彦巍, 王文涛, 唐彤, 马海龙. 膜技术与蒸发结晶工艺在VB₁₂高盐废水零排放中的应用[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 219-226.
[6]	谭东东, 聂光华, 邓强. 预氧化酸性矿山废水制备硫酸亚铁镁谭东东[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 146-152.
[7]	薛罡, 刘建奇, 强志斌, 王永刚, 郭尧, 陈红. 煤矿矿井水处理和资源化利用的关键问题及对策[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 1-8.
[8]	师雅琪, 孟广源, 陈鹏, 张芯婉, 付涛, 杨正武, 张连胜, 张乐华. 基于神经网络精准预测含铬废酸电氧化再生效果[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 131-138.
[9]	刘畅益, 田佳旺, 张浩东, 秦哲. 改性芦苇材料的吸附脱氮性能及其资源化探究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 122-132.
[10]	杨术刚, 王庆吉, 张坤峰, 陈宏坤, 刘双星, 蔡明玉, 王毅霖. 我国气田采出水处置面临的关键挑战与对策建议[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 13-20.
[11]	晋银佳, 王绍曾, 郭栋, 尤良洲, 衡世权. 基于双极膜电渗析的矿井浓盐水资源化处理工艺研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 104-111.
[12]	余波, 李箫宁, 严寒, 张名, 沈鹏飞, 赵浩, 万丽. 市政污泥热解残渣中磷回收及鸟粪石合成研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 177-183.
[13]	李沛, 万俊锋, 马逸飞, 黄陈明慧, 吴波. 好氧颗粒污泥资源化中类藻酸盐胞外多糖研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 30-36.
[14]	黄瀚文, 封铃, 田秉晖. 目标选择性填充床电渗析研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(12): 31-39.
[15]	李福勤, 王世奕, 梁桢, 王瑾. 扩散渗析-纳滤分离工艺资源化钢铁酸性脱硫废水的研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(11): 74-81.

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