全球工业化进程导致高盐度工业废水的产生不断增加，这对环境保护和资源可持续性构成了重大挑战[1]、[2]。与生活污水不同，这种废水具有高盐度、高化学需氧量（COD）、复杂的成分和较差的生物降解性[3]、[4]。在淡水资源日益减少的背景下，最小液体排放（MLD）和零液体排放（ZLD）的概念已成为废水管理的范式转变[5]、[6]、[7]。然而，传统的ZLD工艺通常依赖热蒸发器，其能耗高达每千克10-25千瓦时[8]、[9]、[10]。因此，迫切需要开发成本效益高且可持续的替代方法来处理高盐度废水并回收资源。
高效盐分回收的必要性推动了多种技术的发展，包括膜蒸馏（MD）、正向渗透（FO）和电渗析（ED）[11]。其中，双极膜电渗析（BMED）作为一种多功能且环保的膜分离工艺脱颖而出，以其灵活的配置和稳定的性能而受到关注[12]、[13]。典型的BMED系统由双极膜（BPMs）、阳离子交换膜（CEMs）和阴离子交换膜（AEMs）组成[14]、[15]。在直流电场作用下，水在BPM界面发生解离，生成H+和OH−离子。这些离子随后分别通过CEMs和AEMs迁移，从而将盐转化为相应的酸和碱，且不会产生气体副产物[16]、[17]。由于BMED技术具有较高的能量利用率、易于安装且不产生气体或副产物[18]、[19]，因此已在许多领域得到广泛应用。例如，该技术已成功用于从水杨酸废水中回收H₂SO₄和NaOH，分别达到0.97 M和1.56 M的浓度，并实现了96.3%的脱盐率[20]。此外，现场生成的酸和碱可以促进碳酸盐溶液中的CO₂转化为合成气，实现系统中100%的碳利用[21]。
BMED过程的能耗对其经济可行性至关重要，它高度依赖于电流密度、膜选择、堆栈配置和初始进料浓度等关键操作和结构参数。因此，大量研究致力于能源优化。例如，研究表明，较高的初始盐浓度可以有效降低酸和碱生产的特定能耗[22]、[23]、[24]。另一种策略是将离子交换树脂引入隔室中，形成导电路径以促进离子迁移并降低能耗[25]、[26]、[27]、[28]。膜堆栈配置也起着关键作用；不同组合（如BPM-CEM、BPM-AEM、BPM-AEM-CEM）的比较研究表明，BPM-CEM配置在实现高转化率的同时能耗最低[29]。这一点在处理来自电池回收过程产生的Na2SO4废水时得到了验证，其中双室系统的能耗较低，而三室系统则表现出长期运行稳定性[23]。此外，优化隔板设计也被证明是提高传质效率和降低能耗的关键方法。例如，直径更小的隔板和三层网状结构的隔板相比传统设计能够提高传质效率并减少膜污染[30]、[31]。
基于上述技术，降低能耗同时提高整体效率是BMED在酸和碱生产中的主要目标。本研究通过系统地研究关键操作参数（包括施加电压和初始盐浓度）来优化BMED过程的能源效率和综合性能。此外，我们引入了一种新型隔板，该隔板具有优化的分布通道和酸阻隔功能AEM，作为降低能耗的创新策略。通过监测盐室电导率、酸碱浓度、电流效率和能耗来评估工艺性能。此外，还评估了优化后的BMED系统在长时间运行（480分钟）下的稳定性。结果证实，BMED技术是一种可行的、节能的咸水废水处理技术，为其实际应用提供了宝贵的见解和理论基础，符合可持续发展和循环经济的原则。
