减压膜蒸馏技术处理丙烯腈废水研究
摘 要：用减压膜蒸馏(VMD)技术进行的处理废水中丙烯腈的实验室研究和中间试验,均取 得了良好的结果.丙烯腈的去除率在98%以上,出水浓度低于5 mg/L,达到了排放控制的要 求.理论分析和实验数据都说明,液相温度和流量对VMD的传质和丙烯腈的脱除效果有很大 的影响.而中间试验的结果又表明,真空度、气液比、流程走向和纤维装填密度等工艺和设备参 数在一定条件下对丙烯腈的脱除效果也有较大的影响.所有试验结果显示,作为一种新颖的水 处理技术,VMD将在挥发性有机污染物的处理方面发挥重要的作用.
关键词：膜蒸馏 废水处理 丙烯腈
膜蒸馏(membrane distillation, MD)是一种新 的膜分离技术,它利用传递对象(例如水、丙烯腈等) 在疏水微孔膜上、下游两侧中蒸气分压的不同而进 行物质分离,可用于制备纯水、浓缩热敏性物质、分 离水溶液中的挥发性有机物和脱除水中的溶解性气 体.根据洗脱下游一侧膜界面上馏出物(被传递对 象)方法的不同,膜蒸馏可分为直接接触膜蒸馏、气 隙膜蒸馏、气体吹扫膜蒸馏和减压膜蒸馏等[1].其 中减压膜蒸馏(vacuum membrane distillation, VMD)最适宜于从废水中分离少量或微量挥发性有 机物,具有能耗低、无二次污染和操作简单方便等优 点[2].
丙烯腈是一种重要的化工原料,在其生产和使 用过程中有大量废水排放,其中丙烯腈的浓度在 102~104mg/L.焚烧法是目前国内外普遍采用的高 浓度丙烯腈废水处理方法,不仅处理成本高而且浪 费资源.丙烯腈的沸点较低(77·3℃),有较高的挥 发性,微溶于水,应该可以用减压膜蒸馏技术来处理 废水中的丙烯腈.为此,我们尝试了用VMD技术分 离、净化废水中丙烯腈的实验室研究.在实验室研究 的基础上又安排进行了中试,取得了较满意的结果.
本文将主要论述和探讨以下方面:
1)对VMD处理丙烯腈等挥发性有机物废水 的评价;
2)影响VMD分离效果的因素;
3)与VMD技术工业化应用相关的一些工艺 和设备问题.
1 VMD废水处理过程的表征参数
膜蒸馏过程常用通量、热效率和分离系数等参 数来表征[1].值得指出的是: 1)在制备纯水等应用中,人们通常感兴趣的是 下游产品的产量和纯度等指标.而在废水处理中,人 们感兴趣的是上游废水中污染物的去除程度和残留 浓度等指标. 2)在通常的膜蒸馏中,传质对象(水)的浓度很 大.而水处理的传质对象(丙烯腈)的浓度很低,一般 在102~104mg/L之间. 由于上述两个方面的差异,有必要使用既能表 达VMD特征又符合水处理常用术语的参数和方程 来表征VMD废水处理过程.
1·1 传质方程
在用膜蒸馏技术制取纯水或浓缩热敏性物质的 场合下,其传质状况常用膜通量方程来表征[3,4].而 用VMD技术从废水中分离丙烯腈等少量或微量挥 发性物质时,挥发性物的膜通量是个变量,随时间不 断衰减.因此,如果用通量方程来表征丙烯腈在膜蒸 馏过程中的传质状况就比较复杂.Semmens等[5]采 用与起始浓度无关的传质系数K作为表征参数,并 用双膜理论(double films)和阻力串联模式(resis- tance in series)来处理相关的传质过程.VMD传质 过程示意图,见图1
. ………………
2 实验部分
3 结果和讨论
4 结束语
1)用VMD处理废水中的丙烯腈在技术是可 行的,丙烯腈的去除率达到99%,最低出水浓度在5 mg/L以下.
2)温度和液相流速是控制丙烯腈脱除效果的 主要因素,真空度、气液比、流程走向和纤维装填密 度在一定条件下对丙烯腈的脱除效果也有较大影 响.
3)虽然中试的效果不尽人意,但是通过中试已 取得了有关VWD的工艺操作和设备制造方面的许 多经验和数据,这些经验和数据对于今后实现 VMD的工业化应用是非常宝贵的.
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