回收再生酸堿液的最新方法
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作者：鄭曉蒙
納濾法回收離子交換再生酸堿液工藝研究內(nèi)容簡介：
離子交換具有較高的選擇性，適用于高純度的分離和凈化，因此被廣泛應(yīng)用于水處理以及溶液的精制和脫色。但是失效的離子交換樹脂通常采用酸、堿化學(xué)藥劑進(jìn)行再生，為了達(dá)到滿意的再生效果，必須采用2—3倍理論量的再生藥劑，這樣就會產(chǎn)生大量的廢酸和廢堿溶液。如果廢液處理不好，便會造成環(huán)境和水體的污染。
目前國內(nèi)對離子交換樹脂再生廢液的處理主要有以下幾種處理方式：酸堿中和法、分步沉淀法、Fenton催化氧化法、Fenton試劑一生化聯(lián)合法以及納濾法等。雖然各種方法都可以有效處理再生廢液，但是過程中需要投加藥劑，處理成本較高，因此有必要對酸、堿再生廢液進(jìn)行回用和減量化。
本文根據(jù)納濾膜分離原理，選擇耐酸堿納濾膜，通過小試裝置測試，對納濾法回收離子交換酸堿液的工藝進(jìn)行研究，從而確定適用于綠纖生產(chǎn)中離子交換再生廢液回用系統(tǒng)的工藝路線及工藝參數(shù)，為以后工程應(yīng)用建立基礎(chǔ)。
2納濾膜分離技術(shù)
納濾膜具有顯著的離子選擇性，主要是由膜的電荷效應(yīng)決定的。在膜上或者膜中的負(fù)的帶電基團(tuán)，通過靜電互相作用，阻礙多價(jià)離子的滲透。離子的電荷強(qiáng)度不同，膜對離子的截留率也有所不同。對含有不同價(jià)態(tài)離子的多元體系，由于膜對各種離子的選擇性有異，根據(jù)道南效應(yīng)(Donaneffect)不同離子透過膜的比例不同。其中一價(jià)陰離子的鹽可以大量地透過膜，陰離子在納濾膜上的截留率按N03-<CL-< OH-< SO42-<CO32-依次上升；此外納濾膜對廢酸中金屬離子有很好的截留率，截留率按H+< Na+<K+< Ca2+< Mg2+< Cu2+依次上升。納濾膜對中性不帶電荷的物質(zhì)（如乳糖、葡萄糖、麥芽糖）的截留則是由膜的篩分效應(yīng)決定的。
由于傳統(tǒng)的聚酰胺類納濾膜使用pH范圍一般為2—11，在極端pH環(huán)境下，特別是強(qiáng)堿性條件會發(fā)生降解，因此只能用于中性或接近中性的弱酸弱堿性介質(zhì)。近年來隨著高化學(xué)穩(wěn)定性納濾膜產(chǎn)品的成功開發(fā)，出現(xiàn)了多種商業(yè)化產(chǎn)品，納濾技術(shù)開始應(yīng)用于酸、堿液回收。
商業(yè)化的高化學(xué)穩(wěn)定性納濾膜主要是聚諷、聚醚礬類材料和改性的聚哌嗪材料等，截留分子量200～1000或更高。
3納濾膜法酸堿回收工藝
納濾膜法酸堿回收工藝流程圖見圖1。
待處理酸或堿廢液注入進(jìn)料罐(V01)后，由進(jìn)料泵(P01)輸送至保安過濾器(F01)進(jìn)行初級過濾，目的是去除處理液中的細(xì)微顆粒和雜質(zhì)，保護(hù)納濾膜系統(tǒng)。
過濾后的澄清液進(jìn)入換熱器(E01)與循環(huán)冷卻水進(jìn)行熱交換，防止溫度過高。然后處理液由增壓泵(P02)升壓后進(jìn)入納濾膜系統(tǒng)(F02)，透過液作為產(chǎn)品進(jìn)行回用，濃縮液回到進(jìn)料罐(V01)進(jìn)行循環(huán)處理直至達(dá)到設(shè)定的濃縮比，最終的濃縮液送入污水處理單元。
納濾膜酸堿回收系統(tǒng)需要定期進(jìn)行清洗，每個(gè)處理周期結(jié)束后，需切換清洗水進(jìn)行水洗；當(dāng)納濾膜系統(tǒng)處理能力明顯下降時(shí)，則需要藥劑清洗，以保證膜通量恢復(fù)至理想值。
4小試實(shí)驗(yàn)
4.1 試驗(yàn)裝置
按照圖1流程搭建酸堿回收小試裝置，酸液和堿液處理裝置各一套。兩套裝置配制相同，納濾膜均采用科氏SelRO系列特種膜，膜面積為1.9m2。
4.2 試驗(yàn)內(nèi)容
本試驗(yàn)酸堿廢液來自于Lyocell纖維溶劑回收過程中離子交換單元所產(chǎn)生的再生廢液。分別對酸、堿液中的有機(jī)污染物和離子成分進(jìn)行測定，同時(shí)進(jìn)行納濾處理并每隔一定時(shí)間測定膜通量。
當(dāng)達(dá)到設(shè)定的濃縮比后停止處理，90%取收集的滲透液進(jìn)行成分測定，通過與原液的對比分析納濾的處理效果。
4.3 分析方法
酸、堿濃度采用滴定法測定。
色度采用比色法。
離子及有機(jī)物檢測采用930 compact IC Flex型離子液相色譜，檢測器：電導(dǎo)檢測器。
4.4 結(jié)果與討論
4.4.1酸液回收
將50L再生酸液注入進(jìn)料罐內(nèi)，啟動納濾回收系統(tǒng)，設(shè)定納濾操作壓力為2.0MPa，不控溫條件下，當(dāng)濃縮液體積為5L時(shí)，停止設(shè)備，測定處理時(shí)間為65min。取透過液進(jìn)行分析，并與進(jìn)料液比對，得到納濾對酸液處理結(jié)果見表1。由表1可見，原液中Fe2+、Fe3+、Cu2+以及有機(jī)雜質(zhì)經(jīng)納濾處理后截留率可達(dá)96%以上，出水透明無色。雖然HC1濃度略有降低，但可以滿足離子交換再生回用要求。
處理過程中膜通量隨時(shí)間的變化情況如圖2所示。隨著處理時(shí)間的增加，循環(huán)液的濃度增加，滲透壓升高，造成膜通量減小。在酸液回收率為90%的情況下，整個(gè)操作周期平均膜通量約為22L/ (m2h)，可滿足工程設(shè)計(jì)的需求。
4.4.2堿回收試驗(yàn)
將50L再生堿液注入進(jìn)料罐內(nèi)，啟動納濾回收系統(tǒng)，設(shè)定納濾操作壓力為2.0MPa，不控溫條件下，當(dāng)濃縮液體積為5L時(shí)，停止設(shè)備，測定處理時(shí)間為52min。取透過液進(jìn)行分析，并與進(jìn)料液比對，得到納濾對堿液處理結(jié)果見表2。由表2可見，NaOH略有損失．但再生堿液中的氯離子、硫酸根、碳酸根以及沒食子酸基本被截留，透過液由棕色變?yōu)榻咏该�，處理效果很明顯。
處理過程中膜通量隨時(shí)間的變化情況如圖3所示。變化趨勢與酸液處理基本相同，膜通量隨著時(shí)間的增加、濃縮液濃度的增加而急劇減小。在堿液回收率為9096的情況下，整個(gè)操作周期平均膜通量約為27L／(m2h)，可滿足工程設(shè)計(jì)的需求。
5環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益
納濾系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)酸、堿廢液的回用和減量化。酸堿液的回收率達(dá)到90%，減輕了廢水處理酸堿中和法的藥劑投加量，環(huán)境效益明顯。
31%鹽酸價(jià)格以800元／噸計(jì)，純堿價(jià)格以2800元／噸計(jì)，用電價(jià)格以0.6元/KWh計(jì)，酸堿回收率取體積比90%。以酸堿回收小試試驗(yàn)為例，每處理50L濃度4%的酸液，可節(jié)省藥劑費(fèi)用4. 76元，扣除用電成本0.73元，即每批次操作酸回收可節(jié)省成本4. 03元；每處理50L濃度4%的堿液，可節(jié)省藥劑費(fèi)用5. 29元，扣除用電成本0. 58元，即每批次操作堿回收可節(jié)省成本4. 71元。工程化后，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
6結(jié)論
納濾膜酸堿回收工藝在處理Lyocell纖維溶劑回收中離子交換單元所產(chǎn)生的再生廢液時(shí)，具有理想處理效果。處理過程中，酸回收系統(tǒng)平均膜通量約為22L/ (m2h)，堿回收系統(tǒng)平均膜通量約為27L／(m2h)，酸堿回收率達(dá)90%，雜質(zhì)去除率96%以上，回收的酸、堿液達(dá)到離子交換再生回用要求，具有明顯的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。
7摘要：
在綠色纖維溶劑回收過程中，離子交換單元為達(dá)到理想再生效果，會使用過量的酸、堿液。因此有必要對酸堿廢液進(jìn)行回收處理，以降低成本。本文采用納濾法對酸堿廢液進(jìn)行回收處理，通過小試試驗(yàn)測定酸回收系統(tǒng)平均膜通量約為22L／(m2h)，堿回收系統(tǒng)平均膜通量約為27L／(m2h)，酸堿回收率可達(dá)90%，雜質(zhì)去除率96%以上，回收的酸、堿液達(dá)到離子交換再生回用要求。
