減壓膜蒸餾技術處理丙烯腈廢水研究
摘 要：用減壓膜蒸餾(VMD)技術進行的處理廢水中丙烯腈的實驗室研究和中間試驗,均取 得了良好的結果.丙烯腈的去除率在98%以上,出水濃度低于5 mg/L,達到了排放控制的要 求.理論分析和實驗數據都說明,液相溫度和流量對VMD的傳質和丙烯腈的脫除效果有很大 的影響.而中間試驗的結果又表明,真空度、氣液比、流程走向和纖維裝填密度等工藝和設備參 數在一定條件下對丙烯腈的脫除效果也有較大的影響.所有試驗結果顯示,作為一種新穎的水 處理技術,VMD將在揮發性有機污染物的處理方面發揮重要的作用.
關鍵詞：膜蒸餾 廢水處理 丙烯腈
膜蒸餾(membrane distillation, MD)是一種新 的膜分離技術,它利用傳遞對象(例如水、丙烯腈等) 在疏水微孔膜上、下游兩側中蒸氣分壓的不同而進 行物質分離,可用于制備純水、濃縮熱敏性物質、分 離水溶液中的揮發性有機物和脫除水中的溶解性氣 體.根據洗脫下游一側膜界面上餾出物(被傳遞對 象)方法的不同,膜蒸餾可分為直接接觸膜蒸餾、氣 隙膜蒸餾、氣體吹掃膜蒸餾和減壓膜蒸餾等[1].其 中減壓膜蒸餾(vacuum membrane distillation, VMD)最適宜于從廢水中分離少量或微量揮發性有 機物,具有能耗低、無二次污染和操作簡單方便等優 點[2].
丙烯腈是一種重要的化工原料,在其生產和使 用過程中有大量廢水排放,其中丙烯腈的濃度在 102~104mg/L.焚燒法是目前國內外普遍采用的高 濃度丙烯腈廢水處理方法,不僅處理成本高而且浪 費資源.丙烯腈的沸點較低(77·3℃),有較高的揮 發性,微溶于水,應該可以用減壓膜蒸餾技術來處理 廢水中的丙烯腈.為此,我們嘗試了用VMD技術分 離、凈化廢水中丙烯腈的實驗室研究.在實驗室研究 的基礎上又安排進行了中試,取得了較滿意的結果.
本文將主要論述和探討以下方面:
1)對VMD處理丙烯腈等揮發性有機物廢水 的評價;
2)影響VMD分離效果的因素;
3)與VMD技術工業化應用相關的一些工藝 和設備問題.
1 VMD廢水處理過程的表征參數
膜蒸餾過程常用通量、熱效率和分離系數等參 數來表征[1].值得指出的是: 1)在制備純水等應用中,人們通常感興趣的是 下游產品的產量和純度等指標.而在廢水處理中,人 們感興趣的是上游廢水中污染物的去除程度和殘留 濃度等指標. 2)在通常的膜蒸餾中,傳質對象(水)的濃度很 大.而水處理的傳質對象(丙烯腈)的濃度很低,一般 在102~104mg/L之間. 由于上述兩個方面的差異,有必要使用既能表 達VMD特征又符合水處理常用術語的參數和方程 來表征VMD廢水處理過程.
1·1 傳質方程
在用膜蒸餾技術制取純水或濃縮熱敏性物質的 場合下,其傳質狀況常用膜通量方程來表征[3,4].而 用VMD技術從廢水中分離丙烯腈等少量或微量揮 發性物質時,揮發性物的膜通量是個變量,隨時間不 斷衰減.因此,如果用通量方程來表征丙烯腈在膜蒸 餾過程中的傳質狀況就比較復雜.Semmens等[5]采 用與起始濃度無關的傳質系數K作為表征參數,并 用雙膜理論(double films)和阻力串聯模式(resis- tance in series)來處理相關的傳質過程.VMD傳質 過程示意圖,見圖1
. ………………
2 實驗部分
3 結果和討論
4 結束語
1)用VMD處理廢水中的丙烯腈在技術是可 行的,丙烯腈的去除率達到99%,最低出水濃度在5 mg/L以下.
2)溫度和液相流速是控制丙烯腈脫除效果的 主要因素,真空度、氣液比、流程走向和纖維裝填密 度在一定條件下對丙烯腈的脫除效果也有較大影 響.
3)雖然中試的效果不盡人意,但是通過中試已 取得了有關VWD的工藝操作和設備制造方面的許 多經驗和數據,這些經驗和數據對于今后實現 VMD的工業化應用是非常寶貴的.
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