丹陽熱處理表面處理污水裝置 KHDAZ18

高鹽廢水中的乙腈處理難度大，迫切需要高效的新技術。近年來，生物處理、電解、化學氧化等都應用于低濃度乙腈廢水的處理。這些技術有些需要添加新的試劑，處理費用高，難以實現乙腈的回收利用。

滲透汽化（Pervaporation，PV）是用于液體混合物分離的一種新型膜技術，是目前膜分離領域的研究熱點之一。滲透汽化的分離原理是，具有致密皮層的滲透汽化膜將料液和滲透物分離，料液側（膜上游側或膜前側）維持常壓，滲透物側（膜下游或膜后側）則通過抽真空的方式維持低壓。料液中各組分擴散通過膜，并在膜后側汽化為滲透物蒸汽。一方面能濃縮有機物，凈化水體；另一方面，系統封閉運行，沒有揮發性有機物的排放。該技術越來越受到重視。

滲透汽化技術已用于多種揮發性有機物廢水的處理。如苯乙烯、丙酮、丁醇、甲苯、三氯乙烯、乙醇等。在高鹽化工廢水中乙腈的滲透汽化處理回收未見報道。

1、實驗部分

1.1 實驗廢水水質

采用實際廢水進行實驗，生產廢水的指標見表2。

1.2 實驗材料和儀器

PDMS滲透汽化膜，膜面積為303cm2；貯液瓶，600～1500mL；乙腈，分析純，循環泵，BT00－600M，AUY120分析天平，氣相色譜儀；

1.3 實驗裝置和方法

滲透汽化的工藝流程如圖1所示。

實驗方法：量取體積為V的廢水置于貯液瓶中，啟動蠕動泵，開始循環料液，使料液的溫度和濃度趨于均勻，料液經膜組件返回貯液瓶。取水樣，測定料液的乙腈濃度。將滲透液收集管用電子天平稱重后，裝入冷阱中，再安裝到管路上，連接真空管路。當料液的溫度恒定后，開啟真空泵，打開真空泵閥門，觀察系統的真空情況；待真空管路的壓力達到預定值時，裝上液氮冷卻裝置，開始進行滲透汽化實驗，讀取開始時間，料液溫度、滲透側壓力等數據。達到預定的實驗時間t后，關掉真空泵，立即取下冷凝管，塞好塞子，放在室溫條件下，待產品融化后，稱重。結束后分析截留液側乙腈濃度和透過液的濃度。

滲透汽化膜的性能通常由分離因子（α）和滲透通量（Ji）來表征：

式中，α為分離因子；xo與yo分別為截留液和透過液中乙腈的質量分數；xw、yw分別為截留液和透過液中水的質量分數；Ji為i組分的滲透通量，g／（m2?h）；mi為一定時間內的透過液質量，g；Am為膜面積；t為取樣時間。

總傳質系數可由式（3）計算：

式中，Kov為總傳質系數，m／s；C0、C分別為初始及t時刻料液濃度，mg／L；V為料液的體積，m3；A為膜面積，m2。

1.4 分析方法

滲透液和截留液中的乙腈濃度采用頂空氣相色譜法測定分析。

2、結果與討論

使用不同濃度的乙腈廢水，研究了料液的濃度、溫度等因素對膜性能的影響。

2.1 料液濃度的影響

在溫度為40℃的條件下，使用不同乙腈濃度的液體進行滲透汽化實驗，初始的料液濃度為2945～36066mg／L。由圖2的實驗結果可以看出，料液中乙腈的濃度隨時間而下降。

圖3顯示了乙腈質量濃度在2945～36066mg／L變動的條件下，ln（C0／C）～t的關系，結果表明直線線性相關系數較高，R2＞0。97。由圖中斜率可計算得到總傳質系數Kov的值，結果見表4。Kov和廢水中的乙腈濃度之間沒有明顯的關系。

圖4為滲透液中的乙腈濃度隨料液乙腈濃度的變系關系。由圖4可知，在相同的實驗條件下，進料液中的乙腈濃度越高，滲透液中的乙腈濃度也越高。滲透液中的乙腈濃度可達到進料乙腈濃度的12倍以上，廢水中的乙腈質量濃度為12327mg／L時，滲透液中的乙腈質量濃度為200000mg／L以上；廢水中乙腈質量濃度36066mg／L時，滲透液乙腈質量濃度達到460000mg／L以上。

圖5是滲透液中的乙腈通量、水通量和總通量與進料液中乙腈濃度的關系。總通量和乙腈通量都隨乙腈濃度的增加而增加。因廢水中的乙腈濃度增加，廢水透過膜的推動力增加。但水通量的變化趨勢與此不同，顯示先上升而后下降。由圖5中可以看出，進料液初始乙腈濃度增加，透過膜的水通量開始隨著乙腈濃度的增加而增加，當濃度高于15000mg／L，水通量隨著乙腈濃度增加而下降。因水分子間的氫鍵引起的團聚作用，會降低擴散性和滲透性能。

圖5還顯示了乙腈濃度對分離因子的影響。分離因子隨乙腈濃度的增加變化不大。分離因子約為24，說明膜對乙腈的滲透汽化分離性能較好。

2.2 料液溫度的影響

對于濃度為16852mg／L的廢水，改變溫度為18～55℃，廢水中乙腈濃度隨時間的變化趨勢見圖6。ln（C／C0）隨時間呈現線性變化，斜率隨著溫度升高而增大，總傳質系數隨溫度升高而增大。

滲透液中的乙腈濃度與溫度的關系見圖7。滲透液中的乙腈濃度隨著溫度的升高而下降。由于溫度升高，水蒸汽透過量大幅度提高，導致乙腈濃度下降。溫度由18℃升高到55℃，乙腈質量濃度由300000mg／L降到220000mg／L。

圖8顯示了滲濾通量和料液溫度的關系。由圖8可知，總滲透通量隨著料液溫度的增加呈現指數形式的增長，乙腈的滲透通量和水的滲透通量也呈現相同的趨勢。乙腈的分離因子與溫度的關系見圖8。溫度升高，聚合物鏈間的熱運動尺度和頻率加劇，膜聚合物的自由體積增大，為分子擴散提供了更大的空間，自由體積增大會導致分離性能的下降。隨著溫度的升高，總的滲透通量升高，乙腈的分離因子下降。

2.3 鹽濃度對滲透汽化效果的影響

控制廢水的料液溫度為40℃，改變廢水中的無機鹽濃度為5％～20％（質量分數）