荷正電ppo膜滲透汽化分離低濃度甲醇廢水的研究

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1、荷正電PPO膜滲透汽化分離低濃度甲醇廢水的研究1,22,*劉俊生，徐銅文(1.合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系合肥230022;2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系合肥230026)摘要:針對(duì)低濃度甲醇廢水（10％以下）需要處理的企業(yè)技術(shù)難題，采用荷正電PPO膜滲透汽化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了分離。針對(duì)不同COD廢水，研究了料液溫度、擴(kuò)散時(shí)間等參數(shù)對(duì)分離效果的影響，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析。結(jié)果表明：提高料液溫度有利于醇水分離；但過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致通量衰減。由經(jīng)濟(jì)分析可知：其處理成本約為16元/噸，大大低于精餾和厭氧生物等方法的60元/噸成本。因此，荷正電PPO膜滲透汽化是處理低濃度甲醇廢水的一種

2、較好方法。關(guān)鍵詞：荷正電PPO膜；滲透汽化；甲醇廢水1引言水污染是一個(gè)世界性難題，我國(guó)也不例外。2007年5月太湖流域發(fā)生的大面積污染事件給我們敲響了警鐘：治污減排，刻不容緩！在眾多的水污染物中，甲醇廢水是主要污染源之一。隨著我國(guó)天然氣甲醇、煤基甲醇大型生產(chǎn)裝置的相繼上馬，甲醇廢水的污染也隨之急劇增加。雖然各設(shè)計(jì)院和生產(chǎn)企業(yè)對(duì)其采取了一定的污染處理和防治措施，但主要是針對(duì)高濃度甲醇廢水；而對(duì)低濃度甲醇廢水，并沒(méi)有引起足夠的重視。同時(shí)，低濃度甲醇廢水中甲醇的含量低、揮發(fā)性高、親水性強(qiáng)、極性大，采用傳統(tǒng)的精餾或萃取等方法對(duì)其進(jìn)行處理的設(shè)備投資大、成本高、效率低，經(jīng)

3、濟(jì)上難為大多數(shù)企業(yè)所接受,導(dǎo)致低濃度甲醇的污染日趨嚴(yán)重。雖然目前采用活性炭吸附、曝氣法、厭氧生物等方法處理甲醇廢水有一定的效果；但是它們不僅成本高、工藝復(fù)雜、曝氣時(shí)間長(zhǎng)、難以滿足大批量生產(chǎn)的要求，而且還會(huì)造成二次[1]污染，所以不能推廣使用。而滲透汽化膜分離技術(shù)對(duì)于廢水中甲醇的脫除具有明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)發(fā)展?jié)摿O大的廢水處理技術(shù)，受到人們的廣泛重視。所謂滲透汽化（或滲透蒸發(fā)），是利用各組分在膜中的溶解和擴(kuò)散速率不同，以膜下游側(cè)負(fù)壓為推動(dòng)力，使料液優(yōu)先滲透組分溶解-汽化通過(guò)膜，達(dá)到混合物分離的一種膜分離技術(shù)。其中，膜是滲透汽化的核心，它是提高滲透汽

4、化分離效果的關(guān)鍵因素之一。針對(duì)巢湖瑞雪公司生產(chǎn)甲醛阻聚劑產(chǎn)生的低濃度甲醇廢水需要處理的技術(shù)難題，并根據(jù)甲醇在水中解離度較大（pKa=15.5）的特點(diǎn)，選用荷正電Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenyleneoxide)[2](PPO)膜滲透汽化對(duì)其進(jìn)行了分離。在實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇使甲醇透過(guò)膜，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程能耗的最小*基金項(xiàng)目：安徽省級(jí)自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目(Nos.ZD2008002,KJ2008A072)通訊聯(lián)系人.Tel:+865513601587.E-mail:twxu@ustc.edu.cn1化。主要探討了料液溫度、滲透時(shí)間等參數(shù)對(duì)分離效

5、果的影響，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析。這項(xiàng)研究對(duì)膜分離技術(shù)在廢水處理等環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用具有積極的意義。2實(shí)驗(yàn)部分滲透汽化裝置（天大北洋化工）；SP-6801型氣相色譜儀。實(shí)驗(yàn)中所使用的荷正電PPO2膜系實(shí)驗(yàn)室自制，滲透汽化有效膜面積約為14.9cm。真空度維持在0.08MPa。3.結(jié)果與討論3.1、低濃度甲醇水溶液滲透汽化分離的可行性為了探討滲透汽化分離低濃度甲醇廢水的可行性和色譜分析低濃度甲醇水溶液的效果，分別配制濃度為0.5％、1％、2％和6％的甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行色譜分析（氫火焰檢測(cè)器），結(jié)果如圖1所示。同時(shí)為了考察溫度對(duì)分離效果的影響，分別測(cè)試料液溫度在40℃、50℃

6、、60℃時(shí)的分離效果，結(jié)果如圖2所示。（為了進(jìn)行對(duì)比，每種濃度進(jìn)行5次平行實(shí)驗(yàn)。）圖1.0.5％、1％、2％、6％甲醇溶液的色譜圖圖2.40℃、50℃、60℃下甲醇溶液的色譜圖由圖1和2可知：采用滲透汽化法分離低濃度甲醇水溶液，用氣相色譜分析其組成在實(shí)驗(yàn)上是可行的。3.2、荷電PPO膜滲透汽化分離工業(yè)低濃度甲醇廢水的研究3.2.1、料液溫度與擴(kuò)散通量的關(guān)系選取COD為156528和1310mg/l的廢水進(jìn)行滲透汽化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。2600(a)Feedtemperature180(b)o40.5C)50056.5oC)-1-1150ho70.5Ch-24

7、00-2120Feedtemperatureo3009041Co55CFlux(kgm200Flux(kgm60o67.5C100305101520253051015202530Permeationtime(min)Permeationtime(min)圖3.料液溫度與滲透通量的關(guān)系圖，(a)COD=156528mg/l；(b)COD=1310mg/l.由圖3(a)可知：對(duì)于重污染甲醇廢水，當(dāng)滲透時(shí)間相同時(shí)，通量隨著料液溫度的升高o而增大，當(dāng)料液溫度為56.5C時(shí)，通量達(dá)最大值。這是因?yàn)椋杭状际且讚]發(fā)物質(zhì)，溫度升o高有利于甲醇的滲透，所以滲透通量隨著溫度的升高

8、而增大。但是，甲醇的沸點(diǎn)約為65C，過(guò)