溶劑回收膜在有機(jī)廢水中的應(yīng)用

一、溶劑回收膜

1.1 簡介

溶劑回收膜是滲透汽化膜的一種。利用料液膜上下游某組分化學(xué)勢差為驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，利用膜對料液中不同組分親和性和傳質(zhì)阻力的差異實(shí)現(xiàn)選擇性。

1.2原理

具有致密皮層的滲透汽化膜將料液和滲透物分離為兩股獨(dú)立的物流，料液側(cè)（膜上游側(cè)或膜前側(cè)）一般維持常壓。滲透物側(cè)（膜下游側(cè)或膜后側(cè)）則通過抽真空或載氣吹掃的方式維持很低的組分分壓。在膜兩側(cè)組分分壓差的推動(dòng)下，料液中各組分?jǐn)U散通過膜，并在膜后側(cè)汽化為滲透物蒸汽。由于料液中各組分的物理化學(xué)性質(zhì)不疼痛，它們在膜中的熱力學(xué)性質(zhì)（溶解度）和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)（擴(kuò)散速度）存在差異，因而料液中各組分滲透通過膜的速度不同，易滲透組分在滲透物蒸汽中的份額增加，難滲透組分在料液中的濃度則得以提高?？梢?，滲透汽化膜分離過程主要是利用料液中各組分和膜之間化學(xué)物理作用的不同來實(shí)現(xiàn)分離的。滲透汽化過程中有組分發(fā)生相變，相變所需的潛熱由原料的顯熱來提供。

1.3產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）膜性能高：濃縮倍數(shù)高、處理量大；

（2）膜壽命長：支撐層與功能層結(jié)合強(qiáng)度高；

（3）高耐溶脹性：底膜、功能層及密封膠均經(jīng)過改性以增強(qiáng)材料的耐溶脹性。

二、溶劑回收膜在有機(jī)廢水中的應(yīng)用

2.1背景

在化工行業(yè)、制藥行業(yè)中會(huì)產(chǎn)生許多有機(jī)廢水，這些廢水的有機(jī)物濃度往往較低、可生化性差、并且含有可回收利用的溶劑，如果直接排放會(huì)造成環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)。采用傳統(tǒng)蒸餾法，能耗太大、焚燒法會(huì)產(chǎn)生廢氣/廢水等二次污染、生化法需要用大量水稀釋，并且有些有毒物難以降解。

2.2有機(jī)物回收利用

對于一些化工或者制藥廠家，在工序段中會(huì)使用一些較貴的有機(jī)物作為溶劑或萃取劑，而這些有機(jī)溶劑或多或少的都會(huì)溶于水中，形成低濃度有機(jī)廢水。由于這部分廢水量較大，如果不對有機(jī)物加以回收利用的話，會(huì)造成較大的浪費(fèi)。

2.2.1 乙酸丁酯廢水的處理

在青霉素生產(chǎn)工藝中，常常會(huì)用到乙酸丁酯作為萃取劑，部分丁酯就會(huì)溶解于水中，形成飽和的萃余廢水，這部分廢水不能直接進(jìn)入生化系統(tǒng)，而且丁酯的回收價(jià)值很大，所以可以采用溶劑回收膜對這部分丁酯回收利用。

圖1 工藝流程圖

飽和的丁酯廢液經(jīng)過原料泵循環(huán)通過膜組件，在膜中滲透汽化，經(jīng)冷凝器將氣體冷卻成液體，流向分相器中，上層為丁酯可以回用，下層為飽和丁酯溶液再返回原料側(cè)進(jìn)行循環(huán)處理。

表1 膜法回收乙酸丁酯廢水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)估

從表1中可以看到，每處理1噸的丁酯廢水，企業(yè)會(huì)盈利5.2元。而傳統(tǒng)的工藝每處理一噸廢水，企業(yè)需要花費(fèi)3~6元。綜上，溶劑回收膜在處理丁酯廢水的時(shí)候，不僅可以幫助企業(yè)處理廢水，還可以給企業(yè)帶來收入。

2.2.2異丁醇廢水的處理

在精細(xì)化工行業(yè)中，異丁醇是一種重要的溶劑，所以也就會(huì)產(chǎn)生大量的異丁醇廢水。

膜法回收工藝流程圖

表2 膜法回收異丁醇廢水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)估

從上表中可以直觀看出，通過膜工藝處理脫溶液物料，其回收物的價(jià)值已經(jīng)超過該套設(shè)備的運(yùn)行能耗，也就是說該套設(shè)備不僅具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，而且還能減少廠區(qū)廢水的環(huán)保治理壓力，為企業(yè)節(jié)省一大筆廢水治理投入。

2.2.3乙腈廢水的處理

乙腈是多肽生產(chǎn)過程中重要的溶劑，在多肽生產(chǎn)過程中乙腈不可避免地與水混合，乙腈廢水造成乙腈的大量流失。對于這部分乙腈，若不及時(shí)控制回收，不僅會(huì)對制藥企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)對接觸者的健康和周圍的環(huán)境造成威脅，因此物料中乙腈的回收治理就顯得十分重要，其回收率的高低及回收能耗對企業(yè)的經(jīng)營成本有著顯著影響。

工藝流程圖

表3脫溶液膜法回收處理裝備的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)估

通過膜工藝處理乙腈廢水，其回收物的價(jià)值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該套設(shè)備的運(yùn)行能耗?？紤]設(shè)備折舊費(fèi)和動(dòng)力運(yùn)行費(fèi)，每處理一噸乙腈廢水，能夠?yàn)闃I(yè)主單位增加495.4元的收益（如果要考慮業(yè)主處理30wt%乙腈廢水的支出費(fèi)用，業(yè)主的實(shí)際收益會(huì)更明顯）。

2.2.4正丁醇廢水的處理

正丁醇是多種涂料的溶劑、制增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯的原料，也用于制備丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、乙二醇丁醚以及作為有機(jī)合成中間體和生物化學(xué)藥的萃取劑，還用于制造表面活性劑。

所以在涂料行業(yè)、化學(xué)合成行業(yè)中有大量的正丁醇廢水。

工藝流程圖

飽和的正丁醇廢液經(jīng)過原料泵循環(huán)通過膜組件，在膜中滲透汽化，經(jīng)冷凝器將氣體冷卻成液體，流向分相器中，上層為正丁醇可以回用，下層為飽和正丁醇溶液再返回原料側(cè)進(jìn)行循環(huán)處理。

表4正丁醇廢水回收治理裝置的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)估

2.2.5其它廢水

2.2.6小結(jié)

綜合上述案例來說，溶劑回收膜工藝應(yīng)用到該類廢水體系中，具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

1. 通過膜法回收實(shí)驗(yàn)裝置，可將溶液中的有機(jī)溶劑提濃回收并加以利用；

2. 膜法工藝運(yùn)行條件溫和，設(shè)備集成度高。與精餾回收工藝相比，濃縮回收效率更高；

3. 不斷通過中試實(shí)驗(yàn)分析檢測，在膜設(shè)備運(yùn)行周期內(nèi)，膜性能良好，使用壽命長；

4. 經(jīng)過詳細(xì)測算，膜法工藝回收的有機(jī)物價(jià)值超過整體設(shè)備的運(yùn)行能耗，兼具了經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)保效應(yīng)。

2.3廢水達(dá)標(biāo)排放

對于紡織業(yè)、皮革廠等類型的企業(yè)，廢水中的有機(jī)物多而雜，COD較高，不能直接進(jìn)入生化系統(tǒng)，并且也沒有太高的回用價(jià)值。對于這類型廢水，采用溶劑回收膜工藝可以降低廢水中的COD，使之達(dá)到進(jìn)生化的要求。

2.3.1 醫(yī)藥行業(yè)末端廢水的處理

醫(yī)藥行業(yè)末端廢水不僅水量巨大，當(dāng)中往往含有多種有機(jī)物，且濃度較高，無法直接排入生化系統(tǒng)。如果委托第三方處理，產(chǎn)生的污水處理費(fèi)會(huì)給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)營壓力。因此廢水的減量處理顯得十分重要。

根據(jù)某企業(yè)提供的信息，車間滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)每小時(shí)可產(chǎn)生200kg廢水，該股物料無色透明，主要成分是甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、甲苯、乙酸還有少量無機(jī)鹽和有機(jī)鹽。

本套技術(shù)方案中涉及的廢水減量設(shè)備的處理能力按照200 kg/h來設(shè)計(jì)，廢水初始濃度為15 wt%，初始COD值約為150000 mg/L。

物料守恒圖

從物料守恒圖中，原料初始COD150000mg/L，經(jīng)過膜工藝處理之后，滲余測COD降至4290mg/L，這部分進(jìn)入生化處理，滲透側(cè)的廢水交給第三方處理。

表5膜法回收工藝系統(tǒng)參數(shù)

2.3.2紡織業(yè)廢水的處理

在紡織業(yè)以及皮革行業(yè)中，廢水的種類通常多而雜，造成了COD較高，不可進(jìn)生化。由于有機(jī)物種類繁多，既有高沸點(diǎn)也有低沸點(diǎn)，精餾法也不能有效的將有機(jī)物與水分開。采用溶劑回收膜工藝，可以將有機(jī)物最大限度的與水分開，盡可能降低COD。

物料守恒圖

從物料守恒圖中，原料初始COD10000mg/L，經(jīng)過膜工藝處理之后，滲余測COD降至1128mg/L，這部分進(jìn)入生化處理，滲透側(cè)的廢水作為危廢燃燒處理。經(jīng)過膜處理后，減輕了生化的負(fù)荷，也使后續(xù)燃燒處理的廢水減量。

表6膜法回收工藝系統(tǒng)參數(shù)

2.3.3其它廢水

2.3.4小結(jié)

綜合上述案例來說，溶劑回收膜工藝應(yīng)用到該類廢水體系中，具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）對廢水進(jìn)行減量處理；

（2）減輕生化處理的負(fù)荷；

（3）對有機(jī)物種類繁多的廢水具有良好的處理效果。

三、總結(jié)

從以上實(shí)例說明，溶劑回收膜不論是對單一廢水體系或者對多組分的廢水體系都具有很好的處理效果，并且膜工藝系統(tǒng)的設(shè)備占地較小，能耗較低。