發(fā)酵廢水中乙醇分離技術(shù)研究

湯 敏， 侯建平

(重慶市江北區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 404100)

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發(fā)酵廢水中乙醇分離技術(shù)研究

湯 敏， 侯建平

(重慶市江北區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 404100)

闡述了主要過濾與分離方法的特點(diǎn)，找到了適合發(fā)酵廢水中乙醇的分離提純方法，分析指出了蒸餾法(共沸精餾)是適合發(fā)酵廢水中酒精分離的方法。

發(fā)酵廢水；乙醇；分離

1　引言

生活廢水在厭氧發(fā)酵后生成甲醇、乙醇、乙酸等物質(zhì)，筆者主要分析了過濾和分離方法的特點(diǎn)，以找出適合發(fā)酵廢水中乙醇分離的技術(shù)。

2　主要過濾和分離方法

2.1納濾

納濾膜以壓力差為推動力，利用納米級膜表面孔徑實(shí)現(xiàn)對介質(zhì)的分離。其具有制作精細(xì)、去除分子尺寸為單位納米級、結(jié)構(gòu)疏松等優(yōu)點(diǎn)[1]。其呈現(xiàn)出復(fù)合膜形態(tài)，較多為三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，與反滲透膜相比，孔結(jié)構(gòu)較為松散而尺寸較大，立體空間更大，同時，其表面帶有電荷，對不同電荷和不同價態(tài)的離子有不同的 Donnan 排斥效應(yīng)，因此，其孔徑和表面電荷特征成為納濾膜其具備獨(dú)特分離性能的基礎(chǔ)[2]。

納濾膜應(yīng)用中，其對多價離子有機(jī)物的脫除效果較好，因此，其在有機(jī)物的處理和化工原料的脫鹽純化中應(yīng)用較為廣泛，如有機(jī)物的脫鹽與濃縮等[2～4]。同時，由于其分離性能介于超濾和反滲透之間，因而相對其它滲透膜應(yīng)用，其具有通量高、滲透壓差低、操作維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。因此，納濾作為一種綠色、高效的分離技術(shù)廣泛的在國內(nèi)外的不同領(lǐng)域應(yīng)用[2～7]。不過，納濾膜主要應(yīng)用與截留大分子有機(jī)物，廢水中不僅有大量的大分子物質(zhì)，還有小分子酸和其他的小分子醇，所以納濾用于分離廢水中酒精難度較大。

2.2蒸餾法

蒸餾法包括簡單蒸餾、共沸蒸餾、萃取蒸餾和加鹽蒸餾法[8]。簡單蒸餾法在化工生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。在應(yīng)用中，其基于有機(jī)物的不同沸點(diǎn)而調(diào)節(jié)蒸餾溫度可以實(shí)現(xiàn)對廢有機(jī)溶劑的回收利用，因此，該法對有機(jī)溶劑的回收率較高，這不僅有利于環(huán)境保護(hù)，而且有利于廢物的回收利用，降低運(yùn)行成本；但是此法能耗較大，不利于分離廢水中酒精[9]。

共沸精餾法是通過向共沸溶液中加入共沸劑而實(shí)現(xiàn)不同組分的分離。共沸劑的選擇是影響該法良好效果的重要因素。所選擇的共沸劑應(yīng)具有能與原溶液中的某個組分形成共沸物，且所形成共沸物的揮發(fā)度與原有各組分的揮發(fā)度相差較大，易于回收和分離，熱穩(wěn)定性好，無毒、無腐蝕性、價格低廉等特點(diǎn)[9，10]。實(shí)際應(yīng)用中，常用共沸劑為異丙醚、苯等，其易于得到無水醇產(chǎn)品，但是共沸劑回收方式不便[9，10]。

萃取精餾法通常是通過添加沸點(diǎn)高、不與原料反應(yīng)的溶劑，從而使難分離物轉(zhuǎn)化為易分離物并最終實(shí)現(xiàn)預(yù)分離物的分離。其在近沸點(diǎn)物和共沸物的分離中應(yīng)用較為普遍。在該精餾法應(yīng)用中，汽油、乙二醇為常用萃取劑，同時，萃取劑回收方式簡便，能耗小，但對回收設(shè)備要求嚴(yán)格，且溶劑損失和醇的純度存在工藝上的不可兼得性[9]。

加鹽精餾法通過基于鹽效應(yīng)而改變汽液平衡進(jìn)而實(shí)現(xiàn)被分離物的高效分離。與前兩個精餾方法相比，其具有處理效果好、處理效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)[9]。但其原料加入方式復(fù)雜，對設(shè)備要求高，同時所加的原料鹽對機(jī)器的腐蝕性較大，精餾劑回收困難且回收效率低。

2.3液液萃取法

液液萃取在廢水治理中泛應(yīng)用較為普遍，在產(chǎn)業(yè)化的蒸餾應(yīng)用中起到非常重要的作用。其具有設(shè)備成本低、處理效率較高等優(yōu)點(diǎn)，但還具有容易造成二次污染、溶劑分離困難，單次萃取效果差等問題[11]。

2.4樹脂吸附法

樹脂吸附法是以高交聯(lián)度球粒狀的樹脂為吸附劑，通過基質(zhì)之間的親和作用(靜電引力、范德華力)而實(shí)現(xiàn)對吸附質(zhì)的分離。該吸附劑物理組織多孔、不溶于溶劑，對有機(jī)物的吸附去除效果好。溶質(zhì)在水中的溶解度對吸附劑吸附能力的影響較大。一般來講，溶解度越大，吸附劑對吸附質(zhì)的吸附阻礙越小，吸附效果越好。而由基質(zhì)之間的親和力所引起的溶質(zhì)對樹脂的親合程度是影響該吸附劑吸附能力的另一重要因素[11]。

在實(shí)際應(yīng)用中，大孔吸附樹脂對含有芳環(huán)、分子量較高的有機(jī)物，如硝基酚、苯胺等有很好的吸附處理效果[11～15]。因此，其在有機(jī)化工廢水的處理中應(yīng)用較為廣泛。在應(yīng)用中，其可吸附回收廢水中大部分有用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污染物的綜合利用與資源化[11]。除此之外，其還被廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的分離和提純中[11～16]，如中藥提純和生物醫(yī)學(xué)工程等。

2.5微波技術(shù)

近年來微波技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展較快，其廣泛的應(yīng)用在微波波譜分析、色反應(yīng)和熱霧化等方面[17～20]。微波在化學(xué)分離的研究尚處于初級階段[21]。由于微波對水和脂肪類物質(zhì)的快速加熱功能，使得乳液中油與水的分離速率存在較大差異，因此，?？嗣梨诠鹃_發(fā)出了微波破乳分離技術(shù)，應(yīng)用于油水乳化液的分離中，應(yīng)用效果較好[21]。

3　結(jié)語

蒸餾法、萃取法、樹脂吸附和微波技術(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)乙醇的分離。其中萃取法由于萃取劑一般具有一定的環(huán)境危害性，容易造成二次污染，一般不考慮用此方法。樹脂吸附可以用來乙醇分離，但是一般主要用于大分子物質(zhì)分離，而且脫附也相對麻煩。微波分離技術(shù)用于乙醇的分離，其主要是因為介電性不同，廢水中物質(zhì)種類太多，不知道其實(shí)用性怎樣，還有待探索。納濾技術(shù)也可用于分離，不過納濾成本高，分離后難得到純的乙醇，還得加工處理后才能實(shí)現(xiàn)分離。共沸精餾對小分子低沸點(diǎn)有機(jī)物有較好的提純作用，而甲醇和乙醇都是小分子低沸點(diǎn)有機(jī)物，因此，共沸精餾是能得到乙醇最純的辦法。

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2016-05-08

湯敏(1980—)，女，碩士，高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作和水治理技術(shù)的研究。

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