電滲析深度處理甘氨酸生產(chǎn)廢水的應(yīng)用研究

劉三六，姚 紅，趙信文，周祖堯

(湖北興發(fā)化工集團(tuán)宜昌金信化工有限公司，湖北 宜昌 443000)

電滲析深度處理甘氨酸生產(chǎn)廢水的應(yīng)用研究

劉三六，姚 紅，趙信文，周祖堯

(湖北興發(fā)化工集團(tuán)宜昌金信化工有限公司，湖北 宜昌 443000)

提出了用電滲析膜分離技術(shù)深度處理甘氨酸生產(chǎn)廢水，降低廢水中的鹽分、氨氮及COD含量，使廢水達(dá)標(biāo)排放。結(jié)果表明：廢水中氯化鈉含量、氨氮含量和COD含量分別可可降低至0.1%、1.00×10-4以下和1.00×10-3以下，處理效果顯著，可滿足工業(yè)化生產(chǎn)。

電滲析；氨氮；COD

當(dāng)前，國內(nèi)通常采用氯乙酸氨解法生產(chǎn)工業(yè)級(jí)甘氨酸[1-2]，此過程會(huì)產(chǎn)生大量含有氯化銨的母液，在回收氯化銨工序中，蒸發(fā)冷卻結(jié)晶產(chǎn)生的冷凝廢水含高氨氮、甲醛、甲醇及COD等，必須經(jīng)過物化法中的氨氮吹脫處理后才能重復(fù)利用或者達(dá)標(biāo)排放[3]。但是，該廢水易產(chǎn)生氯化鈉晶體，嚴(yán)重堵塞后處理系統(tǒng)的吸收塔和冷凝器，而且富含高氨氮、COD的廢水均無法達(dá)標(biāo)排放。為解決該問題，本文采用電滲析法深度處理甘氨酸生產(chǎn)廢水中的鹽分，降低氨氮含量及COD含量，進(jìn)而使廢水高效重復(fù)利用或者達(dá)標(biāo)排放。

電滲析(ED)是一種利用離子在直流電場下遷移作用的電化學(xué)分離過程，廣泛應(yīng)用于帶電介質(zhì)與不帶電介質(zhì)的分離,工作原理示意圖如圖1[4]。

圖1 電滲析工作原理示意圖

Fig.1 Schematic diagram of electrodialysis machanisim

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑及儀器

廢水：含氯化鈉、氨氮、甲醛、甲醇及COD，pH值=11，公司吹脫系統(tǒng)處理得到；鹽酸：含量31%～36%，AR，西隴化工；固體氫氧化鈉：AR，西隴化工；固體氯化鈉：AR，西隴化工；蒸餾水：pH值=6.8～7.0，氯離子含量0.08%，自制。

電滲析器：有效面積2 m3，杭州藍(lán)然環(huán)境技術(shù)有限公司提供；便攜式電導(dǎo)率儀：量程0～200 ms/cm，上海儀電科學(xué)儀器；離子色譜儀：940系列，瑞士通。

1.2 電滲析實(shí)驗(yàn)步驟

配置5000 mL 濃度約為1%～2%的氯化鈉水溶液，加入極水池中；稱取8 kg過濾廢水，加入淡水池中；稱取3 kg蒸餾水，注入濃水池中；開啟循環(huán)泵，調(diào)整濃水池、淡水池流量在300～400 L/h，極水池流量在250～300 L/h；循環(huán)2～3min后，將淡水池pH值調(diào)至9左右；記錄水池中的液位、電導(dǎo)率、pH值、溫度、用電表讀數(shù)；開啟整流器開關(guān)，調(diào)節(jié)電壓旋鈕，使電流穩(wěn)定在10 A，最大電壓不能超過40 V，電滲析實(shí)驗(yàn)開始；每隔5min，記錄電流、電壓、電導(dǎo)率、溫度、pH值、液位及特殊現(xiàn)象；當(dāng)電導(dǎo)率不再變化或規(guī)定時(shí)間達(dá)到時(shí)，終點(diǎn)到達(dá)，關(guān)閉整流器和循環(huán)泵開關(guān)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

1.3 測試與表征

1.3.1 氯化鈉測定

1.3.2 氨氮測定

采用納氏試劑分光光度法測定氨氮含量，以百分比計(jì)[5]。

1.3.3 COD測定

采用重鉻酸鉀法測定COD含量，以百分比計(jì)[6]。

1.3.4 脫鹽率計(jì)算

m淡水側(cè)-淡水質(zhì)量；ω淡水側(cè)-淡水中氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

m原液-原液質(zhì)量；ω原液-原液中氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 電滲析電流

實(shí)驗(yàn)條件：取8 kg初始廢水(氯化鈉含量1.5%、氨氮含量593.42 mg/L、COD含量16654 mg/L) 放入淡水池中，調(diào)pH值至9；濃水側(cè)加入3 kg蒸餾水，電滲析時(shí)間均為30min，具體按照1.2實(shí)驗(yàn)步驟。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，結(jié)果見圖2，隨著電流的增大，溶液中氯化鈉含量逐漸減小至0.1%以下，脫鹽效果逐漸變好,氨氮和COD含量也逐漸降低；當(dāng)電流達(dá)到10 A后，淡水池氨氮含量可降至100 mg/L左右，淡水池COD含量可降低1000 mg/L以下，脫鹽率可達(dá)95.8%；繼續(xù)增大電流時(shí)，氯化鈉含量、氨氮含量、COD含量仍有小幅降低，脫鹽率仍不斷增大。由此可得，電滲析電流是影響脫鹽率、氨氮含量、COD含量的關(guān)鍵因素，10A的電滲析電流是最佳電流。

圖2 電滲析過程中電流對(duì)脫鹽率、氨氮含量及COD的影響

Fig.2 The influence of the electrodialysis’ current on the desalination rate,the mass fraction of ammonia nitrogen and COD

2.2 pH值

實(shí)驗(yàn)條件：取8 kg初始廢水(同上) 放入淡水池中，濃水側(cè)加入3 kg蒸餾水，電滲析時(shí)間均為30min，具體按照1.2實(shí)驗(yàn)步驟。

圖3 電滲析過程中pH值對(duì)脫鹽率、氨氮含量及COD的影響

Fig.3 The influence of the pH on the desalination rate,the mass fraction of ammonia nitrogen and COD

從圖3可知，調(diào)節(jié)廢水pH值，脫鹽率沒有大的波動(dòng)，均在95%以上；但隨著pH值的增大，廢水中氨氮含量、COD含量曾明顯增大的趨勢，當(dāng)pH值=9時(shí)，氨氮含量可控制在100 mg/L以內(nèi)，COD含量可控制在10000 mg/L以內(nèi)。由此可得，廢水pH值不是影響電滲析脫鹽率的關(guān)鍵因素，但是廢水pH是影響氨氮含量、COD含量的關(guān)鍵因素。

2.3 濃水側(cè)初始溶液

實(shí)驗(yàn)條件：取8 kg初始廢水(同上) 放入淡水池中，電滲析時(shí)間均為30 min，具體按照1.2實(shí)驗(yàn)步驟，濃水側(cè)分別放3 kg蒸餾水、3 kg初始廢水、3 kg電滲析濃水池廢水，具體按照1.2實(shí)驗(yàn)步驟。

表1 脫鹽率、氨氮含量及COD含量表

從表1可知，濃水池放入蒸餾水時(shí)，脫鹽率最大，電滲析實(shí)驗(yàn)完淡水池的氨氮含量和COD含量也最低。濃水池中放入取樣廢水和濃水池廢水時(shí)，脫鹽率也接近90%，說明濃水池初始溶液性質(zhì)對(duì)脫鹽率影響較??；電滲析實(shí)驗(yàn)完濃水池的氨氮含量在1000 mg/L以上，COD含量在10000 mg/L以上，說明初始溶液性質(zhì)對(duì)氨氮含量和COD含量有較大的影響。由此可得，濃水側(cè)分別放蒸餾水、取樣廢水和電滲析濃水池廢水既能滿足公司對(duì)脫鹽率的要求，又循環(huán)利用了濃水側(cè)的廢水，可提高利用率，減少污水排放。

2.4 工業(yè)化裝置設(shè)計(jì)方案

根據(jù)小試結(jié)果，初步確定工業(yè)化裝置的操作條件為：電壓≤40V，電流≤10A，淡水池和濃水池流量均為300～400 L/h，極水池流量在250～300 L/h，淡水池pH值=9，濃水池中回用公司實(shí)驗(yàn)廢水，電滲析實(shí)驗(yàn)時(shí)間控制在30min以內(nèi)。

根據(jù)有效面積2 m2電滲析器、實(shí)驗(yàn)廢水8 kg及每批實(shí)驗(yàn)時(shí)間30min計(jì)算，該電滲析器的電離效率為0.015 t/(h·m2)。按照公司產(chǎn)生廢水流量18 t/h推算，需要電滲析膜面積為1200 m2，若每臺(tái)設(shè)備電滲析面積為200 m2，需要6臺(tái)設(shè)備運(yùn)行。建議引進(jìn)電滲析中試設(shè)備，需與杭州藍(lán)染環(huán)境技術(shù)有限公司溝通，拿出詳細(xì)的成本方案，包括設(shè)備購置費(fèi)、用電費(fèi)用、膜維修費(fèi)用等成本。

3 結(jié)語

根據(jù)小試裝置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可大致確定工業(yè)化裝置參數(shù)。鑒于電滲析膜規(guī)格較多、性能各異且價(jià)格相差甚遠(yuǎn)，建議引進(jìn)電滲析中試設(shè)備時(shí)，與設(shè)備廠家密切溝通，確定詳細(xì)的成本方案，包括設(shè)備購置費(fèi)、用電費(fèi)用、膜維修費(fèi)用及膜使用周期等。

[1] 周 青.基于電去離子技術(shù)的甘氨酸氯化銨分離工藝研究[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2013：1-9.

[2] 趙 妙.離子膜法分離制備甘氨酸工藝技術(shù)的研究[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2010：1-3.

[3] 王 楓.甘氨酸廢液綜合治理工藝及實(shí)驗(yàn)研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2005:4-17.

[4] 徐震豐.甘氨酸溶液中電滲析脫鹽提純研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2003：1-12.

[5] 高春燕.納氏試劑比色法測定水中氨氮的影響[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2010，29(5)：92-94.

[6] 周 峻，黃曉晨.對(duì)測定廢水中COD含量的研究[J].廣東化工，2015，42(4)：78-79.

(本文文獻(xiàn)格式：劉三六，姚 紅，趙信文，等.電滲析深度處理甘氨酸生產(chǎn)廢水的應(yīng)用研究[J].山東化工,2017,46(7):210-212,214.)

Electrodialysis Technology in Glycin Wastewater Treatment Applied Research

LiuSanliu,YaoHong,ZhaoXinwen,ZhouZuyao

(Hubei Xingfa Chemicals Group Co.,Ltd., Yichang 443000,China)

This theis describes a new technology of treating glycine wastewater by electrodialysis technology. Electrodialysis technology treating alkaline wastewater can reduce the contents of salinity,ammonia nitrogen and chemical oxygen damand in the wastewater in order to let the wastewater up to national discharge standard. Af the experiment of electrodialysis, the content of sodium chloride, ammonia nitrogen and chemical oxygen damand can drop to under 0.1 pecent, under 100 parts per million and 1000 parts per million respectively. Results of our experiments are satisfactory and electrodialysis technology in treating glycine wastewater holds strong promise for further devolopment.

electrodialysis;ammonia nitrogen;chemical oxygen damand

2016-07-04

劉三六(1970—)，男，從事甘氨酸生產(chǎn)技術(shù)管理工作；通訊作者：姚 紅(1983—)，男，湖北當(dāng)陽人，工程師，碩士，主要從事甘氨酸新工藝的技術(shù)研發(fā)工作。

X703.1

A

1008-021X(2017)07-0210-03