极稀醋酸废水处理的双极性膜电渗析法

第2o卷第2期2000年4月膜科学与技术．MEMBRANESCIENCEANDTECHL0GY、1．20No2ADr．200O【一j，3一极稀醋酸废水处理的双极性膜电渗析法丝毫黄科蒋维钧(清华大学化工系，北京100084)7、。摘要探索了用双极性膜电渗祈法处理台质量分数为0．2％醋酸废水的可行性．初步实验验证废水中的醋酸可以得到有效清除，并且可以回收得到36％以上的浓缩醋酸．应该进一步解决的问题是设法提高过程的电流效率，降低过程的能耗关键词双极±毛电渗祈醋酸回收~~r-bd2呵_分类号TQ028．8在许多生产过程中会产生稀醋酸废水，其中多数情况下醋酸含量在1％(质量分数，下同)以下，废水量最大可达每年4O万t．由于牧有好的处理方法，这些废水一般都被排掉．若能进行有效的处理，则可以：(1)保护环境，有良好的环境和社会效益；(2)回收资源，废水中所含醋酸可以得到回收利用；(3)节约水源，脱除了醋酸后的水可能作为工艺用水循环利用对于稀醋酸的处理，一般有三种方法可供选择，一是利用萃取的方法将废水中的醋酸分离出来_l；二是经中和后进行生化处理；三是利用吸附的方法-这些方法的缺点是对极稀醋酸萃取处理时容易将萃取剂带人废水，有潜在的二次污染的可能；生化处理不能将醋酸回收，水的回用也比较麻烦；吸附时由于吸附剂需再生而使过程变得相对复杂．因此，到目前为止仍然没有成熟的技术可以用来处理极稀醋酸废水．曾有文献报道用普通电渗析处理含2．5％醋酸的废水，废水中的醋酸可以浓缩到20％，但是当水中醋酸浓度降为0．1％时操作电压急剧上升．另外，还有用普通电渗析法从发酵液中提取醋酸的报道可供参考-．在此基础上，本文提出了使用双极性膜电渗析法来回收极稀废水中的醋酸，并对此法作了可行性研究．收稿日期：1999—11—06第一作者：男，19fi7年生，工学博士，副教授*清华大学化工系主任基金资助项目萌芰1原理和实验暖，州褂卜图1双极性膜电渗析法回收醋酸的原理维普资讯http://www.cqvip.com32·膜科学与技术第20卷1．2实验实验中使用了两个膜单元，每张膜的尺寸为l0Ⅲl×20cm所用的双极性膜为自美国Agualytlcs购得的BP一1双极性膜，阴离子交换膜为上海原子核研究所研制由于每次实验时从淡室迁移到浓室的醋酸量是极其微小的，浓室的醋酸浓度几乎不变，所以在每次实验时，直接将配制好的一定浓度的醋酸水溶液置于浓室图2给出了一组典型的废水侧(淡室)pH值随实验时间的变化趋势的实例，图中数据所对应的操作电压为30v，浓酸侧(浓室)的浓度分别为70％、50％、30％和10％，废水量为每次350mLDH高于7的原因是水中含有的少许金属离子最终被转化为碱的缘故．部分其它实验条件及实验结果列于表1．t／min图2pH值随时间的变化曲线表1双极性膜电渗析法处理醋酸废水的实验条件和结果2可行性分析2．1技术可行性从以上结果可以清楚地看到双极性膜电渗析法用于含极稀醋酸废水的处理在技术上是可行的，废水中的醋酸可以得到有效的清除，并且可以得到36％以上的浓缩醋酸．用配置的稀醋酸进行实验时，可将水中COD值由原始的1260mg／L降低到129mg／L，验证了绝大部分的醋酸可以得到清除我们还用采自生产现场的废水进行了实验，现场废水中除了含有0．2％的醋酸以外，还含有其他的有机物．实验可以发现，经处理的废水的pH值可以从4升高到7，说明醋酸可以有效地被清除．用采自现场的含有除醋酸之外的其它有机物的废水进行实验时，废水的COD值则由2560mg／L降低到了1500mg／L，说明不能电离的有机物不能通过该法得到清除．2．2存在的问题初步实验虽然验证了技术上的可行性，但也存在一些问题．第一是平均电流效率比较低，一般在4o％左右．平均电流效率的定义为E=nF／『Nit)式中，n为从淡室迁移到浓室的醋酸摩尔量；F为法拉第常数(96500C／too1)；N为实验用膜单元的对数(本次实验中N=2)；I为平均电流(A)；t为实验时间(s)．第二是过程的能耗还比较高．电流效率比较低，能耗相对较高的原因初步分析为：(1)醋酸有可能以分子扩散的方式从浓室渗透到淡室；(2)可能有部分醋酸分子扩散到双极性膜的中间，在阴阳离子交换层的界面处离解；(3)消耗在淡室和浓室溶液上的电压降可能偏大；(4)部分电能转化成热能，使电能利用受到损失．2．3扩散渗漏的初步验证为了验证上述分析，还用以下装置(图3)进行了在没有加电场的情况下醋酸通过阴离子交换膜和双极性膜的分子扩散渗漏试验在扩散池的一侧放置纯水，在另外一侧放置一定浓度的醋酸水溶液，检测纯水侧pH值的变化可以得到分子扩散渗漏的数据．图4给出了50％、30％和l0％醋酸分别通过阴膜和双极性膜向纯水侧扩散的实验结果，发现醋酸通过阴离子交换膜的扩散渗漏比通过双极性膜的