電滲析深度處理甘氨酸生產廢水的應用研究

劉三六，姚 紅，趙信文，周祖堯

(湖北興發化工集團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廢水的應用研究

劉三六，姚 紅，趙信文，周祖堯

(湖北興發化工集團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深度處理甘氨酸生產廢水，降低廢水中的鹽分、氨氮及COD含量，使廢水達標排放。結果表明：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，可滿足工業化生產。

電滲析；氨氮；COD

當前，國內通常采用氯乙酸氨解法生產工業級甘氨酸[1-2]，此過程會產生大量含有氯化銨的母液，在回收氯化銨工序中，蒸發冷卻結晶產生的冷凝廢水含高氨氮、甲醛、甲醇及COD等，必須經過物化法中的氨氮吹脫處理后才能重復利用或者達標排放[3]。但是，該廢水易產生氯化鈉晶體，嚴重堵塞后處理系統的吸收塔和冷凝器，而且富含高氨氮、COD的廢水均無法達標排放。為解決該問題，本文采用電滲析法深度處理甘氨酸生產廢水中的鹽分，降低氨氮含量及COD含量，進而使廢水高效重復利用或者達標排放。

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分離過程，廣泛應用于帶電介質與不帶電介質的分離,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 實驗

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，杭州藍然環境技術有限公司提供；便攜式電導率儀：量程0～200 ms/cm，上海儀電科學儀器；離子色譜儀：940系列，瑞士通。

1.2 電滲析實驗步驟

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；開啟循環泵，調整濃水池、淡水池流量在300～400 L/h，極水池流量在250～300 L/h；循環2～3min后，將淡水池pH值調至9左右；記錄水池中的液位、電導率、pH值、溫度、用電表讀數；開啟整流器開關，調節電壓旋鈕，使電流穩定在10 A，最大電壓不能超過40 V，電滲析實驗開始；每隔5min，記錄電流、電壓、電導率、溫度、pH值、液位及特殊現象；當電導率不再變化或規定時間達到時，終點到達，關閉整流器和循環泵開關，實驗結束。

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[5]。

1.3.3 COD測定

采用重鉻酸鉀法測定COD含量，以百分比計[6]。

1.3.4 脫鹽率計算

m淡水側-淡水質量；ω淡水側-淡水中氯化鈉質量分數；

m原液-原液質量；ω原液-原液中氯化鈉質量分數。

2 結果與討論

2.1 電滲析電流

實驗條件：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pH值至9；濃水側加入3 kg蒸餾水，電滲析時間均為30min，具體按照1.2實驗步驟。

實驗結束后，結果見圖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；當電流達到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95.8%；繼續增大電流時，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

實驗條件：取8 kg初始廢水(同上) 放入淡水池中，濃水側加入3 kg蒸餾水，電滲析時間均為30min，具體按照1.2實驗步驟。

圖3 電滲析過程中pH值對脫鹽率、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，調節廢水pH值，脫鹽率沒有大的波動，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pH值=9時，氨氮含量可控制在100 mg/L以內，COD含量可控制在10000 mg/L以內。由此可得，廢水pH值不是影響電滲析脫鹽率的關鍵因素，但是廢水pH是影響氨氮含量、COD含量的關鍵因素。

2.3 濃水側初始溶液

實驗條件：取8 kg初始廢水(同上) 放入淡水池中，電滲析時間均為30 min，具體按照1.2實驗步驟，濃水側分別放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實驗步驟。

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，脫鹽率最大，電滲析實驗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，脫鹽率也接近90%，說明濃水池初始溶液性質對脫鹽率影響較小；電滲析實驗完濃水池的氨氮含量在1000 mg/L以上，COD含量在10000 mg/L以上，說明初始溶液性質對氨氮含量和COD含量有較大的影響。由此可得，濃水側分別放蒸餾水、取樣廢水和電滲析濃水池廢水既能滿足公司對脫鹽率的要求，又循環利用了濃水側的廢水，可提高利用率，減少污水排放。

2.4 工業化裝置設計方案

根據小試結果，初步確定工業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驗廢水，電滲析實驗時間控制在30min以內。

根據有效面積2 m2電滲析器、實驗廢水8 kg及每批實驗時間30min計算，該電滲析器的電離效率為0.015 t/(h·m2)。按照公司產生廢水流量18 t/h推算，需要電滲析膜面積為1200 m2，若每臺設備電滲析面積為200 m2，需要6臺設備運行。建議引進電滲析中試設備，需與杭州藍染環境技術有限公司溝通，拿出詳細的成本方案，包括設備購置費、用電費用、膜維修費用等成本。

3 結語

根據小試裝置的實驗數據，可大致確定工業化裝置參數。鑒于電滲析膜規格較多、性能各異且價格相差甚遠，建議引進電滲析中試設備時，與設備廠家密切溝通，確定詳細的成本方案，包括設備購置費、用電費用、膜維修費用及膜使用周期等。

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

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

[3] 王 楓.甘氨酸廢液綜合治理工藝及實驗研究[D].天津：河北工業大學，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，2003：1-12.

[5] 高春燕.納氏試劑比色法測定水中氨氮的影響[J].環境科學導刊，2010，29(5)：92-94.

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

(本文文獻格式：劉三六，姚 紅，趙信文，等.電滲析深度處理甘氨酸生產廢水的應用研究[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，從事甘氨酸生產技術管理工作；通訊作者：姚 紅(1983—)，男，湖北當陽人，工程師，碩士，主要從事甘氨酸新工藝的技術研發工作。

X703.1

A

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