甲醇废水范文

甲醇废水范文（精选5篇）

甲醇废水 第1篇

关键词：甲醇,物理法,化学法,生物法,废水处理

甲醇对水生微生物有弱毒性,质量浓度为790mg/L的甲醇可使生物滤池中有机物的分解效果减弱;质量浓度为5000mg/L的甲醇可抑制消化池中污泥的消化[1]。甲醇废水是指在甲醇的生产或使用过程中,由精馏塔底部排出的蒸馏残液,主要含甲醇、乙醇、高级醇和醛及少量长链化合物,低温时有蜡状物质析出,其COD和BOD5一般为8000～20000mg/L和5000～10000mg/L。由于甲醇废水的BOD5/COD较高,属于易降解高浓度有机废水[2,3]。若将甲醇废水直排入水体,会对环境造成严重的污染和破坏。经过几十年的研究,国内外在甲醇废水处理方面积累了许多经验,并研发出了多种处理工艺和方法。

本文综述了近年来国内外甲醇废水的处理方法及其实际应用情况,分析了现有甲醇废水处理方法存在的问题,并提出了相应的解决办法。

1 物理法

1.1 汽化法

汽化法根据醇类物质沸点低的物理特性,利用化肥生产中较为普遍的废热锅炉为热源,汽化废水中的低沸点有机物,然后输入造气炉用于制造原料气,达到处理废水与回收原料的双重目的。汽化法在国外的应用比较广泛,在国内主要应用于化肥生产企业。湖南金信化工有限公司采用汽化法处理5 t/h的甲醇废水,甲醇质量分数约为0.17%。调节甲醇废水pH后,先送入夹套锅炉进行汽化,再送入煤气炉进行燃烧裂解,其最终产物为CO,CO2,H2等。济南化肥厂甲醇废水排放量为6.32104m3/a,甲醇废水中主要含高级醇、烯烃和有机酸等杂质。该厂采用汽化法处理甲醇废水,自投产以来甲醇废水处理效果较为稳定[4,5,6]。

汽化法在甲醇废水处理过程中存在以下问题:(1)甲醇废水对碳钢材质的压力容器腐蚀十分明显;(2)造气炉洗气塔的循环水污染严重,文献[5]报道,应用该工艺后循环水COD由400mg/L增至1000mg/L;(3)甲醇废水中含有多种组分,汽化程度及效率不尽相同,因而对造气气体的质量有不良影响;(4)废热锅炉水需定期排放,导致少量甲醇废水进入排水管道,造成二次污染。

1.2 其他物理方法

蒸馏法。酚醛树脂生产废水中含有质量分数为2%的甲醇,当废水被加热至90～95℃时,可回收81%～92%的甲醇。造纸废水中的甲醇、生产水杨酸的甲醇-水母液也可用蒸馏汽提法回收。

吸附法。吸附法主要用于处理低浓度的甲醇废水。将铝酸盐、硅酸盐和碱土金属盐溶液混合,得到m(M1O):m(M2O2):m(Al2O3)为(0.5～10):(0～1):1的物质(其中M1和M2表示金属离子),该物质可作为甲醇的吸附剂,其吸附性能优于活性炭[7]。

膜蒸馏法。刘金生[8]用中空纤维膜蒸馏组件对油田联合站质量浓度为10mg/mL的甲醇废水进行处理,在甲醇废水温度为45℃、载液温度为20℃、两侧流量为11.5mL/min、膜通量约为4.5102kg/(m2h)的条件下,处理后甲醇的质量浓度可降至0.03mg/mL以下。

2 化学法

甲醇废水化学处理法包括湿式氧化法、空气催化氧化法、化学氧化法和电解氧化法等。采用湿式氧化法处理甲醇废水较为容易,质量浓度为5000mg/L的甲醇废水经湿式氧化法处理后,甲醇去除率为76.8%。采用化学法处理甲醇废水可选用的化学氧化剂有臭氧、氯系氧化剂等。用臭氧处理甲醇废水时,中间产物是甲醛,最终产物是CO2。以A12O3-SiO2为催化剂,甲醇去除率可达85%。将高浓度甲醇废水与次氯酸钾溶液混合后,通过凝胶型SiO2也可得到较好的处理效果。采用电解氧化法处理尿素树脂生产废水,添加1mol的氢氧化钠,用不溶性PbO2作阳极,在电流密度为0.19～0.22A/cm2的条件下电解3h,废水中的甲醇全部分解。

3 生物法

3.1 好氧生物处理工艺

序批式活性污泥法(SBR)。绿源醇业公司采用SBR法处理甲醇和二甲醚生产装置的废液。进水中甲醇的质量浓度为400mg/L,COD为700～800mg/L;运行周期6～7h,截至目前废水处理效果较好。但当原水中甲醇含量突然增大时,池内污泥活性急剧下降,泥水分离效果变差,出水混浊。另外,原水中需投加氮、磷药剂或引入生活污水,以保证正常运行时的营养物配比[9]。

氧化沟工艺。该工艺具有工艺流程简单、污染物分解彻底和剩余污泥产量少等特点,对甲醇废水的处理效果较好,但处理装置造价高、占地面积大、抗冲击负荷能力有限[10]。

好氧流化床工艺。兰州石化公司化肥厂采用纯氧曝气活性污泥流化床处理甲醇废水,进水COD为1500～30000mg/L,废水流量为7t/h,处理后COD去除率大于65%,甲醇去除率为99%,但废水处理费用较高。华东某化肥厂采用好氧生物流化床处理甲醇废水,进水COD为7000～8000mg/L,处理后COD去除率大于90%,但其动力消耗较大,且出水悬浮物含量高[11]。

硝酸盐还原处理技术。Purtschert等[12]将甲醇废水作为反硝化碳源引入瑞士Zurich-Werdhülzli污水处理厂中,以提高总氮的去除效果。实验结果表明,总氮去除率可由35%提高至55%,出水水质良好。Koch等[13,14]的实验结果也证明了该工艺的有效性,在12～15℃条件下,反硝化速率可达1.0kg/(m3.d)(以N计)。

固定化细胞技术。邵伟等[15]将巴氏醋酸杆菌接种于甲醇质量分数为3.1%的甲醇废水中,振荡培养96h后,废水中的甲醇质量分数从3.1%降至0.12%,甲醇去除率达到96%。Artsukervich等[16]将嗜甲基的Candidaca boidinii细胞固定在醋酸纤维素上处理甲醇废水,实验结果表明,甲醇先被氧化为甲醛,而后再被氧化为甲酸。巫惠湘等[17]将菌种186接种于好氧生物流化床反应器中处理甲醇废水,当COD容积负荷为12.32kg/(m3d)时,甲醇去除率达96.7%。朱志文等[18,19]将3株甲醇降解菌株接种到生物活性炭反应系统中,实验结果表明,处理低浓度甲醇废水的效果明显好于丙烯酸强碱树脂、去除甲醇专用大孔专用树脂、D301树脂及颗粒活性炭。当水力负荷为0.77～0.84kg/(m3h)、停留时间为57～62min时,甲醇去除率大于90%,出水COD小于12mg/L。朱文芳等[20,21]将15株甲醇降解菌株接种于生物活性炭滤池上,对低浓度甲醇废水进行处理,实验结果表明,在进水pH为7.0～8.5、停留时间为32min、甲醇质量浓度为25～35mg/L的条件下,COD去除率可达70%以上,出水经树脂床处理后,可作为高压锅炉用水。目前,固定化生物活性炭技术已经实现了工程应用,如安徽淮化集团有限公司的甲醇冷凝液和尿素水解水混合液中甲醇质量浓度为5.90～6.89mg/L,处理后,甲醇质量浓度降至0～0.39mg/L,COD去除率达到93.6%～99.8%,出水可回用于脱盐水系统,每年可节约原水约1.3106m3[22]。

3.2 厌氧生物处理工艺

上流式厌氧污泥床(UASB)工艺。Letinga等[23,24]在利用UASB工艺处理含甲醇和其他杂醇质量分数各50%的废水时发现,在容积负荷高达17.5kg/(m3d)、污泥负荷0.58kg/(kg.d)时,COD去除率几乎为100%,出水中基本没有挥发性脂肪酸(VFA),甲醇基本上全部直接转化为甲烷。Satoshi等[25]在处理甲醇、丙酮酸混合废水时发现,较高浓度的甲醇会抑制丙酮酸的降解,丙酮酸去除率由96%降至25%;同时还发现,Methanusurcina sp.菌株是颗粒污泥中最主要的甲醇降解菌。

孟卓等[26]的研究结果表明,在容积负荷为18kg/(m3d)、污泥负荷为1.098kg/(kgd)的条件下,采用UASB工艺处理甲醇废水,COD去除率大于90%。同时证实,甲醇在转化为甲烷的过程中,以直接还原成甲烷为主要途径,而通过形成乙酸再转化为甲烷并不是主要途径。Lourdinha等[27]用UASB工艺处理甲醇废水时发现,投加痕量金属元素可提高甲烷的产率,其中钴元素的作用最为显著。当容积负荷为8kg/(m3d)时,投加钴元素后87%的有机物被转化为甲烷,甲烷产率提高3倍左右。赵洪波[28,29]采用UASB工艺处理氮肥厂及甲醇车间产生的精馏废液,废水中含甲醇和质量分数为1%～3%的高级醇,实验结果表明,当水力停留时间为45.7h、进水COD为45000mg/L、有机负荷为23.6kg/(m3.d)时,COD去除率达98%,甲醇去除率99.5%以上,乙醇去除率98.6%以上,其他高级醇的去除率可达87.5%～97.7%。泸州天然气化工厂采用UASB工艺处理甲醇废水,进水流量为0.4t/d、COD为10000～15000mg/L,处理后出水COD为300mg/L左右,COD去除率达97%。

尽管UASB工艺对甲醇废水有较好的去除效果,但在实际应用过程中也存在一些问题。当容积负荷增至22.6kg/(m3d)后,出水中出现VFA的积累;容积负荷增至1000～1500mg/L后,反应液pH迅速降至5.0,COD去除率也迅速降低。另外,由于受厌氧消化中甲烷化过程特性的制约,尚不能使出水中的有机物完全矿化,当进水中污染物浓度较高时,出水COD也难以达到低于100mg/L的水平。

厌氧生物滤床(AF)+UASB组合工艺。王诚信等[30]采用该工艺处理维纶厂聚乙烯醇(PVA)生产过程产生的甲醇废水,在进水COD为3900mg/L、pH为6.5～7.5、水力停留时间10h、容积负荷5～10kg/(m3d)的条件下,出水COD低于500mg/L,COD去除率可达87.4%。

一体化两相厌氧反应器。针对传统UASB工艺的不足,周雪飞等[31]提出采用一体化两相厌氧反应器处理甲醇废水,在容积负荷为11.1～26.8kg/(m3d)时,COD去除率维持在90%以上。该设备实现了在同一反应器内两段厌氧消化过程的分离,增强了两段之间的互补、协同作用,因而具有处理效率高、抗冲击负荷能力强、占地小、运行稳定等优点。目前,该装置已在武进精细化工厂应用,在进水负荷波动很大的情况下,厌氧系统的有机物去除率始终稳定在90%左右,出水COD为200～500mg/L[32]。

厌氧序批式反应器(ASBR)工艺。邵享文[33]利用ASBR工艺处理高浓度甲醇废水,并对甲醇废水的厌氧抑制性、处理稳定性及系统运行影响因素进行了研究。实验结果表明:COD为3000～30000mg/L的甲醇废水不会抑制产甲烷菌的活性;当容积负荷提高至9.1kg/(m3d)时,反应器运转正常,处理效率达90%以上,反应器中以甲醇直接转化为甲烷为主;当系统容积负荷高于9.1kg/(m3d)时,甲醇转化为乙酸的途径逐渐占优势,系统中的VFA大量积累,废水处理效率降低。

3.3 厌氧好氧组合工艺

毕玉燕[34]采用厌氧好氧组合工艺处理电管厂高浓度甲醇废水,COD为10000mg/L,pH为8.03,BOD5/COD为0.6。实验结果表明,当厌氧池负荷为15.4kg/(m3.d)、好氧池负荷1.5kg/(m3.d)时,出水COD稳定在100～140mg/L。长庆甲醇厂采用厌氧缺氧好氧工艺(A2/O)+曝气+活性炭过滤工艺处理该厂甲醇废水,废水流量为150t/d、进水COD为200～450mg/L、甲醇质量分数为0.03%～0.3%;处理后出水COD小于20mg/L、BOD5为10mg/L、甲醇去除率可达100%[35]。邱艳华[36]采用UASBSBR工艺处理甲醇、甲胺废水,在进水流量为3.5t/d、进水COD为700～2000mg/L、BOD5/COD为0.64、UASB水力停留时间为24h、SBR运行周期为12h的条件下,处理后出水COD小于100mg/L,总氮质量浓度小于16mg/L,且系统有一定的耐低温能力。

4 结语

甲醇生产废水处理技术应用研究 第2篇

介绍以合成氨、尿素、甲醇生产为主某煤化工企业的`废水具有水质水量变化大、高氨氮、天然营养物较少等特点,采用物化法、传统活性污泥法、UNITANK法组合工艺达到了处理效果好、运行稳定的目的.

作 者：曾科 买文宁 王敏璞  作者单位：曾科,买文宁(郑州大学水利与环境学院,郑州,450002)

王敏璞(许继联华国际环境工程公司,郑州,450004)

刊 名：化工设计 英文刊名：CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 年，卷(期)： 19(6) 分类号：X7 关键词：甲醇生产废水   物化处理   生物处理   SBR  

气相色谱法测定废水中甲醇技术分析 第3篇

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

本文选用由上海分析仪器厂制造的GC122型气相色谱仪, 其内负有FID专用检测器, FJ2000软件是其色谱工作站专用软件, 另外仪器还有电动搅拌器和冻点管。本实验选用的试剂是蒸馏水和甲醇。

1.2 实验方法

1.2.1 气相色谱条件

本实验采用的是FFAP毛细管柱, 规格为30mm*0.53mm*0.33um, 毛细管柱温度为70摄氏度, 进样器的规定温度为165摄氏度, 检测器的规定温度为160摄氏度。另外, 采用高纯氮气为载气, 流速控制在42ml/min, 空气和氢气流速分别为350ml/min和35ml.min。并且进样量选为1.0hl。

1.2.2 标准溶液配制

本实验所需溶液标准配制过程为:称取整量1.000g的色谱纯, 也即甲醇, 将之移至100ml的实验容量瓶中, 让后加入蒸馏水稀释溶液, 蒸馏水加之刻度, 以配制10.00mg/ml的标准甲醇溶液。另外, 再选取剂量分别为1.0ml、2.0ml、3.0ml、4.0ml、5.0ml的标准甲醇溶液, 都放置于100ml的实验容量瓶中, 分别加蒸馏水记忆稀释, 达到刻度线, 分别配成0.1000g/L、0.2000g/L、0.3000g/L、0.4000g/L、0.5000g/L的标准浓度的甲醇溶液。

1.2.3 样品采集和预处理

将采集到的含有甲醇的废水水样至于棕色玻璃瓶中密封保存, 凭扣除不能有任何空隙, 瓶塞需要用力塞紧, 用腊将瓶盖密封起来, 放置于无光区域和低温度处进行保存。采集到的样品需要在4至8小时内进行测定, 如果不能及时进行测定, 则需要将水样放置于冰箱中进行低温保存。假如废水中存在过多的悬浮物, 可以使用玻璃棉及你想那个过滤, 假如水样色度很深或者污染情况严重时, 则需要对水样进行蒸馏。

1.2.4 测定步骤

对于采集到的水样品, 如果色度很深或者污染十分严重, 则进行蒸馏操作。对于一般水样品, 可以从水样中吸取100ml的水样溶液放置于250ml的冻点管里面, 同时把冻点管放在约-7摄氏度的冰-盐水浴中, 通过搅拌时期冰冻, 知道容量瓶中没有冰冻的水溶液只剩下2ml则停止搅拌。另外, 将没有冰冻的水溶液迅速转移至小试管里面, 其刻度为5.0ml, 然后在冻点管中倾入少量低温蒸馏水进行1至2次洗涤, 同时需要对玻璃棒洗涤, 将洗涤后的溶液加入到试管里面, 到容量为5ml为止, 最后进行摇匀进样。

1.2.5 定性定量方法

本实验分别用保留时间和峰高外标法定性和定量, 保留时间定性的时候, 需要使用外加纯物质峰高增加法对定性结果进行验证;峰高外标法定量的时候, 废水中经测定的甲醇浓度是气相色谱法测定所得的浓度的1/20。

1.2.6 标准工作曲线绘制

采用前面叙述的冰冻并浓缩进行配制而成的甲醇样品, 在既定分析下, 稳定仪器后在其注入1ul后进行测定含量测定, 以峰高和甲醇浓度分别为Y轴和X轴, 绘制标准曲线, 具体见图1。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱选择

本实验方法使用的是FFAP毛细管柱, 其使用的是经过硝基对苯二酸化学反应改性后的聚乙二醇-20M作为固定液, 目前在水基样品对醛类、醇类、有机酸的分析检测中得到广泛运用。0.53mm的弹性石英毛细管柱具有高分离特性, 还具有填充柱定量精度高的优良特性, 稳定性和灵敏度都较好, 很适合测定醇类物质。

2.2 工作曲线的线性范围

依图1绘制的工作曲线, 色谱峰面积与甲醇浓度在0.06~10 g/L浓度区间内线性关系良好, 相关系数r=0.996。对低浓度的标准溶液进样, 以峰高响应值3倍于噪声的进样量计算, 当进样量是1uL的时候, 对应的检出限则是0.16ng。

2.3 分析样品的回收率和精密度

绘制图形时应该根据绘图标准, 采取外标单点校正法进行分析绘图, 采集到的工业废水中检测出来的气相色谱分离结果如图2, 精密度和回收率分别如表1和表2。在表1中, 对4分采集到的样品进行6次精密度实验, 实验结果显示RSD在1.4%~4.1%之间。本实验方法的对甲醇的回收率在表2中显示为94.6%~103%, 结果较符合实验预期要求, 对于低浓度的甲醇水样品的检测分析, 此种方法较为有效, 另外, 甲醇附近的色谱峰在该色谱条件下能够分离的很好。

2.4 探究废水中甲醇的允许排放浓度

依据国家规定, 白酒中的甲醇含量应低于0.04 g/100 mL, 居室和车间空气中甲醇的含有量不应超过50 mg/m3, 因此以1.0 g/L作为工业废水中甲醇的标准限定排放量比较适宜。

3 结论

依照实验所得结果, 测定废水中所含低浓度的甲醇时, 毛细管气相色谱法非常有效, 实验方法比较简单, 易操作, 而且精密度和准确度都非常高。除了低浓度甲醇检测之外, 在其他各种水体中毛细管气相色谱法也可以很有效的检测各种浓度的甲醇。

参考文献

[1]杨静红, 马亚文, 韩东海.中国卫生检验杂志, 2001, 11 (3) :317~318.

[2]周志航, 郑恩华, 冯大仁.南京化工学院学报, 1994, 16 (1) :67~71.

[3]常沁春, 刘文君, 陈丽华.中国环境监测, 2002, 18 (3) :30~31.

[4]吴秀珍, 王雁.化工科技, 2002, 10 (4) :37~39.

[5]付佩玉, 曹玮, 王正祥.分析化学研究简报, 2000, 28 (4) :458~460.

[6]庞增义、李洪盛.气相色谱仪及其应用.第1版.昆明:云南科技出版社, 1989.183.

[7]国家环保局空气和废气监测分析方法编写组.空气和废气监测分析方法.第1版.北京:中国环境科学出版社, 1990.267~169.

甲醇废水 第4篇

关键词：废水,甲醇,化学需氧量 (COD) ,容量法,气相色谱法

在目前资源、能源日趋严峻的大环境下, 甲醇作为重要的工业基础原料, 在国内拥有着众多的生产线。本文主要针对煤基甲醇生产过程中, 甲醇合成、甲醇制丙烯、低温甲醇洗等装置排放的含有甲醇的废水中化学需氧量 (COD) 的测定。通过研究甲醇和化学需氧量 (COD) 之间的关系, 并利用该定量关系, 结合气相色谱法测定含醇废水中的甲醇含量快速换算为化学需氧量 (COD) 的近似值。以此可快速指导工艺废水处理装置调整负荷, 同时也可以降低分析成本, 同时达到环保分析的目的, 一举多得。

1工艺样品

本文所称工艺样品, 指甲醇相关生产装置:甲醇合成装置、低温甲醇洗装置、甲醇制丙烯装置等外排凝液、外排废水等样品。

2甲醇与化学需氧量 (COD) 之间关系的实验

2.1配制不同浓度的甲醇标准溶液

2.1.1实验试剂

2.1.1.1甲醇:色谱纯

2.1.1.2去离子水

2.1.2实验仪器

2.1.2.1 COD测定仪:Lovibond ET99718 COD快速测定仪, 消解温度150℃。

2.1.2.2气相色谱仪:岛津2010 plus气相色谱仪, 配备氢火焰离子化检测器 (FID) 。

2.1.2.3色谱条件参考表2-1。

2.1.3利用甲醇 (2.1.1) 配制甲醇标准工作溶液。如表2-2所示。

2.1.4参照2.1.2.3中表2-1推荐的色谱操作条件调节仪器, 待仪器稳定后测定配制的甲醇标准溶液的准确浓度。如表2-3所示。

2.2测定甲醇标准溶液的化学需氧量 (COD) 含量

2.2.1利用COD测定仪 (2.1.2.1) 测定已知准确浓度的甲醇标准溶液的化学需氧量的含量。如表2-4所示。

2.3寻找甲醇标准溶液中甲醇与化学需氧量之间的关系

2.3.1用不同浓度的标准甲醇含量为横坐标和用仪器法测出的不同浓度的化学需氧量为纵坐标, 绘制标准曲线。如图2-1、表2-5所示。

2.4甲醇与化学需氧量 (COD) 之间的线性关系验证

2.4.1另配制标准甲醇标准溶液, 利用气相色谱法测定甲醇标准溶液的甲醇准确浓度, 利用甲醇与化学需氧量之间的线性关系, 换算溶液的COD含量, 并将该含量与溶液直接测定的COD值做比较, 可以得出COD的直接测定值与通过测定甲醇得出的COD值之间的误差均在±5%以内。数据见表2-6所示。

2.5利用实际样品对甲醇与COD之间线性关系的验证

2.5.1利用烯烃公司多个甲醇工段的含醇废水, 对实验所得的线性关系进行验证。COD的测定值与样品测定甲醇换算出的COD值之间的比值在85%-105%, 符合生产工艺一级排口排放要求, 对工艺具有指导意义。数据见表2-7所示。

3结语

甲醇废水 第5篇

本工作选用两种商品化渗透汽化复合膜处理模拟低浓度甲醇废水,考察了操作温度、甲醇质量分数及废水流量等因素对膜渗透汽化性能的影响,并分析了渗透通量和分离系数与膜及功能层厚度的关系。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

渗透汽化膜A:GKSS-GS膜,德国GKSS研究中心;渗透汽化膜B:PDMS-P膜,大连理工大学。膜材质均为交联的PDMS/聚偏氟乙烯(PVDF)复合膜,有效膜面积28.26 cm2。

甲醇:分析纯。

SHB-Ⅲ型循环水式真空泵:郑州长城科工贸有限公司;LB801型超级恒温器:辽阳市恒温仪器厂;AB204-S型电子天平:梅特勒-托力多仪器有限公司;6890型气相色谱仪和Agilent HP-Innowax毛细管柱:美国Agilent科技有限公司;XL-30场发射环境扫描电子显微镜(SEM):荷兰FEI公司。

1.2 实验装置及方法

渗透汽化实验流程示意见图1。其中废水罐的容积为1.5 L。将圆形渗透汽化膜片装入不锈钢渗透汽化池中,取1 L模拟废水加入废水储罐,经恒温水浴加热后由循环泵进入渗透汽化池进料侧,在渗透汽化池的渗透侧抽真空,真空度为-0.097 MPa,用液氮冷阱收集透过液,取样间隔为4 h,称量此取样时间内透过液的质量,计算渗透通量。使用气相色谱仪分析剩余废水(截留液)和透过液中甲醇的含量,计算分离系数。

1恒温器;2废水储罐;3循环泵;4转子流量计; 5渗透汽化池;6冷阱收集瓶;7缓冲瓶;8真空泵

渗透汽化膜性能通常用分离系数和渗透通量来表征。可通过式(1)和(2)计算。

式中:α为分离系数;xA与yA分别表示截留液与透过液中A组分的质量分数;J为渗透通量,g/(m2h);ΔmA为一定时间内的透过液质量,g;S为膜面积,m2;t为取样时间,h。

1.3 分析方法

采用气相色谱法测定甲醇质量分数[7];采用SEM分析膜表面和断面的形态结构。

2 结果与讨论

2.1 膜表面及断面的形态分析

膜表面和断面的SEM照片见图2。由图2可见:膜A和膜B的外表面均是致密的;膜B的断面较膜A厚,膜B厚度约为170～270μm,膜A厚度约为170～200μm;但是膜B的功能层比膜A薄,膜B约为4μm,膜A约为9μm。

2.2 废水流量对膜B渗透通量和分离系数的影响

在废水温度70℃、甲醇质量分数为5.20%时,废水流量对膜B的渗透通量和分离系数的影响见图3。由图3可见,随废水流量的增加,膜B的渗透通量先降低后增加,而分离系数先增加后降低,废水流量对膜的渗透通量和分离系数有一定影响,但影响较小。因此本实验选择废水流量为50 L/h。

2.3 甲醇质量分数对膜渗透通量和分离系数的影响

在废水流量为50 L/h、废水温度为70℃时,甲醇质量分数对膜渗透通量和分离系数的影响见图4。由图4可见:相同浓度下,膜B的渗透通量高于膜A;随着甲醇质量分数的增加,两种膜的渗透通量逐渐增大,可能是因为当甲醇质量分数增大时,其对膜的溶胀作用加强,膜分子的高分子链段在其主链附近自由移动能力提高,此外甲醇蒸汽的分压也随甲醇质量分数的增大而升高,使传质推动力增大;随着甲醇质量分数的增加,膜的分离系数不断减小,甲醇质量分数为0.57%时,膜A的分离系数最高为8.3,甲醇质量分数为0.97%时,膜B的分离系数最高为6.8。考虑到膜分离系数较高时渗透通量较小,以下实验选择甲醇质量分数为5.82%。

渗透通量;■分离系数

膜A的渗透通量;■膜B的渗透通量;▲膜A的分离系数;♦膜B的分离系数

2.4 废水温度对膜渗透通量和分离系数的影响

在废水流量为50 L/h、甲醇质量分数为5.82%时,废水温度对膜渗透通量和分离系数的影响见图5。

*膜A的渗透通量;■膜B的渗透通量;▲膜A的分离系数;♦膜B的分离系数

由图5可见:随温度的升高,两种膜的渗透通量明显增大,同一温度下,膜B的渗透通量和分离系数均高于膜A;当废水温度由40℃升高到70℃时,膜B的渗透通量由200.0 g/(m2h)提高到1 887.2 g/(m2h);而70℃时膜A的渗透通量最高为914.6 g/(m2h);当废水温度由40℃升高到70℃时,膜B的分离系数减小为4.8;废水温度由40℃升高到50℃时,膜A的分离系数由3.2增大到5.9,50℃至70℃时分离系数减小为5.6。渗透通量随废水温度升高而上升的原因可能在于随废水温度升高,甲醇蒸气压升高,渗透物通过膜时的传质推动力增大。与其他类型的聚合物相比,PDMS的玻璃化温度很低(Tg=-123℃),对这类高聚物,温度升高时内部分子链段运动加剧,高分子变得柔韧、松驰,导致甲醇在膜内溶解扩散系数增大[8]。

3 结论

a)通过膜表面和断面的SEM照片可知,膜B的断面比膜A厚,但膜B的功能层比膜A薄。实验结果表明,相同条件下膜B的渗透通量高于膜A。

b)废水流量对膜的渗透通量和分离系数的影响均较小;随温度升高、甲醇质量分数的增大,膜的渗透通量都呈增加趋势,膜A的分离系数变化较明显,而膜B的分离系数变化较小,在废水流量为50 L/h、废水温度为70℃、废水中甲醇质量分数为5.82%时,膜A的渗透通量为914.6g/(m2h),分离系数为5.6;膜B的渗透通量为1 887.2 g/(m2h),分离系数为4.8。

致谢本研究得到了中国石化北京化工研究院环保所分析监测室相关研究人员的帮助,在此表示谢意。

参考文献

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