电渗析深度处理甘氨酸生产废水的应用研究

刘三六，姚 红，赵信文，周祖尧

(湖北兴发化工集团宜昌金信化工有限公司，湖北 宜昌 443000)

电渗析深度处理甘氨酸生产废水的应用研究

刘三六，姚 红，赵信文，周祖尧

(湖北兴发化工集团宜昌金信化工有限公司，湖北 宜昌 443000)

提出了用电渗析膜分离技术深度处理甘氨酸生产废水，降低废水中的盐分、氨氮及COD含量，使废水达标排放。结果表明：废水中氯化钠含量、氨氮含量和COD含量分别可可降低至0.1%、1.00×10-4以下和1.00×10-3以下，处理效果显著，可满足工业化生产。

电渗析；氨氮；COD

当前，国内通常采用氯乙酸氨解法生产工业级甘氨酸[1-2]，此过程会产生大量含有氯化铵的母液，在回收氯化铵工序中，蒸发冷却结晶产生的冷凝废水含高氨氮、甲醛、甲醇及COD等，必须经过物化法中的氨氮吹脱处理后才能重复利用或者达标排放[3]。但是，该废水易产生氯化钠晶体，严重堵塞后处理系统的吸收塔和冷凝器，而且富含高氨氮、COD的废水均无法达标排放。为解决该问题，本文采用电渗析法深度处理甘氨酸生产废水中的盐分，降低氨氮含量及COD含量，进而使废水高效重复利用或者达标排放。

电渗析(ED)是一种利用离子在直流电场下迁移作用的电化学分离过程，广泛应用于带电介质与不带电介质的分离,工作原理示意图如图1[4]。

图1 电渗析工作原理示意图

Fig.1 Schematic diagram of electrodialysis machanisim

1 实验

1.1 主要试剂及仪器

废水：含氯化钠、氨氮、甲醛、甲醇及COD，pH值=11，公司吹脱系统处理得到；盐酸：含量31%～36%，AR，西陇化工；固体氢氧化钠：AR，西陇化工；固体氯化钠：AR，西陇化工；蒸馏水：pH值=6.8～7.0，氯离子含量0.08%，自制。

电渗析器：有效面积2 m3，杭州蓝然环境技术有限公司提供；便携式电导率仪：量程0～200 ms/cm，上海仪电科学仪器；离子色谱仪：940系列，瑞士通。

1.2 电渗析实验步骤

配置5000 mL 浓度约为1%～2%的氯化钠水溶液，加入极水池中；称取8 kg过滤废水，加入淡水池中；称取3 kg蒸馏水，注入浓水池中；开启循环泵，调整浓水池、淡水池流量在300～400 L/h，极水池流量在250～300 L/h；循环2～3min后，将淡水池pH值调至9左右；记录水池中的液位、电导率、pH值、温度、用电表读数；开启整流器开关，调节电压旋钮，使电流稳定在10 A，最大电压不能超过40 V，电渗析实验开始；每隔5min，记录电流、电压、电导率、温度、pH值、液位及特殊现象；当电导率不再变化或规定时间达到时，终点到达，关闭整流器和循环泵开关，实验结束。

1.3 测试与表征

1.3.1 氯化钠测定

1.3.2 氨氮测定

采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮含量，以百分比计[5]。

1.3.3 COD测定

采用重铬酸钾法测定COD含量，以百分比计[6]。

1.3.4 脱盐率计算

m淡水侧-淡水质量；ω淡水侧-淡水中氯化钠质量分数；

m原液-原液质量；ω原液-原液中氯化钠质量分数。

2 结果与讨论

2.1 电渗析电流

实验条件：取8 kg初始废水(氯化钠含量1.5%、氨氮含量593.42 mg/L、COD含量16654 mg/L) 放入淡水池中，调pH值至9；浓水侧加入3 kg蒸馏水，电渗析时间均为30min，具体按照1.2实验步骤。

实验结束后，结果见图2，随着电流的增大，溶液中氯化钠含量逐渐减小至0.1%以下，脱盐效果逐渐变好,氨氮和COD含量也逐渐降低；当电流达到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，脱盐率可达95.8%；继续增大电流时，氯化钠含量、氨氮含量、COD含量仍有小幅降低，脱盐率仍不断增大。由此可得，电渗析电流是影响脱盐率、氨氮含量、COD含量的关键因素，10A的电渗析电流是最佳电流。

图2 电渗析过程中电流对脱盐率、氨氮含量及COD的影响

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

2.2 pH值

实验条件：取8 kg初始废水(同上) 放入淡水池中，浓水侧加入3 kg蒸馏水，电渗析时间均为30min，具体按照1.2实验步骤。

图3 电渗析过程中pH值对脱盐率、氨氮含量及COD的影响

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

从图3可知，调节废水pH值，脱盐率没有大的波动，均在95%以上；但随着pH值的增大，废水中氨氮含量、COD含量曾明显增大的趋势，当pH值=9时，氨氮含量可控制在100 mg/L以内，COD含量可控制在10000 mg/L以内。由此可得，废水pH值不是影响电渗析脱盐率的关键因素，但是废水pH是影响氨氮含量、COD含量的关键因素。

2.3 浓水侧初始溶液

实验条件：取8 kg初始废水(同上) 放入淡水池中，电渗析时间均为30 min，具体按照1.2实验步骤，浓水侧分别放3 kg蒸馏水、3 kg初始废水、3 kg电渗析浓水池废水，具体按照1.2实验步骤。

表1 脱盐率、氨氮含量及COD含量表

从表1可知，浓水池放入蒸馏水时，脱盐率最大，电渗析实验完淡水池的氨氮含量和COD含量也最低。浓水池中放入取样废水和浓水池废水时，脱盐率也接近90%，说明浓水池初始溶液性质对脱盐率影响较小；电渗析实验完浓水池的氨氮含量在1000 mg/L以上，COD含量在10000 mg/L以上，说明初始溶液性质对氨氮含量和COD含量有较大的影响。由此可得，浓水侧分别放蒸馏水、取样废水和电渗析浓水池废水既能满足公司对脱盐率的要求，又循环利用了浓水侧的废水，可提高利用率，减少污水排放。

2.4 工业化装置设计方案

根据小试结果，初步确定工业化装置的操作条件为：电压≤40V，电流≤10A，淡水池和浓水池流量均为300～400 L/h，极水池流量在250～300 L/h，淡水池pH值=9，浓水池中回用公司实验废水，电渗析实验时间控制在30min以内。

根据有效面积2 m2电渗析器、实验废水8 kg及每批实验时间30min计算，该电渗析器的电离效率为0.015 t/(h·m2)。按照公司产生废水流量18 t/h推算，需要电渗析膜面积为1200 m2，若每台设备电渗析面积为200 m2，需要6台设备运行。建议引进电渗析中试设备，需与杭州蓝染环境技术有限公司沟通，拿出详细的成本方案，包括设备购置费、用电费用、膜维修费用等成本。

3 结语

根据小试装置的实验数据，可大致确定工业化装置参数。鉴于电渗析膜规格较多、性能各异且价格相差甚远，建议引进电渗析中试设备时，与设备厂家密切沟通，确定详细的成本方案，包括设备购置费、用电费用、膜维修费用及膜使用周期等。

[1] 周 青.基于电去离子技术的甘氨酸氯化铵分离工艺研究[D].杭州：浙江理工大学，2013：1-9.

[2] 赵 妙.离子膜法分离制备甘氨酸工艺技术的研究[D].石家庄：河北科技大学，2010：1-3.

[3] 王 枫.甘氨酸废液综合治理工艺及实验研究[D].天津：河北工业大学，2005:4-17.

[4] 徐震丰.甘氨酸溶液中电渗析脱盐提纯研究[D].杭州：浙江大学，2003：1-12.

[5] 高春燕.纳氏试剂比色法测定水中氨氮的影响[J].环境科学导刊，2010，29(5)：92-94.

[6] 周 峻，黄晓晨.对测定废水中COD含量的研究[J].广东化工，2015，42(4)：78-79.

(本文文献格式：刘三六，姚 红，赵信文，等.电渗析深度处理甘氨酸生产废水的应用研究[J].山东化工,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

刘三六(1970—)，男，从事甘氨酸生产技术管理工作；通讯作者：姚 红(1983—)，男，湖北当阳人，工程师，硕士，主要从事甘氨酸新工艺的技术研发工作。

X703.1

A

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