CN1087874A - 氨/水膜分离及回收氨新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气/液膜分离技术，是一种用于氨/
水分离与回收氨的新工艺。它以减压法代替现有的
酸吸收法。在本发明中采用强疏水性微孔膜材料，并
且这种微孔膜不与酸等吸收液接触。因此，可进行高
浓度含氨废水的脱氨处理，并以气氨、液氨、氨水及各
种铵盐的形式回收氨。显而易见，本发明工艺拓宽了
微孔膜、吸收剂的选择范围，提高了微孔膜的使用寿
命，并且扩大了回收产物以及膜分离法工艺在氨/水
分离与回收氨中的应用范围。
Description
本发明属于气/液膜分离技术。
氨/水分离及回收氨工艺愈来愈受人们的广泛关注。目前，可用于氨/水气液分离及回收氨的工艺技术主要有吹脱法和膜分离法两种。它们主要通过NH+ 4＝NH3↑+H+，当pH增大时平衡向右进行，利用氨的挥发性来达到氨/水分离的目的。前者是利用空气或蒸气将氨以气体形式带出。该法工艺简单、可靠性高，亦可处理高浓度含氨废水。但是，设备运行能耗高，噪声污染大，且会出现氨气的二次污染;还需解决结垢问题;在低温时，脱氨效率不高，设备占地面积大。相比之下，膜式分离法利用疏水微孔膜为隔离层，将氨水及吸收液分隔在两侧，从水中逸出的氨能轻易地透过膜，水及其他离子型物质则不能通过，逸出的氨为另一侧的吸收液所吸收。它具有能耗小、投资少、操作方便、回收率高、无二次污染等特点，是一种非常经济可行的新工艺。这种工艺在美国专利：376926，欧洲专利：0353148 A2，日本专利：昭61-185399、昭54-64084、昭55-104607、平2-31893、昭53-58975中均有涉及或报导。
比较以上两种工艺，就发展前景来看，膜分离法具有更强的生命力。总的说来，膜分离法工艺包括废水碱化、粗滤、膜分离与回收氨等步骤。现有膜分离法工艺流程如图2所示。酸对NH3的吸收既是NH3的回收过程，同时又是氨/水分离过程中的一个重要组成。在该工艺流程中，氨/水的分离和氨的回收是在膜组件微孔膜两侧同时进行的。两者势必会互相影响，这种影响导致了该工艺种种缺陷的产生。由于在膜组件中酸与多孔膜直接接触，具有挥发性的酸（如HCl，HNO3）和对膜具有亲水化作用的有机酸（如乙酸，柠檬酸）显然是不能采用的，仅有硫酸等少数无机酸可供选择。故吸收的氨也只能以硫铵等几种铵盐形式回收利用。另一方面，酸吸收剂的采用同时也限制了微孔膜的选择范围。膜组件内的微孔膜必须既耐酸又耐碱。再者，由于酸碱反应会产生大量的热量，使得这种工艺不宜处理高浓度含氨废水。否则，温度的快速上升会破坏膜组件。以上种种缺陷使膜分离法在氨/水分离与回收氨上的应用受到了极大的限制。
本发明的目的在于改进上述膜分离法的回收工艺，使氨/水分离与氨回收成为两个单独的过程，避开酸与膜直接接触，该工艺可拓宽微孔膜和吸收剂的选择范围及回收产物的品种。
为达到上述目的，本发明的主要工艺路线如图1所示。
在本发明的工艺中，含氨废水的pH值应大于11。一般情况下，废水首先须加碱调节pH值，再经过粗滤装置，将粒径较大的悬浮物固体颗粒过滤掉。然后，废水进入膜分离装置进行氨/水分离，脱氨以后的废水排放，由减压法分离出的氨经冷凝或吸收剂吸收，得到各种回收产物。
与由膜另一侧酸直接吸收法相比，本发明的最大特点是采用减压法来分离氨/水。在膜分离装置中，微孔膜一侧仍为废水;另一侧则不再加酸吸收剂来吸收氨，而是用减压设备降低该侧气体压力，使其始终保持一定的真空度，在微孔中形成压力梯度来推动废水中的氨不断挥发透过微孔膜、水及其他物质不能透过。从而达到氨/水分离的目的。减压一侧的真空度要求在10～760mmHg，以400～760mmHg为最佳。减压法分离氨/水的一个显著的优点是避开了酸与膜的直接接触，并使氨/水分离和回收氨成为两个互不影响的工艺步骤。这样大大拓宽了氨/水分离膜的选择范围，降低了对微孔膜耐酸性的要求。由于在膜分离过程中不存在酸碱化学反应，膜分离装置中的温度变得容易控制，温度稍高的废水及高浓度含氨废水亦可用本发明工艺进行脱氨处理，这一点突破了现有酸吸收法膜分离工艺的禁区。本发明彻底排除了与酸的长期接触对疏水性微孔膜的各种影响，延长了膜的使用寿命。本发明的另一个特点是在回收氨这一步骤中，既可采用冷凝、水或酸吸收的方法，亦可以气氨的形式直接返回生产工艺加以利用。值得一提的是，由于不存在与微孔膜直接接触，吸收剂的选择范围增大了，许多可与氨起反应的试剂都可作为氨吸收剂，其中包括各种无机酸和有机酸。吸收方法的不同带来了产物的不同。本发明氨的回收产物可以是气氨或冷凝得到的液氨，也可以是水吸收得到的氨水或各种酸吸收得到的铵盐。这些氨的回收产物可根据需要作为化工原料重新投入生产或作为农作物优良的化肥，具有显著的经济效益。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程图。
图2是现有技术工艺流程图。
本发明实施例：
例1：
按图1的工艺流程，采用聚丙烯中空纤维膜分离装置。其中，膜组件有效长度为100cm，膜的孔隙率为35～45%，透气率为2.0×10-2cm3（STP）/cm2.S.cmHg，外径：380μm，内径：322μm。
首先将含氨废水（CO NH3-N＝13900ppm）加20%液碱调节pH值至11.0，经粗滤（粗滤装置过滤精度为80μm），再泵入膜分离装置中聚丙烯中空纤维膜内侧，膜外侧则由减压装置维持其真空度为753mmHg，在温度为22℃的条件下，进行氨/水分离，分离出的氨在吸收器中用化学水加以吸收。
例2：
将膜分离减压装置的真空度改为460mmHg，分离出的氨在吸收器中用30%盐酸吸收，其他条件同例1相同。
为了与实施例进行比较，比较例膜分离装置及废水水质与实施例相同。不同之处是：比较例采用15～25%的硫酸溶液在聚丙烯中空纤维膜外侧循环，直接以硫铵形式回收氨氮，比较结果如下表：
实施例1，例2和比较例参数列表如下：
从实施例与比较例的比较可知，本发明工艺的脱氨率虽然比硫酸直接吸收法低，但能采用不同的回收方式和吸收剂来得到各种回收产物，拓宽了应用领域。
显然，本发明的工艺亦可用于其他类似的气/液分离和回收（如H2S/H2O，Cl2/H2O，Br2/H2O等）。
Claims (7)
1、氨/水膜分离与回收氨的工艺，包括废氨水碱化、粗滤、膜分离与回收氨等步骤，其特征是在膜分离装置中强疏水性微孔膜一侧为废氨水，而膜的另一侧设减压装置，以降低该侧气体压力，使其真空度保持在10～760mmHg范围，在膜两侧压力梯度推动下，使含氨废水中的氨不断挥发透过多孔膜，而将不能透过膜的水和其它物质排放；透过膜的氨经冷凝或用吸收剂吸收，获得回收产物。
2、按权利要求1所述的工艺，微孔膜的透气率必须大于10-4cm3（STP）/cm2，Sec，cmHg膜的微孔平均孔径必须在100-1000
。
3、按权利要求1所述的工艺，其特征是吸收剂除采用挥发性较小的硫酸之外可采用挥发性较大的酸如HCl、HNO3、H2CO3等来回收氨。
4、按权利要求1所述的工艺，其特征是吸收剂可采用有机酸如乙酸、柠檬酸。
5、按权利要求1的工艺，其特征是氨/水分离的减压真空度在400～760mmHg。
6、氨/水分离与回收氨工艺的利用，其特征是分离出的氨可以产生气氨、液氨、氨水或各种铵盐。
7、氨/水分离与回收氨工艺的应用，该工艺也适用于H2S/H2O、Cl2/H2O、Br2/H2O等的气液分离。
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