申请日2016.07.05
公开(公告)日2016.08.31
IPC分类号C02F9/06; C02F1/469; C02F1/00; C02F101/38
摘要
本发明提供的双极膜电渗析系统利用双极膜电渗析去除含盐有机胺废水中的盐之后，利用二氧化碳使有机胺离子化，再进行双极膜电渗析处理，从而可以将有机胺分离回收。该系统不但去除了废水当中的盐和有机胺，使其达到排放要求，而且烟道气中的二氧化碳也得到捕捉，方法简单，高效、能耗低，且脱盐率和苯胺去除率高。
摘要附图
权利要求书
1.一种利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析系统，其特征在于，包括：
膜堆、阴极板、阳极板、电极液循环装置、碱液循环装置、酸液循环装置、料液循环处理装置、二氧化碳气体发生装置、电源;
所述阴极板与所述电源的负极相连;
所述阳极板与所述电源的正极相连;
所述阴极板与所述阳极板分别设置于所述膜堆的两边;
所述膜堆自阳极板至阴极板方向依次包括第一双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜和第二双极膜;
所述阳极板、膜堆和阴极板间隔依次形成阳极室、酸室、料液室、碱室和阴极室;
所述电极液循环装置的出口与所述阳极室和所述阴极室的入口通过三通管道相连通，所述电极液循环装置的入口与所述阳极室和所述阴极室的出口通过三通管道相连通;
所述碱液循环装置的出口与所述碱室的入口相连通，所述碱液循环装置的入口与所述碱室的出口相连通;
所述酸液循环装置的第一出口与所述酸室的入口相连通，所述酸液循环装置的入口与所述酸室的出口相连通;
所述料液循环处理装置的出口与所述料液室的入口相连通，所述料液循环处理装置的第一入口与所述料液室的出口相连通;
所述二氧化碳气体发生装置出口与所述料液循环处理装置的第二入口相连通。
2.根据权利要求1所述的双极膜电渗析系统，其特征在于，所述膜堆自阳极板至阴极板方向依次包括第一双极膜以及重复单元膜，所述重复单元膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜和第二双极膜形成的重复单元膜，所述重复单元膜≥2个;
所述阳极板、膜堆和阴极板间隔依次形成阳极室、重复单元室和阴极室，所述重复单元室为酸室、料液室和碱室形成的重复单元室，所述重复单元室的个数与双极膜形成的重复单元膜的个数对应。
3.根据权利要求2所述的双极膜电渗析系统，其特征在于，所述酸液循环装置的第二出口与所述二氧化碳气体收集装置的入口相连。
4.一种采用实施例1～3任意一项权利要求所述的双极膜电渗析系统处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A)对所述含盐有机胺废水进行脱盐处理，得到脱盐有机胺废水;
B)将所述脱盐有机胺废水与二氧化碳进行反应，得到离子化的有机胺废水溶液;
C)将所述离子化的有机胺溶液进行双极膜电渗析处理，得到处理后的废水。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a)将所述料液循环处理装置中的含盐有机胺废水循环泵入所述双极膜电渗析系统的料液室;
将所述碱液循环装置中的无机碱液循环泵入所述双极膜电渗析系统的碱室;
将所述酸液循环装置中的酸性缓冲溶液循环泵入所述双极膜电渗析系统的酸室;
将所述电极液循环装置中的电解质溶液分别循环泵入所述双极膜电渗析系统的阳极室和阴极室;
打开电源，控制所述双极膜电渗析系统的电流，进行电渗析，对所述含盐有机胺废水进行脱盐处理，当所述料液室的脱盐率>90%时，断开电源，得到脱盐有机胺废水;
b)打开二氧化碳气体发生器向所述料液循环装置通入二氧化碳气体，使料液循环装置中所述脱盐有机胺废水进行离子化，当所述料液室的pH恒定后，得到离子化的有机胺废水溶液;
c)打开电源，控制所述双极膜电渗析系统的电流，进行电渗析，所述离子化的有机胺废水溶液中的离子化的有机胺在碱室中富集，当所述料液室中的电导率恒定后，断开电源，得到处理后的废水。
6.根据权利要求4或5所述的工艺，其特征在于，所述含盐有机胺废水为含盐苯胺废水、含盐N-甲基苯胺废水和含盐N,N-二甲基苯胺废水中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述电解质溶液选自硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾溶液，所述电解质溶液浓度不小于0.1M。
8.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，含盐有机胺废水循环泵入所述双极膜电渗析系统的料液室的流速为100～1000mL/min。
9.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述无机碱溶液的浓度不低于0.1M，所述酸缓冲溶液的浓度不低于0.1M。
10.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述通入二氧化碳气体的方法为：
将流速为0～10L/min的N2和0.1～10L/min的CO2同时通入连通器，一同导出获得含1～100%CO2的气体。
说明书
一种利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析系统及其工艺
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析系统及其工艺。
背景技术
苯胺或胺类有机物作为一种重要的有机化工原料和中间体，被广泛的应用于制药业，印染业，橡胶产业，农业，军工等行业。以苯胺为例，我国每年生产苯胺约80000吨以上，而全世界每年排入环境的苯胺为30000吨左右，这不仅严重污染环境引起水体富营养化，还浪费了大量的资源。苯胺类废水具有含盐量高，废水酸碱性强，色泽深，不易生物降解，易通过皮肤被人体吸收，半衰期长，生物蓄积性，致癌，致畸，致突变等特点，被美国环境保护署列为优先控制的129种污染物之一，也被列为“中国环境优先污染物黑名单”中，在工业废水排放中要求严格控制和印染业所排放的污水。因此如何减少苯胺类污染物对环境的污染已经逐渐引起了人们的共同关注。目前，根据国家《污染综合排放标准》(GB8978-1996)二级标准要求，工业废水中苯胺类物质的最高允许排放质量浓度为2mg/L，而我国化工厂在生产过程当中排放的化工废水浓度可高达数千mg/L而且治理达标率很低，甚至有些单位的污水未经治理直接排放入环境中，对环境造成了严重危害，因此我国的治理任务相当艰巨。
至今为止，国内外报道的苯胺废水的处理方法大致可以分为三种：物理法(专利CN1600696A)，化学法(专利CN100390081C)和生物法(专利CN100341797C和CN101279808A)。其中，只有物理法能实现其回收，而且这些处理方法都面临着一定的难题，例如，专利CN1600696A报道的利用硝基苯萃取法处理苯胺废水能实现苯胺的回收但由于难于分离苯胺和其萃取剂而不能应用于工业应用;专利CN100390081C报道的化学法使用一些有害的化学试剂如大量硫酸以及含有铁、铜、锌成分的催化剂而引入了二次污染;专利CN100341797C和CN101279808A公开的生物法需要使用特定的菌种且容易受到温度、盐浓度以及底物毒性的影响，工业应用上受到极大的限制。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析系统及其工艺，本发明提供的利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析工艺简单，处理成本低，无污染，且脱盐率和苯胺去除率高。
本发明提供了一种利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析系统，包括：
膜堆、阴极板、阳极板、电极液循环装置、碱液循环装置、酸液循环装置、料液循环处理装置、二氧化碳气体发生装置、电源;
所述阴极板与所述电源的负极相连;
所述阳极板与所述电源的正极相连;
所述阴极板与所述阳极板分别设置于所述膜堆的两边;
所述膜堆自阳极板至阴极板方向依次包括第一双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜和第二双极膜;
所述阳极板、膜堆和阴极板间隔依次形成阳极室、酸室、料液室、碱室和阴极室;
所述电极液循环装置的出口与所述阳极室和所述阴极室的入口通过三通管道相连通，所述电极液循环装置的入口与所述阳极室和所述阴极室的出口通过三通管道相连通;
所述碱液循环装置的出口与所述碱室的入口相连通，所述碱液循环装置的入口与所述碱室的出口相连通;
所述酸液循环装置的第一出口与所述酸室的入口相连通，所述酸液循环装置的入口与所述酸室的出口相连通;
所述料液循环处理装置的出口与所述料液室的入口相连通，所述料液循环处理装置的第一入口与所述料液室的出口相连通;
所述二氧化碳气体发生装置出口与所述料液循环处理装置的第二入口相连通。
优选的，所述膜堆自阳极板至阴极板方向依次包括第一双极膜以及重复单元膜，所述重复单元膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜和第二双极膜形成的重复单元膜，所述重复单元膜≥2个;
所述阳极板、膜堆和阴极板间隔依次形成阳极室、重复单元室和阴极室，所述重复单元室为酸室、料液室和碱室形成的重复单元室，所述重复单元室的个数与双极膜形成的重复单元膜的个数对应。
优选的，所述酸液循环装置的第二出口与所述二氧化碳气体收集装置的入口相连。
本发明还提供了一种采用上述双极膜电渗析系统处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析工艺，包括以下步骤：
A)对所述含盐有机胺废水进行脱盐处理，得到脱盐有机胺废水;
B)将所述脱盐有机胺废水与二氧化碳进行反应，得到离子化的有机胺废水溶液;
C)将所述离子化的有机胺溶液进行双极膜电渗析处理，得到处理后的废水。
优选的，包括以下步骤：
a)将所述料液循环处理装置中的含盐有机胺废水循环泵入所述双极膜电渗析系统的料液室;
将所述碱液循环装置中的无机碱液循环泵入所述双极膜电渗析系统的碱室;
将所述酸液循环装置中的酸性缓冲溶液循环泵入所述双极膜电渗析系统的酸室;
将所述电极液循环装置中的电解质溶液分别循环泵入所述双极膜电渗析系统的阳极室和阴极室;
打开电源，控制所述双极膜电渗析系统的电流，进行电渗析，对所述含盐有机胺废水进行脱盐处理，当所述料液室的脱盐率>90%时，断开电源，得到脱盐有机胺废水;
b)打开二氧化碳气体发生器向所述料液循环装置通入二氧化碳气体，使料液循环装置中所述脱盐有机胺废水进行离子化，当所述料液室的pH恒定后，得到离子化的有机胺废水溶液;
c)打开电源，控制所述双极膜电渗析系统的电流，进行电渗析，所述离子化的有机胺废水溶液中的离子化的有机胺在碱室中富集，当所述料液室中的电导率恒定后，断开电源，得到处理后的废水。
优选的，所述含盐有机胺废水为含盐苯胺废水、含盐N-甲基苯胺废水和含盐N,N-二甲基苯胺废水中的一种或多种。
优选的，所述电解质溶液选自硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾溶液，所述电解质溶液浓度不小于0.1M。
优选的，含盐有机胺废水循环泵入所述双极膜电渗析系统的料液室的流速为100～1000mL/min。
优选的，所述无机碱溶液的浓度不低于0.1M，所述酸缓冲溶液的浓度不低于0.1M。
优选的，所述通入二氧化碳气体的方法为：
将流速为0.3L/min的N2和0.3L/min的CO2同时通入连通器，一同导出获得含50%CO2的气体。
与现有技术相比，本发明提供了一种利用二氧化碳处理含盐有机胺废水的双极膜电渗析系统，其特征在于，包括：膜堆、阴极板、阳极板、电极液循环装置、碱液循环装置、酸液循环装置、料液循环处理装置、二氧化碳气体发生装置、电源;所述膜堆自阳极板至阴极板方向依次包括第一双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜和第二双极膜;所述阴极板与所述电源的负极相连;所述阳极板与所述电源的正极相连;所述阴极板与所述阳极板分别设置于所述膜堆的两边;所述阳极板、膜堆和阴极板间隔依次形成阳极室、酸室、料液室、碱室和阴极室;所述电极液循环装置的出口与所述阳极室和所述阴极室的入口通过三通管道相连通，所述电极液循环装置的入口与所述阳极室和所述阴极室的出口通过三通管道相连通;所述碱液循环装置的出口与所述碱室的入口相连通，所述碱液循环装置的入口与所述碱室的出口相连通;所述酸液循环装置的第一出口与所述酸室的入口相连通，所述酸液循环装置的入口与所述酸室的出口相连通;所述料液循环处理装置的出口与所述料液室的入口相连通，所述料液循环处理装置的第一入口与所述料液室的出口相连通;所述二氧化碳气体发生装置入口与所述料液循环处理装置的第二入口相连通。本发明提供的双极膜电渗析系统利用双极膜电渗析去除含盐有机胺废水中的盐之后，利用二氧化碳使有机胺离子化，再进行双极膜电渗析处理，从而可以将有机胺分离回收。该系统不但去除了废水当中的盐和有机胺，使其达到排放要求，而且烟道气中的二氧化碳也得到捕捉，方法简单，高效、能耗低，且脱盐率和苯胺去除率高。
结果表明，本发明提供的双极膜电渗析系统对含盐有机胺废水中的有机胺的去除率高达100%，脱盐率高达99%。