纳滤膜工业废液处理及物质回收工艺设计方法技术

纳滤膜工业废液处理及物质回收工艺设计方法是在处理化工及制药行业分离废母液，回收、分离、精制和浓缩工业废液中有用物质时，将纳滤膜系统看做一个封闭体系。透过液通量Ｊ＃－［ｗ］与压力差呈直线关系；透过液通量Ｊ＃－［ｗ］与透过液溶质浓度Ｃ＃－［Ｒ］都与浓缩时间呈较好的数学关系；透过液溶质浓度Ｃ＃－［Ｒ］与进液溶质浓度Ｃ＃－［ｉ］呈指数关系；透过液溶质浓度Ｃ＃－［Ｒ］与膜压力差Δｐ的关系为指数关系。高浓度废液纳滤膜分离工艺设计时，利用模型完成膜的筛选工作；确定纳滤膜分离规律、分离模型、膜污染规律。利用数学关系式确定主要操作运行压力、浓缩液流量、膜面积、组件数目、膜组件排列方式、冷却循环系统设计、纳滤膜污染的预测与清洗系统设计。优点：分离模型数学相关系数Ｒ＃＋［２］＞０．９０；有价值物质回收率＞８０％；ＣＯＤ去除率＞９５％；色度去除率＞９５％；浓缩倍数＞１０。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护与工业废液处理及物质回收处理，特别涉及一种。现有技术到目前为止，①国内外利用膜分离技术进行工业废液处理及物质回收工艺设计主要集中在微滤、超滤及反渗透；②大多数有关纳滤膜处理工艺方法主要面向纯净水处理、给水处理；③由于纳滤膜问世较晚，市场价值不如微滤膜、超滤膜及反渗透膜高，特别是在工业废液处理方面的应用才刚刚起步，有关属于空白。现有利用纳滤膜工业废液处理及物质回收工艺方法缺少④渗透液通量与压力差的函数关系式、渗透液通量与浓缩时间的函数关系式、渗透液溶质浓度与浓缩时间的函数关系式、渗透液溶质浓度与进液溶质浓度的函数关系式、渗透液溶质起始浓度与膜压力差的函数关系式、浓缩液温度变化规律、渗透液通量衰减系数与浓缩时间t之间的函数关系；⑤没有确定操作压力、浓缩液流量值、膜面积、纳滤膜组件数目和纳滤膜组件排列组合方式的方法；⑥没有提出纳滤膜工业废液处理及物质回收的完整工艺流程；⑦没有提出有关冷却循环系统和纳滤膜污染的预测与清洗系统设计方法。
技术实现思路
本专利技术目的是1处理精细化工及制药行业分离废母液和回收有价值物质；2填补空白；3提出纳滤膜工业废液处理及物质回收工艺中有关各项参数之间的关系式；4提出操作压力、浓缩液流量值、膜面积、纳滤膜组件数目和纳滤膜组件排列组合方式的确定方法；5提出纳滤膜工业废液处理及物质回收工艺流程；6提出有关冷却循环系统和纳滤膜污染的预测与清洗系统设计方法。本
技术实现思路
是将纳滤膜系统看作一个封闭体系，其各项参数为状态函数，采用非平衡热力学和唯象理论推导出纳滤膜处理工业废液分离工艺设计方法。上述膜分离过程的推动力为压力差、电位差、浓度梯度差、温度差(四元体系、四种物流和四种推动力)，可以利用系统中的其它状态参数及时间参数求得各项参数的数学关系式。主要工艺参数之间的关系透过液通量与压力差关系；透过液通与浓缩时间的数学关系；透过液溶质浓度与浓缩时间呈较好的数学关系；透过液溶质浓度与进液溶质浓度关系； 透过液溶质浓度与膜压力差的关系；透过液与纳滤浓缩时间的关系。使用渗透液通量衰减系数和膜污染阻力作为纳滤膜浓差极化与膜污染程度的确定参数。。纳滤膜工业废液处理及物质回收工艺流程、工艺设计步骤、设计内容、设计参数计算方法主要包括纳滤膜处理工艺试验设计与工艺试验，有关处理对象分离规律、分离模型以及其浓差极化和污染规律的获取，纳滤膜分离工艺计算、纳滤膜分离工艺自控与配套设备设计。工艺及设备设计计算过程1.1纳滤膜的主要操作运行参数。由于纳滤膜的截留率和溶剂的通量不仅与膜的材料、物理化学性能、结构有关，而且与纳滤膜的主要操作运行参数密切相关(1)压力该压力包括纳滤膜组件进口压力、浓缩液出口压力、系统中泵出口压力、纳滤膜两侧压力。根据试验研究结果表明，压力升高渗透液通量增加，无机溶质的截留率随压力增加而增加，有机溶质的截留率随压力增加而降低。(2)温度指被过滤液体的温度 当温度升高时，渗透压与通量也随着增加，溶质的截留率随溶质与膜的不同呈现不同的变化规律。(3)溶质浓度溶质浓度升高，渗透压增加，通量减小。(4)浓缩液循环通量 指单位时间通过单位膜面积的浓缩液循环量 当浓缩液循环通量增加时渗透液通量升高(5)pH值可电离的溶质截留率与pH值有关。1.2纳滤工艺过程参数设计理计算过程。利用纳滤膜处理高浓度废液时，纳滤膜系统的分离规律、分离模型以及其浓差极化和污染规律都存在某些独有的特点，它们与传统膜分离理论有很大不同，其工艺过程由浓差极化与膜污染共同控制。当利用传统的工艺设计理论进行工业母液纳滤膜处理时，其中在给水处理条件下的某些常数为状态函数，是多个参数，如浓缩时间、操作压力、母液水质等有关变量(1)某组分渗透液通量J′w＝A该公式除操作压力ΔP可能为常数外，其它参数均为状态函数，在工艺条件一定下，渗透液通量为浓缩时间的多项式函数。(2)溶质去除率r=AA+B/]]>=c2-c3c2=1-c3c2]]>rabs=AA+B/=c1-c3c1=1-c3c1]]>与上面公式相同，该公式中的参数均为状态函数，因此溶质去除率也应该为状态函数。(3)真实脱盐率r与表观脱盐率rabs的关系由上述方程可以推出lg(1-rabs)rabs=lgl-rr+12.303JwbUa]]>(4)渗透压渗透压π随溶质种类、溶液浓度和温度而变，表示议程和表达式很多。π＝ΦRT∑Mi＝ΦRTcp＝Bxf式中cp为溶质摩尔浓度，xf为溶质摩尔分数，Φ为渗透压系数，Mi为溶质摩尔浓度，对稀溶液Φ可取0.93，对π近似估算，一些溶质的B值见专业文献。(5)溶质通量JsJs＝B(c’s-c”s)＝BΔCsB为盐的透过性常数，Δcs为膜两侧溶质浓度差。(6)透过液溶质浓度CR与浓缩时间t的关系通过对实验数据回归，可以求得其透过液溶质浓度CR与浓缩时间t的数学关系式，以下为第三章的几个实例。a.CR＝52.319t+603.64，相关系数R2＝0.987b.CR＝0.0013t3-0.0803t2+2.0149t-2.1632相关系数R2＝0.9467c.CR＝0.7591t3-11.679t2+54.71t-65.469相关系数R2＝0.8824根据实验数据分析结果，可以看出纳滤膜处理不同工业废液时，透过液溶质浓度CR与浓缩时间t呈较好的数学关系，但数学关系形式不同。(7)溶质透过率SPSP=cPcfm×100%=QSQPcP]]>cfm为平均进料浓度，cp为渗透液中溶质平均浓度。(8)脱盐率SR或r SR=r=1-SP=1-cPcfm=1-QSQPcP]]>(9)回收率R和流量平衡R=QPQf×100%]]>Qf＝Qr+QPQp为产渗透液流速，Qf为进料流速，Qr为浓缩液流速。(10)浓缩因子CFCF=11-R]]>(11)透过液通量Jw与压力差的关系a.Jw＝10.91Δp+2.135，相关系数R2＝0.999b.Jw＝11.06Δp+1.256，相关系数R2＝0.997c.Jw＝10.51Δp+1.607，相关系数R2＝0.998d.Jw＝10.34Δp+1.622，相关系数R2＝0.999(12)透过液通量Jw与浓缩时间的关系a.Jw＝-0.0004t3+0.0436t2-1.5532t+19.937相关系数R2＝0.943b.Jw＝-0.0012t3+0.0751t2-1.5456t+11.436相关系数R2＝0.964c.Jw＝-1.3681t2-1.6932t+49.606相关系数R2＝0.997d.Jw＝-0.9688t+11.425相关系数R2＝0.920(13)透过液溶质浓度CR与浓缩时间t的关系a.CR＝52.319t+603.64，相关系数R2＝0.987 b.CR＝0.0013t3-0.0803t2+2.0149t-2.1632相关系数R2＝0.9467c.CR＝0.7591t3-11.679t2+54.71t-65.469相关系数R2＝0.8824(14)透过液溶质浓度与进液溶质浓度关系a.CR＝2.3037e0.002Ci，相关系数R2＝0.986b.CR＝1.745e0.0022Ci，相关系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳滤膜工业废液处理及物质回收工艺设计方法，其特征是：将纳滤膜系统看作一个封闭体系，其各项参数为状态函数，采用非平衡热力学和唯象理论推导出纳滤膜处理工业废液分离工艺设计方法；上述膜分离过程的推动力为压力差、电位差、浓度梯度差、温度差，即四元体系、四种物流和四种推动力，可以利用系统中的其它状态参数及时间参数求得各项参数的数学关系式；主要工艺参数之间的关系：透过液通量与压力差关系；透过液通与浓缩时间的数学关系；透过液溶质浓度与浓缩时间呈较好的数学关系；透过液溶质浓度与进液溶质浓度关系；透过液溶质浓度与膜压力差的关系；透过液与纳滤浓缩时间的关系；使用渗透液通量衰减系数和膜污染阻力作为纳滤膜浓差极化与膜污染程度的确定参数；纳滤膜工业废液处理及物质回收工艺流程、工艺设计步骤、设计内容、设计参数计算方法主要包括： 纳滤膜处理工艺试验设计与工艺试验，有关处理对象分离规律、分离模型以及其浓差极化和污染规律的获取，纳滤膜分离工艺计算、纳滤膜分离工艺自控与配套设备设计；工艺及设备设计计算过程１．１纳滤膜的主要操作运行参数。由于纳滤膜的截留率和 溶剂的通量不仅与膜的材料、物理化学性能、结构有关，而且与纳滤膜的主要操作运行参数密切相关（１）压力该压力包括纳滤膜组件进口压力、浓缩液出口压力、系统中泵出口压力、纳滤膜两侧压力。根据试验研究结果表明，压力升高渗透液通量增加，无机溶质的截 留率随压力增加而增加，有机溶质的截留率随压力增加而降低。（２）温度指被过滤液体的温度当温度升高时，渗透压与通量也随着增加，溶质的截留率随溶质与膜的不同呈现不同的变化规律。（３）溶质浓度溶质浓度升高，渗透压增加，通量减小。（４）浓 缩液循环通量指单位时间通过单位膜面积的浓缩液循环量当浓缩液循环通量增加时　渗透液通量升高（５）ｐＨ值可电离的溶质截留率与ｐＨ值有关。１．２纳滤工艺过程参数设计理计算过程。利用纳滤膜处理高浓度废液时，纳滤膜系统 的分离规律、分离模型以及其浓差极化和污染规律都存在某些独有的特点，它们与传统膜分离理论有很大不同，其工艺过程由浓差极化与膜污染共同控制。当利用传统的工艺设计理论进行工业母液纳滤膜处理时，其中在给水处理条件下的某些常数为状态函数，是多个参数，如浓缩时间、操作压力、母液水质等有关变量（１）某组分渗透液通量Ｊ↓［ｗ］′＝Ａ［ΔＰ－（π↓［２］－π↓［３］）］该公式除操作...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东方，李小宁，纪涛，陈璐，
申请(专利权)人：天津市环境保护科学研究所，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]