甲殼素生產(chǎn)廢堿液雙膜耦合堿回收技術(shù)研究.pdf

1、甲殼素及其衍生物的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的甲殼素生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。由于甲殼素生產(chǎn)伴隨著大量的酸、堿廢水的排放，治理難度大、成本高，廢水處理已嚴(yán)重制約著甲殼素產(chǎn)業(yè)發(fā)展。基于膜技術(shù)在其他廢水處理方面的應(yīng)用，本文采用不銹鋼超濾膜(SSF)和耐堿納濾膜(NF)對(duì)甲殼素工廠(chǎng)排放的廢堿液進(jìn)行處理，回收堿液和蛋白濃縮物，以探索出一種低成本、高效率并可資源利用的廢堿水治理方法；本研究對(duì)于膜技術(shù)在甲殼素產(chǎn)業(yè)中的開(kāi)發(fā)利用具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值，同

2、時(shí)在解決甲殼素廢堿液處理方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　 為了了解甲殼素生產(chǎn)廢堿液的物料體系特點(diǎn)，并為膜技術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù)，對(duì)國(guó)內(nèi)具有代表性的甲殼素工廠(chǎng)排放的以蝦殼和蟹殼兩類(lèi)原料產(chǎn)生的廢堿液的主要成份進(jìn)行分析，并采用SSF和耐堿NF膜為介質(zhì)對(duì)蝦廢堿液進(jìn)行濃縮分離研究和膜清洗效果探討。結(jié)果顯示：蝦廢堿液堿濃度3.4％(wt/wt)，懸浮固形物(SS)0.11％(wt/wt)；總蛋白含量為1.7％(wt/wt)，約87％(wt/wt)

3、相對(duì)分子質(zhì)量小于1000;蟹廢堿液堿濃度4.0％(wt/wt)，SS為3.093％(wt/wt)；總蛋白含量4.32％(wt/wt)，相對(duì)分子質(zhì)量10000以上的高于85％(wt/wt)。兩種廢堿中蛋白的氨基酸齊全，同一企業(yè)同種原料產(chǎn)生的廢水的主要成分穩(wěn)定。SSF和NF的平均膜通量分別為125L.m-2.h-1和27.65 L.m-2.h-1，堿的體積回收率為96％，回收堿的質(zhì)量指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)IS-IT-Ⅱ一等品標(biāo)準(zhǔn)。SSF膜采用2％(w

4、t/wt)NaOH70℃溶液清洗40min和O.5％(wt/wt)硝酸60℃清洗30min的“堿-酸-堿”清洗程序，膜通量完全恢復(fù)；納濾膜用清水沖洗即可完全恢復(fù)通量。過(guò)濾過(guò)程清液為堿液產(chǎn)品，該廢堿液具有回用價(jià)值；濃縮液為含蛋白濃縮物可回用，達(dá)到零排，雙膜工藝具有可行性。
　　 為探討SSF膜處理廢堿液體系時(shí)的膜阻力和通量衰減規(guī)律，并建立與之對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)中試規(guī)模試驗(yàn)，對(duì)實(shí)際物料體系的膜分離參數(shù)以及SSF膜對(duì)廢堿液的分離特性

5、進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：SSF的膜通量在跨膜壓差(TMP)3.1bar時(shí)達(dá)到最大值，膜污染阻力的增長(zhǎng)符合生長(zhǎng)模型，膜通量模型作出的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相關(guān)系數(shù)大于0.96，表明本文建立的通量模型和膜阻力模型可以很好地描述對(duì)于該類(lèi)廢堿液SSF膜的過(guò)濾特性，濃縮微分方程組模型能定量描述截留液非堿固形物濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，定量描述甲殼素廢堿液SSF膜處理的過(guò)程、結(jié)果，可作為評(píng)估可行性、經(jīng)濟(jì)性和在線(xiàn)控制的基本工具。
　　 為了了解耐堿NF膜在

6、堿性物料體系中的膜分離特性以及NF膜在處理廢堿液時(shí)膜阻力及通量衰減規(guī)律，采用了測(cè)定并分析葡萄糖和NaCl在一定條件下的截留率的方法，結(jié)合S-K模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行分析;同時(shí)建立了實(shí)際廢堿液體系的NF通量數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明：NF膜膜孔半徑約為0.380nm，分離層等效膜厚度(△x/Ak)為65.63nm，膜腫脹研究表明該NF膜適合長(zhǎng)時(shí)間處理高濃度堿液。NF膜通量衰減模型對(duì)膜通量的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)高于0.98，證明了NF模型可以定

7、量描述廢堿液的NF處理過(guò)程和結(jié)果，為該工藝的工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)建了理論依據(jù)和評(píng)價(jià)工具。
　　 為了驗(yàn)證SSF膜與NF膜工藝回收廢堿液工藝的經(jīng)濟(jì)性和可行性，采用經(jīng)濟(jì)學(xué)原理并結(jié)合膜設(shè)備實(shí)際工程數(shù)據(jù)及SSF、NF通量模型，通過(guò)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行模擬分析。結(jié)果顯示：建立的成本模型是可靠的。在該工藝的總成本組成中，膜元件的投資成本占比例最大，SSM成本最高約為0.28CNY/L，占總成本的56％以上；NF膜成本最高約為0.1lCNY/L，占總成本的26