專利名稱：氨/水膜分離及回收氨新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣/液膜分離技術(shù)。
氨/水分離及回收氨工藝愈來(lái)愈受人們的廣泛關(guān)注。目前，可用于氨/水氣液分離及回收氨的工藝技術(shù)主要有吹脫法和膜分離法兩種。它們主要通過(guò)NH+4＝NH3↑+H+，當(dāng)pH增大時(shí)平衡向右進(jìn)行，利用氨的揮發(fā)性來(lái)達(dá)到氨/水分離的目的。前者是利用空氣或蒸氣將氨以氣體形式帶出。該法工藝簡(jiǎn)單、可靠性高，亦可處理高濃度含氨廢水。但是，設(shè)備運(yùn)行能耗高，噪聲污染大，且會(huì)出現(xiàn)氨氣的二次污染;還需解決結(jié)垢問(wèn)題;在低溫時(shí)，脫氨效率不高，設(shè)備占地面積大。相比之下，膜式分離法利用疏水微孔膜為隔離層，將氨水及吸收液分隔在兩側(cè)，從水中逸出的氨能輕易地透過(guò)膜，水及其他離子型物質(zhì)則不能通過(guò)，逸出的氨為另一側(cè)的吸收液所吸收。它具有能耗小、投資少、操作方便、回收率高、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，是一種非常經(jīng)濟(jì)可行的新工藝。這種工藝在美國(guó)專利376926，歐洲專利0353148 A2，日本專利昭61-185399、昭54-64084、昭55-104607、平2-31893、昭53-58975中均有涉及或報(bào)導(dǎo)。
比較以上兩種工藝，就發(fā)展前景來(lái)看，膜分離法具有更強(qiáng)的生命力?？偟恼f(shuō)來(lái)，膜分離法工藝包括廢水堿化、粗濾、膜分離與回收氨等步驟?，F(xiàn)有膜分離法工藝流程如圖2所示。酸對(duì)NH3的吸收既是NH3的回收過(guò)程，同時(shí)又是氨/水分離過(guò)程中的一個(gè)重要組成。在該工藝流程中，氨/水的分離和氨的回收是在膜組件微孔膜兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行的。兩者勢(shì)必會(huì)互相影響，這種影響導(dǎo)致了該工藝種種缺陷的產(chǎn)生。由于在膜組件中酸與多孔膜直接接觸，具有揮發(fā)性的酸(如HCl，HNO3)和對(duì)膜具有親水化作用的有機(jī)酸(如乙酸，檸檬酸)顯然是不能采用的，僅有硫酸等少數(shù)無(wú)機(jī)酸可供選擇。故吸收的氨也只能以硫銨等幾種銨鹽形式回收利用。另一方面，酸吸收劑的采用同時(shí)也限制了微孔膜的選擇范圍。膜組件內(nèi)的微孔膜必須既耐酸又耐堿。再者，由于酸堿反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使得這種工藝不宜處理高濃度含氨廢水。否則，溫度的快速上升會(huì)破壞膜組件。以上種種缺陷使膜分離法在氨/水分離與回收氨上的應(yīng)用受到了極大的限制。
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)上述膜分離法的回收工藝，使氨/水分離與氨回收成為兩個(gè)單獨(dú)的過(guò)程，避開酸與膜直接接觸，該工藝可拓寬微孔膜和吸收劑的選擇范圍及回收產(chǎn)物的品種。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的主要工藝路線如圖1所示。
在本發(fā)明的工藝中，含氨廢水的pH值應(yīng)大于11。一般情況下，廢水首先須加堿調(diào)節(jié)pH值，再經(jīng)過(guò)粗濾裝置，將粒徑較大的懸浮物固體顆粒過(guò)濾掉。然后，廢水進(jìn)入膜分離裝置進(jìn)行氨/水分離，脫氨以后的廢水排放，由減壓法分離出的氨經(jīng)冷凝或吸收劑吸收，得到各種回收產(chǎn)物。
與由膜另一側(cè)酸直接吸收法相比，本發(fā)明的最大特點(diǎn)是采用減壓法來(lái)分離氨/水。在膜分離裝置中，微孔膜一側(cè)仍為廢水;另一側(cè)則不再加酸吸收劑來(lái)吸收氨，而是用減壓設(shè)備降低該側(cè)氣體壓力，使其始終保持一定的真空度，在微孔中形成壓力梯度來(lái)推動(dòng)廢水中的氨不斷揮發(fā)透過(guò)微孔膜、水及其他物質(zhì)不能透過(guò)。從而達(dá)到氨/水分離的目的。減壓一側(cè)的真空度要求在10～760mmHg，以400～760mmHg為最佳。減壓法分離氨/水的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是避開了酸與膜的直接接觸，并使氨/水分離和回收氨成為兩個(gè)互不影響的工藝步驟。這樣大大拓寬了氨/水分離膜的選擇范圍，降低了對(duì)微孔膜耐酸性的要求。由于在膜分離過(guò)程中不存在酸堿化學(xué)反應(yīng)，膜分離裝置中的溫度變得容易控制，溫度稍高的廢水及高濃度含氨廢水亦可用本發(fā)明工藝進(jìn)行脫氨處理，這一點(diǎn)突破了現(xiàn)有酸吸收法膜分離工藝的禁區(qū)。本發(fā)明徹底排除了與酸的長(zhǎng)期接觸對(duì)疏水性微孔膜的各種影響，延長(zhǎng)了膜的使用壽命。本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是在回收氨這一步驟中，既可采用冷凝、水或酸吸收的方法，亦可以氣氨的形式直接返回生產(chǎn)工藝加以利用。值得一提的是，由于不存在與微孔膜直接接觸，吸收劑的選擇范圍增大了，許多可與氨起反應(yīng)的試劑都可作為氨吸收劑，其中包括各種無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸。吸收方法的不同帶來(lái)了產(chǎn)物的不同。本發(fā)明氨的回收產(chǎn)物可以是氣氨或冷凝得到的液氨，也可以是水吸收得到的氨水或各種酸吸收得到的銨鹽。這些氨的回收產(chǎn)物可根據(jù)需要作為化工原料重新投入生產(chǎn)或作為農(nóng)作物優(yōu)良的化肥，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)工藝流程圖。
本發(fā)明實(shí)施例例1按圖1的工藝流程，采用聚丙烯中空纖維膜分離裝置。其中，膜組件有效長(zhǎng)度為100cm，膜的孔隙率為35～45%，透氣率為2.0×10-2cm3(STP)/cm2.S.cmHg，外徑380μm，內(nèi)徑322μm。
首先將含氨廢水(CONH3-N＝13900ppm)加20%液堿調(diào)節(jié)pH值至11.0，經(jīng)粗濾(粗濾裝置過(guò)濾精度為80μm)，再泵入膜分離裝置中聚丙烯中空纖維膜內(nèi)側(cè)，膜外側(cè)則由減壓裝置維持其真空度為753mmHg，在溫度為22℃的條件下，進(jìn)行氨/水分離，分離出的氨在吸收器中用化學(xué)水加以吸收。
例2將膜分離減壓裝置的真空度改為460mmHg，分離出的氨在吸收器中用30%鹽酸吸收，其他條件同例1相同。
為了與實(shí)施例進(jìn)行比較，比較例膜分離裝置及廢水水質(zhì)與實(shí)施例相同。不同之處是比較例采用15～25%的硫酸溶液在聚丙烯中空纖維膜外側(cè)循環(huán)，直接以硫銨形式回收氨氮，比較結(jié)果如下表實(shí)施例1，例2和比較例參數(shù)列表如下

從實(shí)施例與比較例的比較可知，本發(fā)明工藝的脫氨率雖然比硫酸直接吸收法低，但能采用不同的回收方式和吸收劑來(lái)得到各種回收產(chǎn)物，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。
顯然，本發(fā)明的工藝亦可用于其他類似的氣/液分離和回收(如H2S/H2O，Cl2/H2O，Br2/H2O等)。
權(quán)利要求
1.氨/水膜分離與回收氨的工藝，包括廢氨水堿化、粗濾、膜分離與回收氨等步驟，其特征是在膜分離裝置中強(qiáng)疏水性微孔膜一側(cè)為廢氨水，而膜的另一側(cè)設(shè)減壓裝置，以降低該側(cè)氣體壓力，使其真空度保持在10～760mmHg范圍，在膜兩側(cè)壓力梯度推動(dòng)下，使含氨廢水中的氨不斷揮發(fā)透過(guò)多孔膜，而將不能透過(guò)膜的水和其它物質(zhì)排放；透過(guò)膜的氨經(jīng)冷凝或用吸收劑吸收，獲得回收產(chǎn)物。
2.按權(quán)利要求1所述的工藝，微孔膜的透氣率必須大于10-4cm3(STP)/cm2，Sec，cmHg膜的微孔平均孔徑必須在100-1000
。
3.按權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是吸收劑除采用揮發(fā)性較小的硫酸之外可采用揮發(fā)性較大的酸如HCl、HNO3、H2CO3等來(lái)回收氨。
4.按權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是吸收劑可采用有機(jī)酸如乙酸、檸檬酸。
5.按權(quán)利要求1的工藝，其特征是氨/水分離的減壓真空度在400～760mmHg。
6.氨/水分離與回收氨工藝的利用，其特征是分離出的氨可以產(chǎn)生氣氨、液氨、氨水或各種銨鹽。
7.氨/水分離與回收氨工藝的應(yīng)用，該工藝也適用于H2S/H2O、Cl2/H2O、Br2/H2O等的氣液分離。
全文摘要
本發(fā)明屬于氣/液膜分離技術(shù)，是一種用于氨/水分離與回收氨的新工藝。它以減壓法代替現(xiàn)有的酸吸收法。在本發(fā)明中采用強(qiáng)疏水性微孔膜材料，并且這種微孔膜不與酸等吸收液接觸。因此，可進(jìn)行高濃度含氨廢水的脫氨處理，并以氣氨、液氨、氨水及各種銨鹽的形式回收氨。顯而易見，本發(fā)明工藝拓寬了微孔膜、吸收劑的選擇范圍，提高了微孔膜的使用壽命，并且擴(kuò)大了回收產(chǎn)物以及膜分離法工藝在氨/水分離與回收氨中的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)B01D61/00GK1087874SQ93119230
公開日1994年6月15日 申請(qǐng)日期1993年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月21日
發(fā)明者徐又一, 徐紅, 王紅軍, 王樹源, 謝柏明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)