作者：郑晓蒙
纳滤法回收离子交换再生酸碱液工艺研究内容简介：
离子交换具有较高的选择性，适用于高纯度的分离和净化，因此被广泛应用于水处理以及溶液的精制和脱色。但是失效的离子交换树脂通常采用酸、碱化学药剂进行再生，为了达到满意的再生效果，必须采用2—3倍理论量的再生药剂，这样就会产生大量的废酸和废碱溶液。如果废液处理不好，便会造成环境和水体的污染。
目前国内对离子交换树脂再生废液的处理主要有以下几种处理方式：酸碱中和法、分步沉淀法、Fenton催化氧化法、Fenton试剂一生化联合法以及纳滤法等。虽然各种方法都可以有效处理再生废液，但是过程中需要投加药剂，处理成本较高，因此有必要对酸、碱再生废液进行回用和减量化。
本文根据纳滤膜分离原理，选择耐酸碱纳滤膜，通过小试装置测试，对纳滤法回收离子交换酸碱液的工艺进行研究，从而确定适用于绿纤生产中离子交换再生废液回用系统的工艺路线及工艺参数，为以后工程应用建立基础。
2纳滤膜分离技术
纳滤膜具有显著的离子选择性，主要是由膜的电荷效应决定的。在膜上或者膜中的负的带电基团，通过静电互相作用，阻碍多价离子的渗透。离子的电荷强度不同，膜对离子的截留率也有所不同。对含有不同价态离子的多元体系，由于膜对各种离子的选择性有异，根据道南效应(Donaneffect)不同离子透过膜的比例不同。其中一价阴离子的盐可以大量地透过膜，阴离子在纳滤膜上的截留率按N03-<CL-< OH-< SO42-<CO32-依次上升；此外纳滤膜对废酸中金属离子有很好的截留率，截留率按H+< Na+<K+< Ca2+< Mg2+< Cu2+依次上升。纳滤膜对中性不带电荷的物质（如乳糖、葡萄糖、麦芽糖）的截留则是由膜的筛分效应决定的。
由于传统的聚酰胺类纳滤膜使用pH范围一般为2—11，在极端pH环境下，特别是强碱性条件会发生降解，因此只能用于中性或接近中性的弱酸弱碱性介质。近年来随着高化学稳定性纳滤膜产品的成功开发，出现了多种商业化产品，纳滤技术开始应用于酸、碱液回收。
商业化的高化学稳定性纳滤膜主要是聚讽、聚醚矾类材料和改性的聚哌嗪材料等，截留分子量200～1000或更高。
3纳滤膜法酸碱回收工艺
纳滤膜法酸碱回收工艺流程图见图1。
待处理酸或碱废液注入进料罐(V01)后，由进料泵(P01)输送至保安过滤器(F01)进行初级过滤，目的是去除处理液中的细微颗粒和杂质，保护纳滤膜系统。
过滤后的澄清液进入换热器(E01)与循环冷却水进行热交换，防止温度过高。然后处理液由增压泵(P02)升压后进入纳滤膜系统(F02)，透过液作为产品进行回用，浓缩液回到进料罐(V01)进行循环处理直至达到设定的浓缩比，最终的浓缩液送入污水处理单元。
纳滤膜酸碱回收系统需要定期进行清洗，每个处理周期结束后，需切换清洗水进行水洗；当纳滤膜系统处理能力明显下降时，则需要药剂清洗，以保证膜通量恢复至理想值。
4小试实验
4.1 试验装置
按照图1流程搭建酸碱回收小试装置，酸液和碱液处理装置各一套。两套装置配制相同，纳滤膜均采用科氏SelRO系列特种膜，膜面积为1.9m2。
4.2 试验内容
本试验酸碱废液来自于Lyocell纤维溶剂回收过程中离子交换单元所产生的再生废液。分别对酸、碱液中的有机污染物和离子成分进行测定，同时进行纳滤处理并每隔一定时间测定膜通量。
当达到设定的浓缩比后停止处理，90%取收集的渗透液进行成分测定，通过与原液的对比分析纳滤的处理效果。
4.3 分析方法
酸、碱浓度采用滴定法测定。
色度采用比色法。
离子及有机物检测采用930 compact IC Flex型离子液相色谱，检测器：电导检测器。
4.4 结果与讨论
4.4.1酸液回收
将50L再生酸液注入进料罐内，启动纳滤回收系统，设定纳滤操作压力为2.0MPa，不控温条件下，当浓缩液体积为5L时，停止设备，测定处理时间为65min。取透过液进行分析，并与进料液比对，得到纳滤对酸液处理结果见表1。由表1可见，原液中Fe2+、Fe3+、Cu2+以及有机杂质经纳滤处理后截留率可达96%以上，出水透明无色。虽然HC1浓度略有降低，但可以满足离子交换再生回用要求。
处理过程中膜通量随时间的变化情况如图2所示。随着处理时间的增加，循环液的浓度增加，渗透压升高，造成膜通量减小。在酸液回收率为90%的情况下，整个操作周期平均膜通量约为22L/ (m2h)，可满足工程设计的需求。
4.4.2碱回收试验
将50L再生碱液注入进料罐内，启动纳滤回收系统，设定纳滤操作压力为2.0MPa，不控温条件下，当浓缩液体积为5L时，停止设备，测定处理时间为52min。取透过液进行分析，并与进料液比对，得到纳滤对碱液处理结果见表2。由表2可见，NaOH略有损失．但再生碱液中的氯离子、硫酸根、碳酸根以及没食子酸基本被截留，透过液由棕色变为接近透明，处理效果很明显。
处理过程中膜通量随时间的变化情况如图3所示。变化趋势与酸液处理基本相同，膜通量随着时间的增加、浓缩液浓度的增加而急剧减小。在碱液回收率为9096的情况下，整个操作周期平均膜通量约为27L／(m2h)，可满足工程设计的需求。
5环境效益和经济效益
纳滤系统可有效实现酸、碱废液的回用和减量化。酸碱液的回收率达到90%，减轻了废水处理酸碱中和法的药剂投加量，环境效益明显。
31%盐酸价格以800元／吨计，纯碱价格以2800元／吨计，用电价格以0.6元/KWh计，酸碱回收率取体积比90%。以酸碱回收小试试验为例，每处理50L浓度4%的酸液，可节省药剂费用4. 76元，扣除用电成本0.73元，即每批次操作酸回收可节省成本4. 03元；每处理50L浓度4%的碱液，可节省药剂费用5. 29元，扣除用电成本0. 58元，即每批次操作碱回收可节省成本4. 71元。工程化后，经济效益十分可观。
6结论
纳滤膜酸碱回收工艺在处理Lyocell纤维溶剂回收中离子交换单元所产生的再生废液时，具有理想处理效果。处理过程中，酸回收系统平均膜通量约为22L/ (m2h)，碱回收系统平均膜通量约为27L／(m2h)，酸碱回收率达90%，杂质去除率96%以上，回收的酸、碱液达到离子交换再生回用要求，具有明显的环境和经济效益。
7摘要：
在绿色纤维溶剂回收过程中，离子交换单元为达到理想再生效果，会使用过量的酸、碱液。因此有必要对酸碱废液进行回收处理，以降低成本。本文采用纳滤法对酸碱废液进行回收处理，通过小试试验测定酸回收系统平均膜通量约为22L／(m2h)，碱回收系统平均膜通量约为27L／(m2h)，酸碱回收率可达90%，杂质去除率96%以上，回收的酸、碱液达到离子交换再生回用要求。
