新型分离技术在节能环保中的意义.doc

结合节能环保谈谈学习新型分离技术的意义水是人类社会赖以生存的物质基础，是我们这个行星上人类生存和国家经济建设的生命线。我国是一个缺水国家，人均年水资源量为2350立方米，只有世界人均水资源的26.6 %，在联合国公布的149个国家中排在第109位，是世界上13个贫水国之一。不仅缺水，而且水资源污染也较严重，据统计，在人类的生产和生活的排泄物中，已有2221种化学污染物和1441种有毒藻类、细菌、病毒等流人到水体中，使水资源的质量下降，功能减退，形成了水质性短缺问题。我国近年经济发展迅猛，工业、农业排出的废弃物严重影响了河流、湖泊及地下水的水质，直接威胁饮用水。国家环保总局一组最新数据显示，50%以上的生活饮用水是不安全的。目前我国农村约有1.9亿人的饮用水有害物质含量超标，城市中污水的集中排放，严重超出水体自净能力。地表水污染依然相当严重，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系受到不同程度的污染，湖泊富营养化问题突出。在全国统计的523条河流中，有436条河流受到不同程度的污染，其中流经城市的河段90%受到较重污染。全国有2400公里的河流因污染而鱼虾绝迹。平原湖泊80%受到污染，其中有26.3%富营养化。生活用水质量不佳，有55%的重点城镇水源地达不到饮用水标准，有29%的人饮用不洁水。经调查，我国人群患病的88 %、死亡的33%与生活用水不洁直接相关。废水直排是造成水污染的直接原因，全国每年废水排放量约400亿吨，大约有80%的污水没有处理和处理不达标直接排向江河湖海，既浪费了资源，又污染了水环境。据专家分析，1吨污水能污染20吨清水。点污染源主要是工业和城市生活废污水。目前许多工业企业的生产设备还相对落后，资源利用率低，污染物大量排放。工业企业的排污，无论是绝对量，还是单位产品排污量，都比工业发达国家高得多。特别是乡镇企业迅速发展，也导致了大量未处理的废污水排放。乡镇企业废水排放具有分散、浓度高和处理率低的特点。 随着城市化率不断提高，城市生活污水年排放量迅速增加，由1981年的59亿吨增加到1999年的200亿吨，增加了二倍多。而1999年城市污水集中处理率只有30.7。面源污染主要通过降雨产生的径流携带土壤中的化肥、农药等成分一起进入河流；以及洪水期，将地表的垃圾、人畜粪便等带入河中形成污染。对淮河、太湖等重点河湖进行了水污染防治专项治理。但是要实现河湖水质的根本好转，还需要做极其艰苦的努力。保护水体，控制废水排放已成为刻不容缓的严重任务。受污染的水赤潮 近几年来，开展废水中的有用物质的回收，既可降低污水处理负荷，又能取得较大的经济效益。某些新型分离技术电镀废水、印染废水、石油化工废水、食品制药工业废水中有用物质的回收以及城市生活污水和放射性废水的处理等领域得到了较大规模的开发和应用。以上种种需求，不但促使一些常规分离技术，如蒸馏、吸收、萃取、吸附、结晶等不断改进和发展，更使一些特色明显的新型分离技术，如膜分离、泡沫分离、超临界流体萃取、印迹分离，以及集成技术等得到重视和开发。这些新型的分离技术有些已得到一定规模的应用，有些还处于试验研究或工厂中试规模的开发阶段，但可以预料，不久的将来这些技术将逐步得到发展和应用。分离技术及其在过程工程中的意义：（1）分离技术在工业中的地位与角色 分离技术广泛应用于石油、化工、医药、食品、冶金、原子能等许多工业领域，其所需的装备和能量消耗在整个过程工程中常占有主要地位。 以化工生产过程为例，分离方面的基建投资通常占50%90%，所消耗的能量也往往占绝大部分。在化工过程工业中，反应通常是过程的中心，但如果没有有效纯化产物和去除废物的过程相结合，工厂就不可能生存。 （2）分离技术在日常生活中的作用 人们的日常生活离不开分离技术，每天用于洗脸、刷牙的自来水，饮用的纯净水大多通过来自江河湖海的水处理获得的；每天使用的果汁、生啤、白糖、食盐等分别通过蒸发、膜滤、结晶等方法制得；每天开车所用的汽油、煤油等都是通过对原油加氢反应除去硫磺并经分馏制得。 （3）分离技术在环境保护中的作用 普通居民家庭生活污水所含成分十分复杂，直接排入江河湖泊，将会严重污染环境，目前大部分城市已经开展生活污水几种同意的生化处理，有效地将污染物分离出来或转化为无毒物质；然而对于广大农村的生活污水，如何利用湿地或氧化塘等生物处理方法，及时将有毒、有害污染物通过富集、吸收、降解或转化等手段去除已十分迫切。 （4）分离技术在人类健康与保健中的作用 分离技术在医疗做出的贡献是有目共睹的，人工肾、人工肺、人工肝分别具有与人体肾、肺、肝等脏器功能的血液透析、血液氧化、脱毒作用。利用膜的筛分作用通过透析、滤过方法净化血液、供氧和去除CO2使血液氧合，或通过置换及吸附方法使血液脱毒等，达到调节人体平衡、维持生活、延长寿命的目的。 （5）分离技术在能源再生与利用方面的作用 化石燃烧难以持久，按当前消耗量相比，除煤可维持二三百年外，包括核能铀在内的其他能源，只有60年左右的用量，迫使人们不断新能源与提高利用率。 新型分离技术大致可分为三大类：第一类为对传统分离过程或方法加以变革后的分离技术，如基于萃取的超临界流体萃取、液膜萃取、双水相萃取，以及基于吸附的色谱分离等；第二类为基于材料科学发展形成的分离技术，如反渗透、超滤、气体渗透、渗透汽化的膜分离技术；第三类为膜与传统分离技术相结合形成的分离技术，如膜吸收、膜萃取、亲和超滤、膜反应器等。以膜分离技术为例。膜分离是人们所掌握的最节能的物质分离和浓缩技术之一。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。膜分离优点常温下进行：有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质 无相态变化：保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8无化学变化：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染选择性好：可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能适应性强：处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化膜分离过程的优势特征:1. 膜分离过程通常在常温下进行, 营养成分损失极少, 特别适用于热敏性物质, 如果汁和酶等的分离、分级、浓缩、提纯与富集, 并可保持产品的色、香、味及营养成分。2. 膜分离过程多数不发生相变化, 不用化学试剂和添加剂, 无二次污染, 能耗低, 并具有冷杀菌优势, 且分离效率高。3. 膜分离过程在密闭的系统中进行, 被分离原料无色素分解和褐变反应, 所以挥发性成分损失极少, 可保持原有的芳香。4. 膜分离过程可在分子级内进行物质分离,适用于许多特殊溶液体系的分离, 具有普通滤材无法取代的卓越性能。5. 膜分离多以压力作为推动力, 故分离装置简单, 易连续操作自控, 维修方便, 膜组件可单独使用也可联合使用, 工艺简单, 容易实现自动化操作和高级加工。膜分离技术是近来发展起来的一项高新技术，也是当前促进和保证社会持续发展的关健技术之一。由于膜技术具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点， 使其在废水处理领域有很大的发展潜力。在膜技术处理工业废水时， 只要根据废水的具体情况采取相应的预处理， 并且选用宽流道的膜组件， 加之工艺设计合理， 选用膜分离技术处理工业废水在技术上是可行的。相信随着膜技术深入研究和制膜工艺的不断改善， 膜分离技术在工业废水处理中将会发挥越来越重要的作用。由此可知，学习新型分离技术对于环保节能具有重要意义。烧碱传统工艺与其加了离子膜知道的新型分离技术比较其优缺点目前世界上生产烧碱的方法有4种：隔膜法、水银法、离子膜法、苛化法。隔膜法在国内外均广泛采用属于烧碱制备的传统工艺，隔膜法制烧碱在隔膜电解槽中，隔膜放在阳极和阴极之间，它能使食盐水通过，能防止两极产生的气体混合而发生副反应。隔膜通常用石棉制成，将浆状的石棉纤维均匀的吸附在阴极网上。近年来，有些工厂在石棉浆中添加聚四氟乙烯、聚多 氟二氯乙烯纤维来延长隔膜的使用寿命。阴极材料一般用铁丝网或打铁的铁板制成。阳极过去主要用石墨板，它使用寿命短，降低电能的利用率。70年代后，我国的一些大厂陆续改用金属钛为基体的金属阳极。离子膜电解法又称膜电槽电解法，是利用阳离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的方法。离子膜电解法是在离子交换树脂（见离子交换剂）的基础上发展起来的一项新技术。利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。这项技术已经用于氯碱的生产,海水和苦咸水的淡化，工业用水和超纯水的制备,酶、维生素与氨基酸等药品的精制，电镀废液的回收，放射性废水的处理等方面，其中应用最广泛、成效最显著的是氯碱工业。在氯碱工业中，利用阳离子交换膜电解槽电解食盐或氯化钾水溶液来制造氯气、氢气和高纯度的烧碱（氢氧化钠）或氢氧化钾。离子膜法与隔膜法的优缺点比较：离子膜法的优点：1. 离子膜系统自动化程度比较高2. 节能效果好。由于旋流干燥工艺的合理性, 排放出的乏气具有更低的温度与更大的湿度, 因而具有更好的节能效果。3. 操作弹性大, 控制更为简单。旋流干燥工艺采用两路新鲜空气进入干燥系统, 对离心下水、蒸汽压力、湿PVC 进料量变化要求更加宽松。4. 对成品PVC质量影响更小。旋流干燥工艺解决了旋风分离器堵料、产品结露返潮等情况, 干燥系统对PVC 树脂质量不产生任何影响。5. 工艺流程简单。由于离子膜法电解液浓度高，因此不需要蒸发工段即可获得30以上的产品。6. 污染程度低。离子膜法生产装置排出的废液、废气均能做到回收利用，达标排放，对环境几乎没有污染。7. 产品纯度高。离子膜碱为高纯度产品，可满足纺织化纤行业对高纯碱的要求。8. 装置占地少。离子膜法装置占地较隔膜法装置要少40一50。9. 生产稳定，安全性高。离子膜法生产弹性较大，电槽能适应电流负荷的较大幅度变化，迅速调节生产负荷；同时离子膜法开停车安全方便，操作维修简单，劳动强度低。10. 能耗低。由于不需要蒸发工段，大大减少了蒸汽的消耗，同时电解工段的电耗和循环水耗也大幅度降低，一般离子膜法比隔膜法总能耗低30以上。成本上的比较：1. 盐耗: 隔膜碱因有约3. 50%的盐随着成品碱带出, 即1 t 碱比离子膜法需多消耗约110 kg / ( t% 100% N aOH ); 但离子膜法碱二次盐水精制过程中将浪费一次盐水, 实际隔膜法比离子膜法制碱多耗盐约50 kg / ( t% 100% N aOH )。按目前盐价240元/ t计(含税价), 成本约高10. 25元/ ( t%100% N aOH )。2. 电耗: 从目前装置运行情况看, 若隔膜碱管理得当, 以离子膜3年运行寿命综合评价, 两者电耗基本接近(指使用改性隔膜和扩张阳极技术的企业)。3. 汽耗: 隔膜法约比离子膜法高2. 1 t / ( t%100% N aOH )。以蒸汽价格150 元/ t计(含税价) ,隔膜法成本比离子膜法成本高278. 76 元/ ( t%100% N aOH )。4. 折旧: 生产规模同为10 万t/ a, 离子膜法比隔膜法多投资约4 000 万元(包括离子膜的预提) ,按10年计, 离子膜法烧碱成本高72 元/ ( t% 100%N aOH )。5. 其他运行费用包括工人工资、辅助原材料的消耗等, 离子膜法碱成本较隔膜碱高约85 元/ ( t% 100% N aOH )。综上所述, 离子膜碱综合成本较隔膜碱约高132元/ ( t% 100% NaOH )。运行上的比较1. 离子膜法制碱存在硫酸根和氯酸盐的积累问题。硫酸根的积累有办法解决, 但对盐水工序处理能力提出了更高要求, 并且运行费用较隔膜法约增加30 元/ ( t% 100% N aOH )。在氯酸盐的处理上,虽然氯碱企业多设置了氯酸盐分解槽, 但其处理过程是在低pH 值、高温条件下, 对设备的腐蚀性较大, 较难正常运行, 并且运行费用较高, 而其他处理技术在国内尚不成熟。隔膜法制碱则不存在这些问题。2. 国内有很多地区有盐矿, 开采出来的卤水成本较低, 大量使用卤水制碱会给企业带来极大的经济效益。对于离子膜法制碱来讲, 因