发酵废水中乙醇分离技术研究

2016-11-30侯建平

绿色科技 2016年14期

关键词：滤膜吸附剂树脂

汤敏，侯建平

(重庆市江北区环境监测站，重庆 404100)

发酵废水中乙醇分离技术研究

汤敏，侯建平

(重庆市江北区环境监测站，重庆 404100)

阐述了主要过滤与分离方法的特点，找到了适合发酵废水中乙醇的分离提纯方法，分析指出了蒸馏法(共沸精馏)是适合发酵废水中酒精分离的方法。

发酵废水；乙醇；分离

1　引言

生活废水在厌氧发酵后生成甲醇、乙醇、乙酸等物质，笔者主要分析了过滤和分离方法的特点，以找出适合发酵废水中乙醇分离的技术。

2　主要过滤和分离方法

2.1纳滤

纳滤膜以压力差为推动力，利用纳米级膜表面孔径实现对介质的分离。其具有制作精细、去除分子尺寸为单位纳米级、结构疏松等优点[1]。其呈现出复合膜形态，较多为三维交联结构，与反渗透膜相比，孔结构较为松散而尺寸较大，立体空间更大，同时，其表面带有电荷，对不同电荷和不同价态的离子有不同的 Donnan 排斥效应，因此，其孔径和表面电荷特征成为纳滤膜其具备独特分离性能的基础[2]。

纳滤膜应用中，其对多价离子有机物的脱除效果较好，因此，其在有机物的处理和化工原料的脱盐纯化中应用较为广泛，如有机物的脱盐与浓缩等[2～4]。同时，由于其分离性能介于超滤和反渗透之间，因而相对其它渗透膜应用，其具有通量高、渗透压差低、操作维护费用低等优点。因此，纳滤作为一种绿色、高效的分离技术广泛的在国内外的不同领域应用[2～7]。不过，纳滤膜主要应用与截留大分子有机物，废水中不仅有大量的大分子物质，还有小分子酸和其他的小分子醇，所以纳滤用于分离废水中酒精难度较大。

2.2蒸馏法

蒸馏法包括简单蒸馏、共沸蒸馏、萃取蒸馏和加盐蒸馏法[8]。简单蒸馏法在化工生产中应用较为广泛。在应用中，其基于有机物的不同沸点而调节蒸馏温度可以实现对废有机溶剂的回收利用，因此，该法对有机溶剂的回收率较高，这不仅有利于环境保护，而且有利于废物的回收利用，降低运行成本；但是此法能耗较大，不利于分离废水中酒精[9]。

共沸精馏法是通过向共沸溶液中加入共沸剂而实现不同组分的分离。共沸剂的选择是影响该法良好效果的重要因素。所选择的共沸剂应具有能与原溶液中的某个组分形成共沸物，且所形成共沸物的挥发度与原有各组分的挥发度相差较大，易于回收和分离，热稳定性好，无毒、无腐蚀性、价格低廉等特点[9，10]。实际应用中，常用共沸剂为异丙醚、苯等，其易于得到无水醇产品，但是共沸剂回收方式不便[9，10]。

萃取精馏法通常是通过添加沸点高、不与原料反应的溶剂，从而使难分离物转化为易分离物并最终实现预分离物的分离。其在近沸点物和共沸物的分离中应用较为普遍。在该精馏法应用中，汽油、乙二醇为常用萃取剂，同时，萃取剂回收方式简便，能耗小，但对回收设备要求严格，且溶剂损失和醇的纯度存在工艺上的不可兼得性[9]。

加盐精馏法通过基于盐效应而改变汽液平衡进而实现被分离物的高效分离。与前两个精馏方法相比，其具有处理效果好、处理效率高、能耗低等优点[9]。但其原料加入方式复杂，对设备要求高，同时所加的原料盐对机器的腐蚀性较大，精馏剂回收困难且回收效率低。

2.3液液萃取法

液液萃取在废水治理中泛应用较为普遍，在产业化的蒸馏应用中起到非常重要的作用。其具有设备成本低、处理效率较高等优点，但还具有容易造成二次污染、溶剂分离困难，单次萃取效果差等问题[11]。

2.4树脂吸附法

树脂吸附法是以高交联度球粒状的树脂为吸附剂，通过基质之间的亲和作用(静电引力、范德华力)而实现对吸附质的分离。该吸附剂物理组织多孔、不溶于溶剂，对有机物的吸附去除效果好。溶质在水中的溶解度对吸附剂吸附能力的影响较大。一般来讲，溶解度越大，吸附剂对吸附质的吸附阻碍越小，吸附效果越好。而由基质之间的亲和力所引起的溶质对树脂的亲合程度是影响该吸附剂吸附能力的另一重要因素[11]。

在实际应用中，大孔吸附树脂对含有芳环、分子量较高的有机物，如硝基酚、苯胺等有很好的吸附处理效果[11～15]。因此，其在有机化工废水的处理中应用较为广泛。在应用中，其可吸附回收废水中大部分有用物质，实现污染物的综合利用与资源化[11]。除此之外，其还被广泛应用于物质的分离和提纯中[11～16]，如中药提纯和生物医学工程等。

2.5微波技术

近年来微波技术在化学领域的应用发展较快，其广泛的应用在微波波谱分析、色反应和热雾化等方面[17～20]。微波在化学分离的研究尚处于初级阶段[21]。由于微波对水和脂肪类物质的快速加热功能，使得乳液中油与水的分离速率存在较大差异，因此，埃克美孚公司开发出了微波破乳分离技术，应用于油水乳化液的分离中，应用效果较好[21]。

3　结语

蒸馏法、萃取法、树脂吸附和微波技术都能够实现乙醇的分离。其中萃取法由于萃取剂一般具有一定的环境危害性，容易造成二次污染，一般不考虑用此方法。树脂吸附可以用来乙醇分离，但是一般主要用于大分子物质分离，而且脱附也相对麻烦。微波分离技术用于乙醇的分离，其主要是因为介电性不同，废水中物质种类太多，不知道其实用性怎样，还有待探索。纳滤技术也可用于分离，不过纳滤成本高，分离后难得到纯的乙醇，还得加工处理后才能实现分离。共沸精馏对小分子低沸点有机物有较好的提纯作用，而甲醇和乙醇都是小分子低沸点有机物，因此，共沸精馏是能得到乙醇最纯的办法。

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