三室电渗析回收黄姜皂素水解废液中硫酸的研究_孙长顺

研究了电渗析过程中各种离子的迁 移 摘要 采用三室电渗析从黄姜皂素水解废液中分离硫酸 ， ２ ＋ ２－ ／ ） 规律 。 在电流密度 １ 溶解性固体 （ 分离效率分别为 ８ ３ ０Ａ ｍ 条件下 ， Ｈ 、 Ｓ Ｏ Ｔ Ｄ Ｓ １． ４％ 、 ８ １． ６％ ４ 、 ＋ ２－ ， 。 ， 和９ 而水解废液中有机物 的 浓 度 不 变 和 电 流 效 率 分 别 为 和 分 离 ７． ９％ Ｈ Ｓ Ｏ ６ ９． ５％ ６ ５． ９％ ４ １ｋ ４ｋＷ·ｈ。 ｇ 硫酸的电耗为 ８． 关键词 三室电渗析 黄姜皂素 回收 废液 硫酸
电 渗 析 槽 内 电 压 和 电 流。离 子 交 记录水解液 温 度 、
表 １ 离子交换膜的性能
项目 厚度／ ｍｍ 含水率／％ ／ 交换容量／ ｍ ｏ ｌ ｋ ｇ
２ ／ 膜面电阻／ ｃ ｍ Ω
） ） 式（ 中Ｃ １ ４ Ｃ ～ 式（ ｉ ０， ｉ １ 分别为淡水室ｉ 物质的 ／ 初始和最终浓度 ， ｍ ｏ ｌ Ｌ； Ｖ 为淡水室液体体积 ， Ｌ； Ｆ ／ ； 为法拉第常数 ， Ｆ＝９ ６ ５ ０ ０Ｃ ｍ ｏ ｌ Ｕ 为电渗析 槽内
２ ／ 。 定时取 限电流 ， 并确定操作电流密度为 １ ３ ０Ａ ｍ
（ ２ Ｃ Ｃ Ｖ Ｆ ｉ ０－ ｉ １） ×１ ０ ０％ ε ｉ＝ Ｉ ｔ ）回收硫酸的电耗 ： （ ４
（ ） ３
淡水室中水样 ， 测定 Ｃ Ｏ Ｄ、 Ｔ Ｄ Ｓ、 Ｓ Ｏ 换膜的性能见表 １。
２－ ４
和 硬 度， 同时
Ｅ＝
（ Ｃ Ｃ Ｖ ×９ ８×３ ６ ０ ０［ ／ ｉ ０－ ｉ １） ） ］ （ ） ｋ ｋＷ ·ｈ ４ ｇ（ Ｕ Ｉ ｔ
２－ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｈ＋ ， Ｓ Ｏ ｎ ｄ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｓ（ Ｔ Ｄ Ｓ）ｗ ｅ ｒ ｅ ８ １． ４％ ， ８ １． ６％ ａ ｎ ｄ ９ ７． ９％ ｒ ｅ ｓ ｅ ｃ － ｐ ４ ａ ， ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ａ ｎ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｈ ｄ ｒ ｏ ｌ ｔ ｉ ｃ ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｋ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ － ｙ ｇ ｙ ｙ ｐ ２－ ， ｃ ｏ ｆ Ｈ＋ ａ ｎ ｄ Ｓ Ｏ ｗ ｅ ｒ ｅ ６ ９． ５％ ａ ｎ ｄ ６ ５． ９％ ｒ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ １ｋ ｙ ｐ ｙ ｙ ｐ ｇ ４ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ ｓ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ８． ４ｋＷ·ｈ． ｐ
给水排水 Ｖ ｏ ｌ ． ３ ８ Ｎ ｏ ． ７ ２ ０ １ ２
质安全 。 汉丹江流域是国家南水北调中线工程的重 因此黄 姜 皂 素 水 解 废 液 的 处 理 与 利 用 为 要水源地 ， 不可忽视的问题 。
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置采用聚丙烯槽 体 外 加 保 温 层 ； 阳极为含钌氧化物 金属钛网 ； 阴极为不锈钢板 ， 采用异相阴阳离子交换 膜， 性能参数见表 １。
阳膜 ０． ４ ２±０． ０ ２ ４ ０～５ ５ ０ ≥２． ２ ≤１ ０ ≥９
阴膜 ０． ４ ２±０． ０ ２ ３ ０～４ ５ ８ ≥１． ３ ≤１ ２ ≥９
。 电压 ， Ｖ； Ｉ 为电流 ， Ａ； ｔ 为通电时间 ， ｓ ２ 结果与讨论 ２． １ Ｈ＋ 随时间的变化 图 ２ 显 示 了 淡 水 室 水 解 废 液 中 Ｈ＋ 随 时 间 的 随着通电时间的延长， 水解废液 变化。可以看出， ／ ／ 中 Ｈ＋ 从 ０． 分 ６ ４ｍ ｏ ｌ Ｌ 逐 渐 下 降 至 ０． １ ２ｍ ｏ ｌ Ｌ， 离效率（ 即酸回收率） 达到８ １． ４％ 。 就曲线变化趋势而言， 可以分为两个阶段 ， 即快 ， 速下降段和平衡阶段 。 从通电开始至 ８ｈ 水解废液 中的 Ｈ＋ 快速下降 ， 渐趋 ８ｈ 之后 ， Ｈ＋ 下降速度减缓 ， ， 平衡 ； １ ０ １ ２ｈ Ｈ＋ 分离效率的增长仅为 ３． ８％ 。 ～
／ 硬度／ ｍ Ｌ ｇ ／ ／ Ｔ Ｄ Ｓ ｍ Ｌ ｇ
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降 。 随着时间的延长 ， 极室中 Ｈ＋ 不 断 上 升 ， 并大于 ［ ８］ ＋ 淡水 室 中 的 浓 度 ， 这时发生反向扩散 ， Ｈ 穿过阳 离子交换膜进入淡水室 ， 发生反向扩散 ， 离子浓差扩 散的迁移方 向 与 电 迁 移 过 程 相 反 ， 因 此 淡 水 室 Ｈ＋ 下降速率减慢 。 当两个不同方向的离子迁移速率相 极室和淡水室中的 Ｈ＋ 不再变化 ， 达到平衡 。 等时 ，
Ｃ Ｃ ｉ ０－ ｉ １ ×１ ０ ０％ ｉ＝ η Ｃ ｉ ０
（ ）Ｈ＋ 的电流效率 ： ２
（ ） １
ε ｉ＝
图 １ 试验装置
（ Ｃ Ｃ Ｖ Ｆ ｉ ０－ ｉ １） ×１ ０ ０％ Ｉ ｔ
（ ） ２
２＋ （ ） 的电流效率 ： ３ Ｓ Ｏ ４
在淡水室中 加 入 黄 姜 皂 素 水 解 废 液 １． 阴 ８Ｌ， 阳极室各加入 ２％Ｎ 开启循环泵 ， ａ Ｓ Ｏ ５Ｌ， ２ ４ 溶液 ２． 接通直流电源 。 采用伏安曲线法测定试验装置的极
１． ３ 分析与计算方法 试验仪器为 美 国 ＭＹ Ｒ ＯＮ Ｌ 公司的 Ｔ Ｄ Ｓ溶解 ＋ ２－ 性固体测定仪 ， 硬度和 Ｓ 分别采用重 Ｃ Ｏ Ｄ、 Ｈ 、 Ｏ ４ 铬酸 钾 法 、 酸 度 指 示 剂 滴 定 法、 Ｅ Ｄ ＴＡ 滴 定 法 和 铬 酸钡光度法 。 各物质的分离 效 率 、 电流效率和回收硫酸的电 ） ） 耗分别按式 （ 计算 。 １ ４ ～ 式（ ）分离效率 ： （ １
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｎ ｒ ｅ ｃ ｌ ａ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｄ ｉ ｏ ｓ ｅ ｎ ｉ ｎ ｈ ｄ ｒ ｏ ｌ ｔ ｉ ｃ ａ ｍ ｙ ｇ ｙ ｙ ｙ ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｂ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｈ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｃ ｙ ｙ
１ ２ １ ３ １ ， ， ， ， Ｓ ｕ ｎ Ｃ ｈ ａ ｎ ｓ ｈ ｕ ｎ Ｘ ｕ Ｊ ｕ ｎ ｌ ｉ Ｚ ｈ ａ ｎ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｗ ｅ ｎ Ｌ ｉ Ｘ ｉ ａ ｏ Ｌ ｉ Ｙ ｉ ｎ ｉ ｅ ｇ ｇ ｇ ｊ
（ ’ １． Ｓ ｈ ａ ｎ ａ ｎ ｘ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｏ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ， Ｘ ｉ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ｙ ｆ ’ ’ ２． Ｃ ＮＭＥ （ Ｘ ｉ ａ ｎ） Ｑ ｉ ｕ ａ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｃ ｏ ｒ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， Ｘ ｉ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ５ ５， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ｙ ｇ ｇ ｐ ’ ’ ３． Ｘ ｉ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｘ ｉ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ５ ５， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｙ ｆ ｇ ｙ， ： ， ａ ｅ ｒ ａ ｍ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｏ ｆ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｄ ｉ ｏ ｓ ｅ ｎ ｉ ｎ ｈ ｄ ｒ ｏ ｌ ｔ ｉ ｃ ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｐ ｐ ｙ ｙ ｇ ｙ ｙ ，ａ ｗ ａ ｓ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｂ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｈ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｉ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｕ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｃ ｙ ｙ ｇ ｙ ２ ／ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ．Ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｗ ａ ｓ １ ３ ０Ａ ｍ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ － ｐ ｙ ｙ ｐ
选择透过率／％
１． ２ 试验水质 试验采 用 的 水 解 废 液 取 自 某 黄 姜 皂 素 生 产 企
６］ ， 业［ 水质指标见表ห้องสมุดไป่ตู้２。
表 ２ 水解废液水质指标
项目 ／ ／ Ｃ Ｏ Ｄ ｍ Ｌ ｇ Ｈ
＋／
数值 ４ ４ ２ ２ ８ ０． ６ ３ ７ ０． ３ ０ ２ ２ ３ ０ ０ １ ４ ５ ０ ０ ０
研究认为 ， 三室 电 渗 析 的 离 子 迁 移 方 式 存 在 两
７］ 。在试验开始 种趋势 ， 即浓 差 扩 散 和 电 迁 移 过 程 ［
／ ｍ ｏ ｌ Ｌ
２－／ ／ Ｓ Ｏ ｍ ｏ ｌ Ｌ ４
阶段 ， 淡 水 室 的 Ｈ＋ 高 ， Ｈ＋ 穿 过 阳 离 子 交 换 膜 向 浓 度低的极室扩散 ， 发生浓差扩散 ， 同时在电场的 作用 下， Ｈ＋ 迁移的速率加快 。 在此过程中 Ｈ＋ 的 浓 差 扩 散和电迁移 的 方 向 一 致 ， 因 此 淡 水 室 中 Ｈ＋ 迅 速 下
： ； ；Ｗ ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｈ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ Ｙ ａ ｍ ｄ ｉ ｏ ｓ ｅ ｎ ｉ ｎ； Ｒ ｅ ｃ ｌ ａ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｃ － ｙ ｇ ｙ ｒ ｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ ０ 引言 ， 黄姜中含有 丰 富 的 皂 素 （ 皂 甙 元） 是自体类激 素药物的原 料 。 黄 姜 皂 素 生 产 采 用 酸 水 解 工 艺 ， 排 ， 放大量的酸性水解废液 （ 又称头道液 ） 具有酸性高 、 含盐量高 、 难生物降 解 的 特 点 ， 未经达标 Ｃ Ｏ Ｄ 高、 处理排放会严重 污 染 当 地 水 环 境 ， 威胁汉丹江的水
工业给排水
三室电渗析回收黄姜皂素水解废液中硫酸的研究
孙长顺１ 徐军礼２ 张振文１ 李 晓３ 李英杰１
（ 西安 ７ 西安 ） 启源工程有限公司 ， 西安 ７ １ 陕西省环境科学研究院 ， １ ０ ０ ６ １； ２ 中机工程 （ １ ０ ０ ５ ５； ） 西安 ７ ３ 西安建筑科技大学 ， １ ０ ０ ５ ５
［ １］
目前黄姜皂素生产企业将水解废液与其他 废水 混合处理 。 废水处理工艺一般采用物化与生 物氧化
２～５］ ， 相结合的方法 ［ 不但会消耗大量中 和 药 剂 、 运行
成本较高 ， 而且 中 和 后 生 成 的 溶 解 性 盐 会 抑 制 废 水 生物处理系统的正常运行 。 本文对三室电渗析 法回 收黄姜皂素水解废液中的硫酸进行了研究 。 １ 试验内容与方法 １． １ 试验装置与方法 本研究采用三 室 电 渗 析 ， 如 图 １ 所 示。 试 验 装