CN111253000A - 一种膜法高值化处理脂肪酸废水工艺 - Google Patents

一种膜法高值化处理脂肪酸废水工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，包括如下步骤：S1、废水经微滤预处理，将废水中粒径≥0.45μm油脂进行初步去除，分离液进入电渗析系统，在电流作用下进一步分离油脂和盐；S2、电渗析浓水经双极膜电渗析系统转化为硫酸和氢氧化钠溶液，其中氢氧化钠回用至皂化工艺段，硫酸回用至中和工艺段。S3、电渗析淡水进入MBR系统调节池进行缓冲，缺氧池进行水解、酸化和脱氮，好氧池把有机物转化为无机组分，再通过MBR膜进行泥水分离，完成生物降解处理。本发明提出生产脂肪酸所产生的废水处理工艺，满足清洁生产所需，同时产品可回用至生产流程，提高废物资源化，回收率可达99%以上。

Description

一种膜法高值化处理脂肪酸废水工艺
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种脂肪酸废水处理工艺。
背景技术
脂肪酸作为一种可广泛从动植物之中提取出来的物质，是油脂化工的基础原料，以天然脂肪酸为原料衍生的下游产品，以其高度的安全性受到了消费者的广泛认可，广泛用于纺织、食品、医药、日用化工、石油化工、橡塑、采矿、交通运输、铸造、金属加工、油墨、涂料等各种行业，走进人们的生活之中，随之推动油脂化工行业迅猛发展。
目前生产脂肪酸的工艺，主要采用的工艺方法为，将油脂中加入液碱在高温蒸汽下皂化，生成脂肪酸钠，然后加过量的硫酸中和后生成脂肪酸、甘油和稀硫酸，静滞分离后，放出下层的工艺废水，从而得到脂肪酸。这也就导致了下层所排放的工艺废水中含有大量的硫酸盐、油脂及部分脂肪酸，若直接排放会对环境造成较大影响，同时也会造成资源浪费。
脂肪酸生产工艺中由于使用的原材料不同，致使废水中主要污染物成分也不尽相同，但由于工艺条件的要求，废水中主要污染成分为中和转化料液所产生的副盐、未反应充分剩余的油脂、及部分残余产品、甘油等附加产物。辽宁拓启环保科技有限公司在“一种脂肪酸生产废水处理工艺(CN109665678A)”专利中将脂肪酸废水进行离心分离、絮凝沉降后进入生化处理使废水达到外排标准，但此方法无法回收利用废水中的硫酸盐；郑州大学综合设计研究院有限公司在专利“一种脂肪酸废水膜处理工艺(CN105016522A)”中使用双膜法处理脂肪酸废水，但此方法伴随着严格的预处理工艺，同时回收所得的硫酸钠盐经济效益较低，且工艺流程庞杂；杭州轩辉环境设备有限公司在“一种生产脂肪酸产生的废水的处理工艺(CN109179745A)”专利中提出的添加氢氧化钠回收脂肪酸钠的化学处理方法虽然操作简便，但仍需额外投入化学试剂增加成本，同时还会造成内部硫酸钠等相关资源的浪费。基于上述原因，本发明创新提出一种高值化脂肪酸废水的处理工艺。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于电渗析技术的脂肪酸产生中废水的处理工艺，实现脂肪酸废水中有效组分的高值化利用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其包括如下步骤：
S1：将生产脂肪酸的工艺废水经过滤预处理，初步去除废水中粒径≥0.45μm油脂，分离液进入电渗析系统，在电流作用下进一步促进剩余油脂和盐的分离；
S2：将S1中电渗析系统分离出的盐溶液输入三隔室双极膜电渗析系统，转化为硫酸和氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液回用至脂肪酸生产工艺的皂化工艺段，用于将油脂转化为脂肪酸钠，所述硫酸回用至脂肪酸生产工艺的中和工艺段，用于将脂肪酸钠转化为脂肪酸；
S3：将S1中过滤预处理以及电渗析系统分离出的油脂输入MBR污水处理系统，通过调节池进行缓冲后，进入缺氧池进行水解、酸化和脱氮，再进入好氧池进一步把有机物转化为无机组分，并通过MBR膜进行泥水分离，完成生物降解处理后外排。
作为优选，经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液中悬浮物浓度需≤0.2mg/L。
作为优选，经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液温度为5～40℃。
作为优选，经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液粘度＜10mPa·S。
作为优选，经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液中Ca、Mg离子含量均＜0.1mg/L。
作为优选，所述电渗析系统包含均相膜电渗析、合金膜电渗析或异相膜电渗析。
作为优选，所述过滤预处理为抽滤、超滤或纳滤。
作为优选，所述生产脂肪酸的废水中含有脂肪酸、甘油、硫酸盐及剩余硫酸。
本发明具有如下优点：
1)电渗析系统中的离子交换膜片致密性较高且污染耐受性强，可长期有效分离油脂及硫酸盐，分离效率高达99％以上，避免直接进入三隔室双极膜系统造成膜污染，同时提升设备产酸碱效率。
2)双极膜电渗析系统可将硫酸钠直接转化为硫酸与氢氧化钠，氢氧化钠可回用至皂化产脂肪酸钠工艺部分；硫酸可回用至中和生产脂肪酸工艺部分。本发明实现了资源回收再利用，避免废盐产生，回收率可达99％以上。
3)本发明通过电渗析分离出的油脂电导率约为800μs/cm，含盐量较低，可直接进入生化处理工艺，避免固废产生，实现清洁生产。
附图说明
图1是一种基于电渗析技术的脂肪酸生产废水处理工艺的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
生产脂肪酸的工艺，主要采用的工艺方法为，将油脂中加入液碱在高温蒸汽下皂化，生成脂肪酸钠，然后加过量的硫酸中和后生成脂肪酸、甘油和稀硫酸，静滞分离后，放出下层的工艺废水，从而得到脂肪酸。在生产脂肪酸的废水中，脂肪酸、甘油含量在5～10％左右，同时含有大量硫酸盐(以硫酸钠为主)及剩余硫酸等组分。本发明的工艺主要基于电渗析技术对此类脂肪酸产生废水进行处理。
如图1所示，本发明的膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其步骤如下：
S1：将生产脂肪酸的工艺废水经过滤预处理，初步去除废水中粒径≥0.45μm油脂，油脂浓缩与浓水中后续进入生化处理工序中，而分离液产生则进入电渗析系统，其中电渗析系统的料液室添加待处理料液，电渗析系统的产水室添加纯水，添加体积比1：1，在电流作用下进一步促进剩余油脂和盐的分离，使料液室的淡水中富集有油脂，而产水室的产水中富集有硫酸钠为主的盐溶液。
本发明中的过滤预处理可以是抽滤、超滤或纳滤，通过滤除大颗粒物质，使进水达到电渗析进水要求，减少膜污染。电渗析系统可以是均相膜电渗析、合金膜电渗析或异相膜电渗析。根据电渗析系统的进水要求，经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液中，应当满足以下工艺参数：悬浮物浓度需≤0.2mg/L，料液温度为5～40℃，料液粘度＜10mPa·S，料液中Ca、Mg离子含量均＜0.1mg/L。
另外，在电渗析过程中的控制参数优选如下：电渗析电流密度控制在200～400A/m2，电压0.3～0.5V/对，运行温度控制在35～40℃。料液室电导率降至800～1200μs/cm左右，或者产水室电导率升至100mS/cm左右，可视为到达反应终点，若过程中产水室电导率过低或料液室电导率过高可将对应料液更换后继续运行至相应终点。
当然，具体的设备选型和工艺参数可以根据需要进行调整，以满足相应的处理目的为准。
S2：再将电渗析系统分离出的盐溶液输入三隔室双极膜电渗析系统，转化为硫酸和氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液回用至脂肪酸生产工艺的皂化工艺段，用于将油脂转化为脂肪酸钠，而硫酸回用至脂肪酸生产工艺的中和工艺段，用于将脂肪酸钠转化为脂肪酸。
在三隔室双极膜设备，料液室添加S1中电渗析系统的产水，酸室添加纯水，碱室添加纯水，添加水量优选比例为5：3：4左右。在运行过程中，三隔室双极膜电渗析设备的控制参数优选如下：电流密度控制为400～800A/m2，电压3V/对，运行温度控制在35～40℃。酸室产水中H+含量达到2mol/L，或碱室中OH-含量提升至2mol/L时视为反应终点。若料液室电导率低于20mS/cm可更换料液以提高效率。当然，具体的工艺参数也可以根据需要进行调整，以满足相应的分离目的为准。
S3：将过滤预处理的浓水以及电渗析系统的淡水一并输入MBR污水处理系统，对其中的油脂进行生化处理。本发明中采用MBR工艺处理，两股水混合后先通过调节池进行缓冲，然后再进入缺氧池进行水解、酸化和脱氮，再进入好氧池进一步把有机物转化为无机组分，最后通过MBR膜进行泥水分离，完成生物降解处理后外排。
下面将上述膜法高值化处理脂肪酸废水工艺利用于若干实施例中，以展示其具体的技术效果。
实施例1：
本实施例的脂肪酸产生的废水的处理工艺，其中，生产脂肪酸产生的废水内主要组分为脂肪酸、硫酸、硫酸钠、水以及其它有机物等，若直接将废水排出，不仅造成了资源的浪费，而且严重的影响环境。基于此，采用本实施例的废水处理工艺既可以对废水中资源进行回收利用，同时还能实现工业清洁生产，废弃物排放量为零。
具体地，本实施例的废水的处理工艺，包括如下步骤：
S1、废水经过0.45μm抽滤预处理，除去料液中悬浮物。此时溶液pH值为1.2，料液电导率为130mS/cm，取料液0.5L加入均相膜电渗析设备的料液室，产水室添加纯水，电渗析运行时长300min，最终料液室电导率降至0.8mS/cm，产水室电导率升至112mS/cm，液体迁移量9.5％，有机物透过率4.3％。
S2、将三隔室双极膜电渗析设备料液室加入0.5L料液，料液为S1产水，酸室添加纯水，碱室添加纯水，电渗析运行时长50min，最终料液室电导率降至21mS/cm；酸室电导率升至368mS/cm，浓度2.1mol/L；碱室电导率升至218mS/cm，浓度2mol/L。产水中未检测出明显有机物。料液室剩余溶液可与新进水样混合继续处理，产生的碱(NaOH)可回用至皂化反应产脂肪酸钠工艺段，产生的酸(H2SO4)可回用至中和反应产脂肪酸工艺段。
S3、将S1过滤后的浓水以及电渗析分离出的淡水中的酯类物质混合后，输入MBR系统，先通过调节池进行缓冲，然后再进入缺氧池进行水解、酸化和脱氮，再进入好氧池进一步把有机物转化为无机组分，最后通过MBR膜进行泥水分离，完成生物降解处理后外排。MBR系统的进水COD 500mg/L，去除效率98％以上。
本实施例确认了工艺可行性，运行期间未发生膜污染现象，工艺分离性能及制酸、碱性能较高，可有效回收回用废水中盐分，并处理剩余油脂，实现废弃物资源化的同时实现清洁生产。
实施例2：
S1、废水经过纳滤预处理，除去料液中悬浮物。此时料液电导率为158mS/cm，取料液800L加入均相膜电渗析设备料液室，产水室添加纯水，电渗析运行时长300min，最终料液室电导率降至1.2mS/cm，产水室电导率升至136mS/cm，液体迁移量8.5％，有机物透过率5.8％。
S2、将三隔室双极膜电渗析设备料液室加入800L料液，料液为S1中的产水，酸室添加纯水，碱室添加纯水，电渗析运行时长70min，最终料液室电导率降至20mS/cm；酸室电导率升至352mS/cm，浓度2.1mol/L；碱室电导率升至198mS/cm，浓度2mol/L。产水中未检测出明显有机物。料液室剩余溶液可与新进水样混合继续处理，产生的碱(NaOH)可回用至皂化反应产脂肪酸钠工艺段，产生的酸(H2SO4)可回用至中和反应产脂肪酸工艺段。
S3、将S1过滤后的浓水以及电渗析分离出的淡水中的酯类物质混合后，调节pH至6～9，稀释CODcr至500mg/L后输入MBR系统，先通过调节池进行缓冲，然后再进入缺氧池进行水解、酸化和脱氮，再进入好氧池进一步把有机物转化为无机组分，最后通过MBR膜进行泥水分离，完成生物降解处理后外排。
本实施例运行期间未发生膜污染现象，工艺分离性能及制酸、碱性能较高，可有效回收回用废水中盐分，并处理剩余油脂，进一步减少资源浪费，废弃物资源化的同时实现清洁生产。
实施例3：
S1、同实施例2；
S2、将三隔室双极膜电渗析设备料液室加入800L料液，料液为S1产水；碱室加入纯水450L，酸室加入纯水350L，极水室加入4％硫酸钠溶液500L。运行时长90min，最终料液室电导率降至20mS/cm；酸室电导率升至273mS/cm，浓度1.8mol/L；碱室电导率升至182mS/cm，浓度2mol/L。产水中未检测出明显有机物。料液室剩余溶液可与新进水样混合继续处理，产生的碱可回用至皂化反应产脂肪酸钠工艺段，产生的酸可回用至中和反应产脂肪酸工艺段。
S3、同实施例2。
本实施例运行期间未发生膜污染现象，工艺分离性能及制酸、碱性能较高，可有效回收回用废水中盐分，并处理剩余油脂，进一步减少资源浪费，废弃物资源化的同时实现清洁生产。
实施例4：
S1、同实施例2；
S2、将三隔室双极膜电渗析设备料液室加入800L料液，料液为S1产水；碱室加入纯水350L，酸室加入纯水300L，极水室加入4％硫酸钠溶液500L。运行时长60min，最终料液室电导率降至28mS/cm；酸室电导率升至336mS/cm，浓度2mol/L；碱室电导率升至203mS/cm，浓度2mol/L。产水中未检测出明显有机物。料液室剩余溶液可与新进水样混合继续处理，产生的碱可回用至皂化反应产脂肪酸钠工艺段，产生的酸可回用至中和反应产脂肪酸工艺段。
S3、同实施例2。
本实施例运行期间未发生膜污染现象，工艺分离性能及制酸、碱性能较高，可有效回收回用废水中盐分，并处理剩余油脂，进一步减少资源浪费，废弃物资源化的同时实现清洁生产。
实施例5：
S1、同实施例2；
S2、将三隔室双极膜电渗析设备料液室加入900L料液，料液为S1产水；碱室加入纯水400L，酸室加入纯水300L，极水室加入4％硫酸钠溶液500L。运行时长80min，最终料液室电导率降至25mS/cm；酸室电导率升至343mS/cm，浓度2.1mol/L；碱室电导率升至223mS/cm，浓度2.1mol/L。产水中未检测出明显有机物。料液室剩余溶液可与新进水样混合继续处理，产生的碱可回用至皂化反应产脂肪酸钠工艺段，产生的酸可回用至中和反应产脂肪酸工艺段。
S3、同实施例2。
本实施例运行期间未发生膜污染现象，工艺分离性能及制酸、碱性能较高，可有效回收回用废水中盐分，并处理剩余油脂，进一步减少资源浪费，废弃物资源化的同时实现清洁生产。
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (8)

1.一种膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将生产脂肪酸的工艺废水经过滤预处理，初步去除废水中粒径≥0.45μm油脂，分离液进入电渗析系统，在电流作用下进一步促进剩余油脂和盐的分离；
S2：将S1中电渗析系统分离出的盐溶液输入三隔室双极膜电渗析系统，转化为硫酸和氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液回用至脂肪酸生产工艺的皂化工艺段，用于将油脂转化为脂肪酸钠，所述硫酸回用至脂肪酸生产工艺的中和工艺段，用于将脂肪酸钠转化为脂肪酸；
S3：将S1中过滤预处理以及电渗析系统分离出的油脂输入MBR污水处理系统，通过调节池进行缓冲后，进入缺氧池进行水解、酸化和脱氮，再进入好氧池进一步把有机物转化为无机组分，并通过MBR膜进行泥水分离，完成生物降解处理后外排。
2.根据权利要求1所述的膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其特征在于：经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液中悬浮物浓度需≤0.2mg/L。
3.根据权利要求1所述的膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其特征在于：经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液温度为5～40℃。
4.根据权利要求1所述的膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其特征在于：经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液粘度＜10mPa·S。
5.根据权利要求1所述的膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其特征在于：经过滤预处理后进入电渗析工艺的料液中Ca、Mg离子含量均＜0.1mg/L。
6.根据权利要求1所述的膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其特征在于：所述电渗析系统包含均相膜电渗析、合金膜电渗析或异相膜电渗析。
7.根据权利要求1所述的膜法高值化处理脂肪酸废水工艺，其特征在于：所述过滤预处理为抽滤、超滤或纳滤。
8.根据权利要求1～7任一项所述的法高值化处理脂肪酸废水工艺，其特征在于：所述生产脂肪酸的废水中含有脂肪酸、甘油、硫酸盐及剩余硫酸。
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