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甲殼素及其衍生物的應(yīng)用越來越廣泛,中國已經(jīng)成為*上*大的甲殼素生產(chǎn)國和出口國。由于甲殼素生產(chǎn)伴隨著大量的酸、堿廢水的排放,治理難度大、成本高,廢水處理已嚴重制約著甲殼素產(chǎn)業(yè)發(fā)展。基于膜技術(shù)在其他廢水處理方面的應(yīng)用,本文采用不銹鋼超濾膜(SSF)和耐堿納濾膜(NF)對甲殼素工廠排放的廢堿液進行處理,回收堿液和蛋白濃縮物,以探索出一種低成本 率并可資源利用的廢堿水治理方法;本研究對于膜技術(shù)在甲殼素產(chǎn)業(yè)中的開發(fā)利用具有一定的學(xué)術(shù)價值,同時在解決甲殼素廢堿液處理方面具有重要的應(yīng)用價值。為了了解甲殼素生產(chǎn)廢堿液的物料體系特點,并為膜技術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù),對國內(nèi)具有代表性的甲殼素工廠排放的以蝦殼和蟹殼兩類原料產(chǎn)生的廢堿液的主要成份進行分析,并采用SSF和耐堿NF膜為介質(zhì)對蝦廢堿液進行濃縮分離研究和膜清洗效果探討。結(jié)果顯示:蝦廢堿液堿濃度3.4%(wt/wt),懸浮固形物(SS) 0.11%(wt/wt);總蛋白含量為1.7%(wt/wt),約87%(wt/wt)相對分子質(zhì)量小于1000;蟹廢堿液堿濃度4.0%(wt/wt),SS為3.093%(wt/wt);總蛋白含量4.32%(wt/wt),

相對分子質(zhì)量10000以上的高于85%(wt/wt)。兩種廢堿中蛋白的氨基酸齊全,同一企業(yè)同種原料產(chǎn)生的廢水的主要成分穩(wěn)定。SSF和NF的平均膜通量分別為125L·m-2·h-1和27.65 L·m-2·h-1,堿的體積回收率為96%,回收堿的質(zhì)量指標符合*IS-IT-Ⅱ一等品標準。SSF膜采用2%(wt/wt)NaOH70℃溶液清洗40min和0.5%(wt/wt)*60℃清洗30min的“堿-酸-堿"清洗程序,膜通量*恢復(fù);納濾膜用清水沖洗即可*恢復(fù)通量。過濾過程清液為堿液產(chǎn)品,該廢堿液具有回用價值;濃縮液為含蛋白濃縮物可回用,達到零排,雙膜工藝具有可行性。為探討SSF膜處理廢堿液體系時的膜阻力和通量衰減規(guī)律,并建立與之對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,通過中試規(guī)模試驗,對實際物料體系的膜分離參數(shù)以及SSF膜對廢堿液的分離特性進行了分析。結(jié)果表明:SSF的膜通量在跨膜壓差(TMP)3.1bar時達到*大值,膜污染阻力的增長符合生長模型,膜通量模型作出的預(yù)測值與實測值相關(guān)系數(shù)大于0.96,表明本文建立的通量模型和膜阻力模型可以很好地描述對于該類廢堿液SSF膜的過濾特性,濃縮微分方程組模型能定量描述

甲殼素廢堿液SSF膜處理的過程、結(jié)果,可作為評估可行性、經(jīng)濟性和在線控制的基本工具。為了了解耐堿NF膜在堿性物料體系中的膜分離特性以及NF膜在處理廢堿液時膜阻力及通量衰減規(guī)律,采用了測定并分析葡萄糖和NaCl在一定條件下的截留率的方法,結(jié)合S-K模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行分析;同時建立了實際廢堿液體系的NF通量數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明:NF膜膜孔半徑約為0.380nm,分離層等效膜厚度(Δx/Ak)為65.63nm,膜腫脹研究表明該NF膜適合長時間處理高濃度堿液。NF膜通量衰減模型對膜通量的預(yù)測值與實測值的相關(guān)系數(shù)高于0.98,證明了NF模型可以定量描述廢堿液的NF處理過程和結(jié)果,為該工藝的工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)建了理論依據(jù)和評價工具。為了驗證SSF膜與NF膜工藝回收廢堿液工藝的經(jīng)濟性和可行性,采用經(jīng)濟學(xué)原理并結(jié)合膜設(shè)備實際工程數(shù)據(jù)及SSF、NF通量模型,通過數(shù)學(xué)方法進行模擬分析。結(jié)果顯示:建立的成本模型是可靠的。在該工藝的總成本組成中,膜元件的投資成本占比例*大,SSM成本*高約為0.28CNY/L,占總成本的56%以上;NF膜成本*高約為0.11 CNY/L,占總成本的26%以上。膜成本存在“平臺區(qū)",

兩種膜所占總成本比例呈此消彼長的規(guī)律;處理量較大時,膜支數(shù)較多,膜面積利用率高,單位體積料液的處理成本下降。相同日處理負荷,日運行時間越長,則總成本顯著降低。該成本模型適合于規(guī)模化的工業(yè)化生產(chǎn)。設(shè)備的一次性投資成本隨處理量的增加而顯著增長,100m3/day處理量的企業(yè),設(shè)備投資額低于150萬CNY。