抗生素生产中含盐废水的资源化利用技术研究

抗生素生产过程中会产生大量以氯化钠和氯化钾为主的含盐废水,若直接排放,不仅会对环境产生污染或影响,还会造成资源的浪费。本研究以抗生素生产中含盐废水为处理对象,面向资源化利用,设计采用“机械式蒸汽再压缩技术(Mechanical vapor recompression,MVR)+冷却结晶”工艺,分离获取其中的氯化钠和氯化钾,重点考察不同温度下的分离效果及经济能耗。研究表明,在母液循环操作模式下,常压蒸发温度为90℃、蒸水量为(85.00±0.50)%、结晶温度为25℃时,氯化钠收率可达85.00%以上,氯化钠和氯化钾纯度可达国家标准中工业级产品要求。

功能分离材料在海水化学资源利用中的应用

开发利用海水化学资源是缓解陆地矿产资源危机的有效途径,功能分离材料则是海水化学资源高效提取的关键。重点介绍了以离子交换膜、离子筛和吸附剂为代表的功能分离材料及其在海水制盐和海水提取钾、锂、铀的应用现状,并对其发展趋势进行了展望。

利用纳滤膜软化浓海水研究

利用纳滤膜对海水淡化副产浓海水进行了纳滤软化试验,考察了操作压力、进水流量及盐度对膜通量和浓海水中主要离子截留效果的影响。结果表明,增大操作压力,膜通量呈线性增大趋势,离子截留率先增大后趋于定值;提高进水流量,膜通量增大,离子截留率变化不大;随着进料盐度升高,膜通量和离子截留率均呈下降趋势。在操作压力为1.2MPa、进水体积流量为300L/h条件下,浓海水含盐量为66.8g/L时,对K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-的截留率可达5.17%、-0.06%、58.41%、93.38%、100%、9.67%,NaCl的回收率可达54.32%,从而达到了软化浓海水的目的,为浓海水制盐提供了优质原料。

利用立体旋液式并流塔进行烟道气海水脱钙研究

为避免海水淡化过程中,钙垢引起设备腐蚀和效率的下降,利用立体旋液式并流塔为操作元件,以模拟烟道气中的CO2作为沉淀剂脱除海水中Ca2+,考察了不同因素的影响。结果表明,优化条件为,模拟烟道气中CO2的体积分数10.6%,液气比(海水与模拟烟道气的体积比)21.3,p H为7.9,晶种Ca CO3的加入量为质量分数5%,碱液加入的位置为2块塔板处,每个塔板各设2个加碱口,碱液加入的方式为直接加入式,无需养晶过程。在此条件下海水中Ca2+的脱除率在70 min时能达到87%左右,且能获得较为纯净的副产物Ca CO3。

海水淡化副产浓海水资源化利用制备NaCl

进行了电渗析法海水淡化副产的浓海水浓缩制备液体盐工程化研究,考察了电压、进水量等因素对溶液中NaCl含量、回收率、产量和能耗的影响。结果表明,在电压190 V、进料体积流量12 m^3/h条件下,溶液中NaCl的质量浓度可达183.2 g/L,回收率42.7%,NaCl产量为175.0 kg/h,电能耗可控制在200 kW·h/t(折算为100%的NaCl)以内。副产的淡盐水水质符合GB 3097-1997的第一类海水标准,若外排对环境无害。

锂资源的开发利用现状与发展分析

基于锂资源的开发,主要从提取技术角度介绍了从锂矿石、盐湖卤水和海水及其它资源中提取锂的方法,如沉淀法、溶剂萃取法、离子交换与吸附法等,并简要讨论了各方法的研究现状及存在的问题;概述了锂及其化合物作为"工业味精"、"明天的宇航合金"、"21世纪能源金属"等方面的利用现状;最后对提锂技术及锂的应用发展前景进行了展望。

离子交换法海水提钾工艺研究

海水中钾资源丰富,离子交换法海水富钾技术可将其进行高效的提取,对改善我国陆地钾矿资源不足的现状具有重要意义。文中对固定床海水提钾工艺进行了系统的研究,考察了原料中钾质量浓度、洗脱剂类型及质量浓度等条件对富钾效果的影响,结果表明:不同钾离子质量浓度条件下的都可实现钾的高效富集,钾提取率达50%;3种钠型洗脱剂中,硝酸钠洗脱效果最好,富钾液中钾离子峰值可达17 g/L;铵型洗脱剂效果明显优于钠型洗脱剂,富钾液中钾离子质量浓度可达70 g/L,但需增加盐水对沸石的再生操作。

复合芽孢杆菌在海水养殖水体中脱氮的研究

从海水养殖公司排污池中的底泥中筛选出两株芽孢杆菌W01与Y01.研究表明,W01与Y01菌株对氨氮的去除与生长同步进行,达到稳定期后两株菌对氨氮的去除率分别达到78%和83%.Y01不能在以亚硝酸盐氮或硝酸盐氮为唯一氮源的培养基中生长,而W01对亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的去除率分别可以达到82%和70%.将两株脱氮能力不同的菌株进行复合配比实验,得到复合比为W01∶Y01(每毫升所含细胞个数比)=1∶3的复合菌株,该复合菌株对无机氮的去除率可达70%左右.采用正交实验确定复合芽孢杆菌对氨氮去除的最佳条件,在pH为6.5,温度为35℃,转速为200 r/min的条件下,复合菌株对氨氮的去除率可达80%以上.

利用CO_2脱除海水中的钙离子和镁离子

对CO2法脱除海水中的钙离子和镁离子进行了研究,分别考察了pH值因素对CO2脱除海水、无钙海水和无镁海水中钙和镁的影响。结果表明,pH值在8.0～9.0时,钙离子的沉淀率均可以达到90%以上,同时镁离子的沉淀率从10%增长到60%;在无镁海水体系中,pH值在8.0～9.0时,钙离子的沉淀率均可以达到99%以上;在无钙海水体系中,pH值为8.0～8.3时,几乎没有沉淀产生;当pH值为8.5～9.0时,镁离子的沉淀率可以达到60%。将得到的固体进行XRD检测可知,在海水体系中,当pH值为8.0时,固相为CaCO3·H2O;当pH值为8.3～9.0时,固相为CaCO3·H2O和MgCO3·3H2O的混合物;在无镁海水体系中,固相为无水CaCO3;在无钙海水体系中,得到的固相为MgCO3·3H2O。

天然斜发沸石的改性及其对海水中K^+吸附交换容量的研究

为提高天然斜发沸石对海水中K+的吸附交换容量,对天然沸石进行了电炉、微波和超声波加热物理改性以及微波化学改性研究。重点考察了不同微波功率和处理时间时盐改性以及不同微波化学改性条件下所得沸石对海水中K+的吸附交换容量,同时对不同改性沸石的晶体结构进行了XRD表征。结果表明,天然斜发沸石经微波盐改性后对海水中K+的吸附交换容量有所提高,并随微波处理功率的增加和时间的延长而增大;经微波化学改性后吸附交换容量显著提高,可达0.71mmol/g;各种改性方式未对沸石的结构构成破坏,所得改性沸石的晶体结构基本相似。

碳酸氢铵为汲取液正渗透海水淡化研究

正渗透技术因低能耗、低膜污染和高回收率等优点逐渐成为膜分离技术的研究热点。本文以碳酸氢铵溶液为汲取液、0.6mol/L氯化钠溶液为模拟海水进行了正渗透实验,研究了不同操作条件下正渗透水通量的变化规律和汲取液部分解吸-吸收过程中氨解吸率、氨吸收率以及解吸能耗的变化。结果表明,提高进料流量和汲取液浓度,正渗透过程水通量增加;提高吸收塔进料流量,氨吸收率增加,操作条件对氨解吸率影响较小;海水淡化正渗透系统能耗主要用于汲取液解吸过程,降低解吸塔进料浓度可以降低解吸过程的能量消耗。在优化的工艺条件下,正渗透过程水通量为13.6L/(m^2·h),汲取液回收利用率达到99%,海水淡化产水总溶解固体(TDS)不高于1000mg/L,系统吨水耗电量约为195kW·h。实验结果对正渗透过程的工业化应用具有指导意义。

海水脱硫工艺的研究

介绍了海水脱硫技术的基本原理、研究进展。为了开发适合更大液气比的脱硫塔,基于并流操作适合高液气比,大气速的特点,提出了一种新型双效并流海水脱硫吸收塔工艺。该工艺具有气液处理量大、传质效率高、操作弹性大的特点,而且有效地避免了逆流吸收塔液泛、雾沫夹带等现象的发生。

碱渣烟道气固碳海水/卤水脱钙法的研究

烟气固碳海水/卤水脱钙是一种可行的环境友好的技术。实验采用氨碱法生产纯碱工艺中排放的白泥为新型碱源,CO_2为沉淀剂,对不同烟道气通量、白泥用量与卤水高度及海水浓度对卤水脱钙率的影响做了研究。结果表明,实验条件下烟道气通量不宜过大,应保持为0.3~0.4 m^3/h;卤水高度对脱钙率影响不大;白泥用量应保证白泥中的镁和卤水中的钙物质的量比大于3∶1,且卤水pH≤9.1;人工海水体系中钙离子初始浓度越高,平衡时脱钙率越高;脱钙过程中卤水的pH不断下降。实验证明,价格低廉、来源广泛的白泥能够作为新型碱源应用于烟道气海水/卤水脱钙过程,且能取得理想的脱钙效果,为经济高效的烟道气海水脱钙新方法提供了数据基础。

新型分子筛对海水中钙离子的脱除研究

采用静态吸附法研究了新型分子筛对海水中钙离子的吸附性能,结果表明,新型分子筛对钙离子有较好的吸附效果,其全交换容量可达254.85mmol/100g。考察了分子筛用量,吸附时间,溶液pH值和温度等因素对除钙效果的影响,确定了最佳操作条件为:分子筛用量2 g/100mL海水、吸附时间60 min、溶液pH值8.1、温度60℃。钙离子在分子筛上的吸附平衡符合Langmuir吸附等温方程,其吸附过程符合准一级吸附动力学方程。

利用反应结晶制备大颗粒硫酸钾的研究

为解决国产硫酸钾粒度小的问题,采用软钾镁矾和氯化钾为原料,分别以不同的加料速率、搅拌速率、反应温度、加入晶种的量进行了反应结晶实验。研究结果表明,随加料速率的增大,硫酸钾晶体的成核速率和生长速率增大,产品平均粒径减小;随搅拌速率的增大,成核速率增大,生长速率减小,产品平均粒径减小;晶体成核速率和生长速率受温度影响较小;随着加入晶种量的增大,晶体成核速率先减小后增大,生长速率先增大后减小,并首次建立了硫酸钾反应结晶动力学模型。在优化条件下,实验产品的平均粒径最大可达394.3μm。

以Mg-Al-LDHs为吸附剂脱除海水淡化产品水中硼的研究

考察了以Mg-Al-LDHs为吸附剂脱硼过程中,各条件对产物脱硼效率的影响,考察的因素包括：吸附剂用量、硼溶液浓度、p H、吸附反应时间、温度、阴离子和阳离子杂质等。结果表明,吸附剂对硼的饱和吸附量为35 mg/g;90%硼的吸附发生在反应的前2 h内;Langmuir吸附等温式能较好地描述硼的吸附过程;p H在8-10的范围内,吸附量均较大。p H在小于8时,单位吸附量随p H的变化量很小;p H大于8时,随p H的增大,吸附量降低。将Mg-Al-LDHs吸附剂应用于海水淡化产品水的脱硼,脱硼率可达到85%。

络合纳滤法去除煤化工高盐废水中重金属研究

选用乙二胺四乙酸二钠(EDTA)作为络合纳滤工艺的络合剂处理高盐废水中重金属离子,利用响应曲面法对络合纳滤工艺进行设计优化。结果表明,在重金属、EDTA的质量比3.42:1、进料泵频率12.42 Hz、跨膜压差1.94MPa和pH为3.06的优化条件下,DL2540纳滤膜对该废水中重金属离子处理效果最好,在回收率为77%时,Pb^(2+)、Cd^(2+)的质量浓度分别为0.49、0.09 mg/L,可满足GB 8798-1996的一级排放标准。调节重金属富集后的浓水pH至12,进行重金属离子沉淀去除,处理后的废水回流至料液槽循环处理,实现了高盐煤制油废水的高效深度去除。

电化学提锂技术中电极材料和电极体系的研究进展

锂及其化合物具有广泛的应用前景,锂资源需求越来越大,因此,开发能实现高储量、低品位的(浓)海水/卤水锂资源高效提取的方法具有重要意义。近年来,电化学提锂技术因其高选择性、低能耗和环境友好等特点而成为研究热点。本文针对电化学提锂技术中锂吸附电极材料的选择/制备和电极体系构建两方面的研究进展进行了归纳分析。在锂吸附电极材料的选择/制备上,基于高锂离子选择性的LiFePO4、LiMn2O4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电极被逐渐开发应用。在电极体系构建上,与具有阴离子可逆交换性能的AgCl、ZnCl2和聚吡咯对电极所构成的电极体系可避免副反应发生,能耗较低;不含其他对电极材料的“摇椅式”结构电极体系可降低电极成本,提高提锂效率。此外,指出了目前电化学提锂技术尚存在的不足,未来可从电极材料制备、提锂过程优化、装备设计三方面进行研究,以推进电化学提锂技术的发展与应用。

二氧化碳的捕集、固定与利用的研究进展

面对不断恶化的温室效应所带来的危机,各国同意采取措施减少二氧化碳排放量,中国也已经承诺2030年左右碳排放达到峰值。然而,二氧化碳的排放控制和捕获(CCS)仍是全球环境的一大挑战。把二氧化碳封存和固定一直是学者们努力的方向和研究重点,并试图为实现更加彻底高效的碳捕获和封存引入新的方法--二氧化碳利用。有研究指出矿化是二氧化碳利用的新方向,其环保、低成本等优点吸引着人们的研究目光。在淡水资源短缺的另一重威胁下,利用海水进行碳捕获和利用推动了二氧化碳矿化的进一步研究。两者结合,不仅实现了二氧化碳的固定利用,还能解决来自海水淡化厂的海水预处理或卤水废弃物的利用。综述了近年来二氧化碳捕集、固定和利用方法的研究进展,通过对各种方法的利弊分析,发现碳利用的概念为CCS注入了新的活力。

海水浓缩Na^+、K^+、Mg^(2+)//Cl-、SO_4^(2-)-H_2O体系的分离方法研究进展

根据海水浓缩体系组成,本文综述了其分离方法。针对氯化钾分离,讨论了冷分解正浮选法、冷结晶正/反浮选法、淘洗柱分离法和电势法等方法,并对各工艺进行了比较。对于氯化钠介绍了浮选剂在氯化钠表面吸附的原理、3类浮选剂及各自优缺点,以及N-烷基吗啉和脂肪酰胺的制备方法。比较了Na+、K+、Mg2+//C l-、SO42--H2O五元系统介稳平衡相图和Van’tHoff的稳定平衡相图。在五元介稳相图中,由于钾镁钒和钾盐镁钒结晶区域消失,导致硫酸镁和氯化钾的结晶区域直接相连,若采用海水蒸发浓缩工艺,可直接制备氯化钾;而对于固体混合盐可考虑制备硫酸型钾盐工艺。