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试论光触媒技术在室内装修污染治理中的应用困境--昕龙春XLC

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试论光触媒技术在室内装修

污染治理中的应用困境
www.xlc.cn 网载发布者：dm 时间：2004-11-3 14:26:03

光触媒技术也即光催化化氧化技术，利用纳米级的二氧化钛在光照下的特性，可以氧化分解一些有机污染物，多用于工业污染治理中，是很有前途的污染治理技术。目前限制光触媒技术应用的难点主要在于：纳米化的二氧化钛生产技术及光源。

首先其催化效果与粒子的大小有很大关系。目前国产的纳米级的二氧化钛粒径多在10微米-50微米，催化效率不高，一般在5微米-10微米粒径的二氧化钛催化效率较高。

其次催化效率与光源有关。一般来说，用紫外光或阳光中的紫外线照射时催化效率最高，普通的灯光及其它散射光催化效率大打折扣。

第三，还必需在没有任何阻挡的前提下，光照射才会发生催化氧化作用。

因此用于装修污染的治理，不会有很好的效果，主要有以下几方面的因素：

其一，如许多光触媒产品宣称的那样，只需喷涂在墙壁或天花等的表面，即可有效地去除家装的污染。实际上，这与许多因素有关。比如墙面涂料表面因为不平整，必然会影响光的照射角度，影响光催化效果。最主要的影响在于：这是一种治标不治本的方式。有害污染物必需释放到空气中，再吸附到墙壁的表面，才能发挥光催化氧化的作用。这也就意味着我们呼吸进去的空气中不得不同时存在大量的污染物甲醛等，污染的源头没有解决，当然源头的污染物不断释放到空气中，15年之久我们都得生活在这种空气环境中。当空气中的污染物浓度较高时，才会由空气吸附到墙面，光触媒发挥分解氧化作用。当然这是一种事倍功半的治理方案。实际治理效果也进行过检测：某装修公司用同样的材料进行两套居室的装修，其中一套用我公司的产品进行装修过程中的源头治理，另一套用光触媒进行治理，同时检测结果用光触媒治理后的居室甲醛含量与不治理的相差无几，超标5倍多，而用本公司甲醛一网净从源头进行装修污染治理后的居室空气甲醛含量只有0.06-0.04mg/m3，完全达到国家规定的环保标准。

其二，光触媒也并不象宣称的那样能一次使用，终身发挥清除污染的作用。这在苛刻的实验条件下是能达到的。但在居室内，每天有哪么多的尘埃粒子散落在空气中，吸附到墙壁表面，慢慢的会在墙面形成浮灰，阻挡住光线照射到纳米级的二氧化钛的表面，当然催化氧化能力必然下降。这也是为什么光触媒产品使用一段时间后会出现污染物浓度反弹的原因之一。

其三，如某些使用吸附或光催化过滤网的空气净化设备，刚效果更差强人意，只是一味的炒作一种概念而已。居室空气，如何循环并在循环过程中被吸附或过滤，是涉及到流体力学上很复杂的问题，如何让整个房间里的空气如水一样的流进管子又流出管子，居室空气形成真正意义上的循环，几乎是不可能的。一般均采取室处换新风的方法，也即空气评价中常说的新风量问题，这在空调及中央空调的居室更是如此。

光触媒在污染治理中确实会发挥越来越大的作用，但决不是眼下的急功近利用于装修污染的治理。成功的在装修污染治理中的应用还有待时日，还存在着很多的技术难点，或配合应用一些其它污染治理技术从源头上清除治理污染，可能才是这一高科技的有希望的明天。

纳米膜染料行业清洁生产试验研究

刘东方

　　摘要：纳米膜技术用在染料及化工行业可代替原有的盐析生产工段，减少COD、色度、氯化钠等污染物的排放，提高物料回收率，改善产品质量。
　　关键词：纳米膜；染料；清洁生产
　　中图分类号：X788　　文献标识码：A　　文章编号：1002-1264(1999)06-0019-03

Nanofiltration Cleaner Production Technology for Dye-staff Industries

LIU Dong-fang
(Tianjin Academy of Environmental Sciences, Tianjin 300191)

Abstract：In dye-staff industries,the nanofiltration technology can be used instead of saltout union.As result of this method,COD、colour、salt in the outlet can be decreased obviously,the product recovery rate is increased,and the quality of products is improved.
Key words：nanofiltration；　dye-staff；　cleaner production

1　前言

　　染料行业污染物主要来源于离心机或板框压滤机的母液，其中主要污染物为COD、色度和盐(主要为氯化钠)，其浓度分别为2万-10万mg/L，2万-4万倍(比色法)及360　g/L。染料母液属于高浓度、难降解、高色度废水，为目前国内几大难处理废水之一。采用纳米膜处理料液之后，染料废水为膜渗透液，减少污染物的量取决于膜对不同物质的截获能力。为了验证膜分离法对不同物质的去除能力，以腥红酸生产为例，开展了减少污染物可行性试验研究。
　　膜分离试验步骤与研究替代盐析可行性研究中的纳米膜处理染料料液试验步骤一样，希望在推广清洁生产技术的同时达到减污的目的。

2　清洁生产试验

　　本实验共有三套试验装置：一套国内生产的简单小型装置，一套美国Membrane Products公司生产的FC　3 Type A型高压小型膜装置；第三套为瑞典生产的中试膜装置。纳米膜处理工艺示意图见图1。

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图1　纳米膜处理染料料液工艺示意图

　　纳米膜处理染料料液步骤：①浓缩一倍；②加入透析液至原体积；③浓缩一倍；④加入透析液至原体积——最后浓缩至染料浓度20%-30%，产品质量合格为止。最后一次浓缩倍数为5-10倍。

3　试验结果

3.1　直接代替盐析试验
　　从试验结果可得到(见表1)，猩红酸传统的生产工艺干品猩红酸含量在70%，而纳米膜代替盐析之后的干品猩红酸含量平均可以达到86.18%，远远超过国内与国际市场所需的80%；新工艺浓缩液猩红酸含量为20%左右，满足猩红酸生产干燥要求；新工艺干品J酸含量平均为2.63%，微超质量标准。为了解决质量微超标准，进行了以下实验。
　　试验料液直接取于反应结束后的反应釜。试验使用美国KOCH公司纳米膜。运行压力：25　atm；操作温度：35℃。

表1　纳米膜代替盐析试验结果

试验序号	浓缩液猩红酸含量%	干品猩红酸含量%	干品游离 J酸含量%
1	20.50	78.55	2.17
2	18.82	88.80	2.04
3	21.01	91.20	3.70
平均	20.11	86.16	2.64

3.2　猩红酸纳米膜生产最终工艺试验
　　为了获得干品猩红酸含量超过80%，干品游离J酸含量低于2.50%的生产工艺，将反应结束后的猩红酸调整pH，升温，再降温，这时反应釜中的猩红酸析出，经过滤之后的干品完全满足质量要求(经过染料合成与染色工业生产验证)，与猩红酸传统生产工艺相比，上述过滤产生的母液猩红酸含量为5%左右，高于盐析之后的母液2个百分点，但其含盐量30　g/L远远低于盐析之后母液360　g/L的含盐量。由于纳米膜对母液进行浓缩，使回收猩红酸成为可能。为验证该方案，进行了母液纳米膜中试过滤与浓缩实验，结果如下：干品猩红酸含量为80%，干品游离J酸含量≤2.0%；猩红酸回收量≥50%。
3.3　成品纳米膜脱盐试验
　　有时采用传统的和新的生产方法都不能生产出高纯度的产品，这时可用传统方法的成品进行纳米膜脱盐以提高质量，满足市场需求。具体步骤为：取盐析之后的膏，加入透析水，用纳米膜进行浓缩，然后再加入透析水继续浓缩，直至生产出合格的产品。脱盐之后成品分析结果：干品猩红酸有效含量80.37%，游离J酸含量1.8%。
　　通过成品纳米膜脱盐试验可以得到：(1)氯化钠脱除率为93%；(2)干品猩红酸有效含量从70%提高到80.37%，游离J酸含量也有所降低；(3)采用该方法可以达到生产出高纯度产品的目的。
3.4　纳米膜减污试验
　　纳米膜减污试验见表2。

表2　猩红酸(未盐析)母液浓缩(膜过滤)减少污染物试验结果

时间 (h)	P₁ (atm)	P₂ (atm)	V (L/min)	液体种类	液体体积	COD (mg/L)	Cl^- (mg/L)	色度 (倍)
0				母液	173	52　700	22　341	20　000
1/2	26	21	0.67	渗出液
4/3	26	20	0.62	渗出液	49.95/50.2	4690	20　495	800
2	26	21	0.57	渗出液
3	26	21	0.47	渗出液	50.15/51.	4840	23　215	800
4	26	21	0.28	渗出液
5	26.	22	0.1	渗出液	43.6/44.5	8900	23　895	800
				浓缩液	26.3/28.4	104　000	16　202	32　400

　　污染物减少情况，根据以往试验分析，传统猩红母液(即排放的废水)COD浓度在5.7万mg/L左右，色度在2万倍左右，氯化钠浓度在35%左右(重量比)，而采用猩红酸(未盐析)母液纳米膜浓缩过滤后，渗透液(既排放的污水)COD平均浓度在48　000　mg/L左右，色度在800倍左右，氯化钠浓度在2.3%左右(重量比)。以每年排放猩红母液2000　t计算，如采用该生产工艺，每年可减少COD排放104.4　t，色度去除率96%，减少排放氯化钠674　t
3.5　纳米膜回收染料试验结果
3.5.1　工厂传统方法回收率
　　根据某工业集团提供的生产数据，采用传统生产方法，回收率(实际回收量与理论回收量之比)为78%-80%。其余20%-22%的成品随母液流失。根据所提供的试验数据知道母液之中猩红酸为25　g/L，即2.5%左右，为损失掉的20%。
　　按目前每天生产8　t母液计，则每天损失猩红酸量为0.2　t。猩红酸的市场价为5万元，则每天猩红酸的跑料造成的损失达1万元。
3.5.2　采用膜技术后的回收率
　　由于研究采用的是中试试验系统，而每次进行试验采用的料液量又比较少，这就造成试验过程中有原料流失现象。原料流失的主要部位为泵、阀、膜组件、槽内、管路内。因此只能根据渗出液所含猩红酸的量，再乘以一个系数计算回收率。
　　不同组试验，其渗出液中产品含量见表3。

表3　不同组试验的渗出液中产品含量　　%

试验	猩红酸含量
试验	1组	2组	3组	4组	平均
试验一	0.19	0.157			0.17
试验二	0.288	0.231	0.233	0.234	0.246
试验三	0.254	0.426	0.621		0.434

　　传统工艺母液中猩红酸含量为2.5%，产品回收率为80%，跑料20%，母液猩红酸含量每降低0.1%，则提高产品回收率为0.8%。
　　首先不计试验损失，则
第一组可提高得率0.8·(20-1.7)%=14.64%；第二组可提高得率0.8·(20-2.46)%=14%；
第三组可提高得率0.8·(20-4.34)%=12.53%
　　以生产中最大可能损失量为50%计，则第一、二、三组分别可提高得率7.32%、7%和6.26%。

4　结论

　　(1)纳米膜技术是一种非常有前途的分离技术，其独特的分离效果，在染料及化工生产原有工艺的改造和清洁生产上，都能发挥作用。
　　(2)纳米膜有多种形式，经过筛选发现KOCH公司的管式纳米膜适合染料或化工行业清洁生产应用。
　　(3)传统猩红酸母液(即排放的废水)COD浓度在5.7万mg/L左右，色度在2万倍左右，氯化钠浓度在35%左右(重量比)，而采用猩红酸(未盐析)母液纳米膜浓缩过滤后，渗透液(既排放的污水)COD平均浓度在48　000　mg/L左右，色度在800倍左右，氯化钠浓度在2.3%左右(重量比)。以每年排放猩红酸母液2000　t计，如采用该生产工艺，每年可减少COD排放104.4　t，色度去除率96%，减少排放氯化钠674　t。
　　(4)采用纳米膜改进传统的生产工艺后，物料回收率可提高5%以上，可创造可观的经济效益。
　　(5)采用纳米膜技术后，可提高产品的品质，如猩红酸成品中猩红酸的含量可由70%提高到80%以上，增强了产品的竞争能力。

作者简介：刘东方　男，1966年生，天津大学毕业，硕士，高级工程师。任职于天津市环境保护科学研究院从事科研及水污染治理工作，发表论文7篇。
作者单位：天津市环境保护科学研究院，天津　300191

参考文献
［1］　邵刚编著.膜法水处理技术.北京：冶金工业出版社，1992
［2］　国家环境保护局.膜法水处理技术.北京：中国环境科学出版社，1991

摘自《城市环境与城市生态》