2.4.4　實(shí)現(xiàn)過程強(qiáng)化的幾點(diǎn)討論

按照“場”“流”分析的基本觀點(diǎn)，調(diào)控“流”和“場”的作用，可以實(shí)現(xiàn)過程強(qiáng)化；多種“流”和多種“場”的組合可以產(chǎn)生新的過程。應(yīng)該指出的是，這里提出的僅是實(shí)現(xiàn)過程強(qiáng)化的“可能性”。針對體系特性及工藝要求，具體問題具體分析，真正處理好可能性與可行性、可能性與適用性、可能性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，才有可能合理利用耦合技術(shù)，真正開發(fā)環(huán)境友好過程，實(shí)現(xiàn)過程強(qiáng)化，提高過程的效率和經(jīng)濟(jì)性。

（1）可能性與可行性

在實(shí)現(xiàn)多種“流”和多種“場”的新的組合時(shí)，存在過程“搭建”的可行性問題。例如，在設(shè)計(jì)多“流”耦合時(shí)，不同體相的流在過程中必須是可以分隔的。然而，設(shè)計(jì)萃取-反萃耦合的多“流”多“場”過程時(shí)，有兩個(gè)水相，即料液相和反萃相，它們之間的分隔在一般的操作條件下是基本上不能做到的，需要選用膜技術(shù)，才能使萃取-反萃耦合過程的設(shè)計(jì)成為可能。當(dāng)然，這一過程的傳質(zhì)阻力就會(huì)由于“膜”的存在而增大。又如，萃取反萃取交替過程中“流”的設(shè)計(jì)，通常為料液相與萃取相呈逆流流動(dòng)，萃取相與反萃取相呈并流流動(dòng)。若將萃取相與反萃相也設(shè)計(jì)為逆流流動(dòng)，對于某些體系就可能達(dá)不到過程強(qiáng)化的目的^［23］。再如，油-水-水類型的三相萃取過程，其特征是可以直接分離出較純凈的單一產(chǎn)品，且分離級數(shù)不易過多。如滿足此類需求，才考慮采用這一耦合過程。對于油-水-水類型的三相萃取過程，如果需要實(shí)現(xiàn)“多級級聯(lián)”，在萃取設(shè)備的設(shè)計(jì)方面會(huì)出現(xiàn)一定的難度。

（2）可能性與適用性

通常而言，在分離過程中引入化學(xué)作用或利用化學(xué)因素調(diào)控“場”的相對強(qiáng)度，是分離過程強(qiáng)化的重要途徑。需要注意的是，利用化學(xué)因素調(diào)控“場”的相對強(qiáng)度應(yīng)注意實(shí)施有“度”，需要注意“過程強(qiáng)化”的適用性。

例如，絡(luò)合萃取法對于極性有機(jī)物稀溶液的分離具有高效性和高選擇性。相對于物理萃取的范德華力“場”作用，絡(luò)合萃取過程中溶質(zhì)與萃取劑之間的化學(xué)作用包括氫鍵締合、離子對締合和離子交換等，作用能的大小比范德華力大很多。然而，使用季銨鹽類的絡(luò)合萃取劑，雖然其化學(xué)作用機(jī)制為離子交換機(jī)制，作用能很大，但在進(jìn)行逆向反應(yīng)，溶質(zhì)回收、萃取劑循環(huán)使用時(shí)的操作條件就會(huì)比較苛刻。

又如，同級萃取反萃取過程的優(yōu)勢在體系的萃取分配系數(shù)較小時(shí)更容易體現(xiàn)出來。如果可能選用可提供較大分配系數(shù)的萃取劑（如絡(luò)合萃取劑），就可以直接選用絡(luò)合萃取過程，而并不采用“萃取/反萃耦合過程”。這樣可以避免實(shí)施乳狀液膜分離過程或支撐液膜分離過程中可能出現(xiàn)的較難保障穩(wěn)定操作等問題。

再如，對于特定體系、特殊的工藝要求，并不一定需要利用化學(xué)因素調(diào)控“場”的相對強(qiáng)度。乙草胺是一種芽前選擇性旱田除草劑。乙草胺生產(chǎn)過程中，由于洗滌、車間沖洗等操作使乙草胺進(jìn)入生產(chǎn)廢水，生產(chǎn)廢水未經(jīng)處理直接排入水體，水體中的乙草胺的含量增大，農(nóng)民使用污染水灌溉稻田，可能導(dǎo)致水稻的大面積受害。乙草胺生物降解性的研究表明，乙草胺的生物降解性很差，即使在很低的濃度下也難以生物降解。然而，乙草胺的疏水性常數(shù)lgP等于2.60，表明乙草胺容易被有機(jī)溶劑物理萃取，其中苯和二甲苯提供了很高的平衡分配系數(shù)。由于在生產(chǎn)工藝中，采用二甲苯配制乙草胺，因此，可以采用二甲苯作為萃取劑對乙草胺廢水進(jìn)行萃取處理，而不用絡(luò)合萃取劑進(jìn)行化學(xué)萃取。結(jié)果表明，利用二甲苯作為萃取溶劑，對乙草胺生產(chǎn)廢水進(jìn)行一級萃取，可以使廢水中乙草胺的濃度由94mg/L降低至0.2mg/L以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境中心推薦的乙草胺廢水的允許累積平均排放濃度。雖然萃余水相的化學(xué)耗氧量比萃取前降低不多（COD_Cr值從224mg/L降至206mg/L），但萃余水相的BOD₅/COD_Cr值卻顯著增大（從0增大至0.476）。利用容易降解的有機(jī)溶劑（二甲苯）置換出廢水中的難降解有機(jī)物（乙草胺），使廢水中的有用成分得以回收，同時(shí)提高萃取后的廢水的生物降解性，這就是“萃取置換”處理過程的有效性^［24］。

（3）可能性與經(jīng)濟(jì)性

在引入化學(xué)作用或利用化學(xué)因素調(diào)控“場”的相對強(qiáng)度，或?qū)崿F(xiàn)多種“流”和多種“場”的新的組合時(shí)，形成的新過程并不一定是實(shí)現(xiàn)過程強(qiáng)化的最佳技術(shù)，會(huì)存在新“過程”的經(jīng)濟(jì)性問題，必須處理好可能性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系。一些過程的“搭建”是可能的，但過程工藝效率的提高與新設(shè)備的投入、動(dòng)力消耗的增大相比，會(huì)出現(xiàn)“得不償失”現(xiàn)象，最終不能取得“過程強(qiáng)化”的實(shí)際效果。有些過程的設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模范圍內(nèi)可行，但很難“放大”或?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化操作，因此較難付諸實(shí)施。耦合技術(shù)的應(yīng)用必須結(jié)合體系特性及工藝要求，正確進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)，細(xì)致分析，認(rèn)真選用。