CWL-N離心萃取機回收高濃度煤氣化含酚廢水

CWL-N離心萃取機回收高濃度煤氣化含酚廢水

????煤氣化廢水中高濃度的酚類物質(zhì)，嚴重影響了煤氣化廢水的處理，然而其中的酚類物質(zhì)具有很高的回收價值。支撐液膜技術(shù)是一種萃取劑用量小、萃取效果高、能耗低、無二次污染的新型分離技術(shù)。這些優(yōu)勢使支撐液膜技術(shù)在回收處理高濃度煤氣化含酚廢水領(lǐng)域中有著廣闊的發(fā)展空間。

????本論文以聚丙烯(PP)中空纖維膜與聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜為支撐液膜支撐體，萃取劑一煤油混合物為液膜相，以NaOH溶液為反萃取相，萃取回收處理高濃度煤氣化含酚廢水。實驗主要研究內(nèi)容為:(1)研究磷酸三丁酷(TBP)?,N,N-二(1一甲基庚基)已酞胺(N-503)、三烷基氧化嶙(TRPO)三種萃取劑在液膜相中的不同體積濃度，對高濃度煤氣化含酚廢水萃取效率影響;(2)分析了支撐液膜支撐體的膜絲孔徑、膜絲壁厚等性質(zhì)對支撐液膜體系的萃取效果的影響;(3)考察了膜組件連接形式以及料液相溫度等操作條件對萃取回收效果的影響;(4)對篩選出的支撐液膜體系進行連續(xù)試驗，檢測其持續(xù)穩(wěn)定運行能力，最終確定最適宜的支撐液膜體系;(5)進行放大實驗，對小試實驗中得到的結(jié)論進行驗證優(yōu)化，主要研究了料液相與反萃相流速、膜組件連接形式、支撐液膜體系穩(wěn)定運行性等因素的影響。

????適宜的液膜相以及液膜支撐體材質(zhì)均會對支撐液膜體系萃取高濃度煤氣化廢水產(chǎn)生促進作用;在原水水溫為20℃?, pH為7.58.1、流速為5 L/h，反萃相流速為5 L/h的操作條件下，PP中空纖維膜與TBP體積濃度為20%的液膜相組合而成的支撐液膜體系萃取效果比PVDF-TBP支撐液膜體系高4%，萃取效果為94%，出水中酚類物質(zhì)含量為100.68mg/L，該體系可以持續(xù)穩(wěn)定運行24h以上。

放大實驗證實了小試實驗中得到結(jié)論的正確性。料液相流速對支撐液膜體系的萃取效果影響較大，而反萃相的流速對萃取效果的影響較小;膜組件的串并聯(lián)組合，可以很好地提升支撐液膜體系的處理能力以及處理效果。在最優(yōu)操作條件下，放大實驗中PP-TBP支撐液膜體系對酚類物質(zhì)的萃取率為87.02%，出水中酚濃度為218.14mg/L，處理效果較為理想，出水中酚類物質(zhì)濃度滿足生物降解的要求。

1.1前言

由于我國的石油、天然氣資源較為缺乏，長期以來形成了以煤炭為主的特色能源結(jié)構(gòu)。我國煤炭資源非常豐富，已查明儲量1012 t，尚未動用5 X 1011 t，因此在我國的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭比重近幾十年一直保持在66%一76%。然而對煤炭資源的不合理運用，導(dǎo)致其熱值利用率低于20%，這樣不但導(dǎo)致煤炭資源浪費，而且對大氣造成了嚴重污染。與石油化工比較雖然煤化工技術(shù)復(fù)雜，環(huán)境污染問題突出，但是我國資源現(xiàn)狀，逐漸緊張的國際石油形勢以及日益發(fā)展的煤化工技術(shù)表明，在我國替代石油的根本途徑是發(fā)展現(xiàn)代煤化工。水資源的短缺和煤水資源的分布不協(xié)調(diào)(煤炭資源豐富的地區(qū)缺水，水資源豐富的地區(qū)缺煤)是制約我國煤化工業(yè)發(fā)展的重要因素之一。針對這一現(xiàn)狀，選用節(jié)水工藝、水的再生和回用技術(shù)、循環(huán)冷卻水零排放等解決途徑相繼提出。在環(huán)保方面，從煤化工產(chǎn)業(yè)中的三廢入手，通過創(chuàng)新技術(shù)，減少廢物排放，綜合利用爐渣、廢氣，使廢水資源化利用是煤化工產(chǎn)業(yè)提高綜合環(huán)保性能，增強可持續(xù)發(fā)展性，建設(shè)煤化工生態(tài)產(chǎn)業(yè)的重要手段，代表著新型煤化工發(fā)展方向。而支撐液膜萃取分離技術(shù)正是提高水的再生回用使廢物資源化的重要創(chuàng)新技術(shù)，具有很強的實用價值以及科研價值。（CWL-N離心萃取機回收高濃度煤氣化含酚廢水）

1.2煤氣化廢水的來源與危害

1.2.1煤氣化廢水的來源

????以煤為原料，經(jīng)過多級化學(xué)工藝轉(zhuǎn)化為固體燃料、液體、氣體及各種化工產(chǎn)品的工業(yè)稱為煤化工。由于工藝與產(chǎn)品的不同，煤化工大體上可分為煤電石、煤焦化、煤液化和煤氣化等部分，這四大部分是煤化工廢水的主要來源。其中，煤氣化的原料是煤或煤焦，在高溫條件下，氧氣、氫氣或蒸汽等作為氣化劑，煤或煤焦通過化學(xué)反應(yīng)將其中的可燃部分轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w燃料。煤氣化中常見的魯奇加壓煤氣化工藝，其生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的高濃度含酚廢水。

煤化工企業(yè)廢水排放量大，一般煤化工企業(yè)每天排放的廢水水量從幾萬m3到幾十萬m3。煤化工廢水主要來源于煉焦、凈化煤氣以及產(chǎn)品回收精制等生產(chǎn)過程。高濃度煤氣洗滌廢水是煤化工廠家的主要排放廢水，其來源主要有:(1)煉焦用煤中所含水分和煤受熱時析出化合水形成的蒸汽，經(jīng)過凝器形成的冷凝水;(2)在凈化煤氣過程中所產(chǎn)生的洗滌廢水;(3)回收加工粗苯、焦油等產(chǎn)品過程中產(chǎn)生的廢水;(4)在加壓氣化煤的過程中，煤本身所含的水分和加壓氣化過程加入的水蒸氣，會在冷凝時冷卻下來，這種冷凝水中溶解或懸浮有粗煤氣中的多種成分。來自不同生產(chǎn)段的這些廢水總體構(gòu)成了煤氣化廢水.（CWL-N離心萃取機回收高濃度煤氣化含酚廢水）

1.2.2煤氣化廢水的特點與危害

????原煤性質(zhì)、碳化溫度、煤化產(chǎn)品回收工序等因素的變化會導(dǎo)致煤氣化廢水組成的復(fù)雜、多變。但是總體上，煤氣化廢水具有水質(zhì)復(fù)雜，水量大，毒性大，含有大量有機污染物的特點。孔某等利用氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)對煤化工廢水進行檢測分析，在用C18與硅脫微柱層析法預(yù)處理過的水樣中，檢測出了244種有機污染物。其中，進水中檢出含量較高的37種酚，另外還有毗陡、苯胺、苯系物以及聯(lián)苯、咔唑、吲噪、萘等有毒有害物質(zhì)。煤氣化廢水還具有色度和濁度高的特點，其廢水中含有5-降冰片烯一2-竣酸、苯酚等很多具有助色團和生色團的有機物是造成這一特點的主要原因。煤氣化綜合廢水的COD濃度為4000~15000mg/L，總酚濃度為300~2000mg/L，其中揮發(fā)酚約占40%以上，氨氮濃度為200~500mg/L?？梢哉f，煤氣化是一種有毒有害、難降解的典型工業(yè)廢水。

煤氣化廢水中的污染物以酚類物質(zhì)與氨為主，這兩類物質(zhì)濃度極高，具有很高的回收價值。若此類污水不經(jīng)處理或者處理不完全就排放入水體中，會對水體中的動植物以及水域范圍內(nèi)的人、家畜等造成較為嚴重的傷害。鑒于酚類物質(zhì)高毒性難降解的特點，人們主要關(guān)注的問題就是在廢水排放前就將其中的酚類物質(zhì)去除。因此，研發(fā)投資少、處理效果佳、運行穩(wěn)定性強、管理費用低的煤氣化廢水處理技術(shù)已成為現(xiàn)代煤化工發(fā)展的急切需求。（CWL-N離心萃取機回收高濃度煤氣化含酚廢水）

1.3煤氣化廢水的新型處理技術(shù)

由于煤氣化廢水水質(zhì)的復(fù)雜多變，為達到排放標準，目前煤氣化廢水的處理工藝多是將幾種不同的處理工藝進行組合。通常煤氣化廢水的處理系統(tǒng)包含預(yù)處理、二級處理以及深度處理三個部分。其中預(yù)處理部分主要技術(shù)有，氣浮法、隔油、溶劑萃取脫酚法混凝沉淀法等。二級處理部分中的技術(shù)主要有，傳統(tǒng)好養(yǎng)生物處理法、SBR工藝A2-O法,厭氧生物處理法[16]深度處理部分中的主要處理技術(shù)有，活性炭吸附法、臭氧氧化法, Fenton試劑氧化法等。但是這些傳統(tǒng)的處理工藝技術(shù)在投資成本與處理效果方面都存在一定問題。有文獻報道，對于投資過100億元并且運用水煤漿工藝的煤化工企業(yè)，其在廢水處理的投資費用平均在6億元左右，約占其在環(huán)保投資總額中的二分之一，而生產(chǎn)工藝采用魯奇工藝的企業(yè)，其在廢水水處理上的投資約占總環(huán)保投資的三分之二。含鹽廢水處理投資成本是有機廢水投資的幾倍以上。同時，傳統(tǒng)的處理工藝技術(shù)在技術(shù)上也存在缺陷，預(yù)處理部分中常使用的隔油法，雖然能較好的解決過多的油類物質(zhì)對生化處理效果的影響，但處理效果很有限，并且在廢物回收利用方面有很多欠缺。由于煤氣化廢水中含有雜環(huán)和多環(huán)類等物質(zhì)，雖然通過生物法處理后，廢水出水中的氨氮與coD濃度降低了，可是受難降解有機物的影響，不僅使得出水水質(zhì)不穩(wěn)定，而且出水色度等指標不能達到國家排放標準。傳統(tǒng)的深度處理方法同樣存在這些問題，經(jīng)過臭氧氧化法處理后的廢水中溶解氧含量升高，水質(zhì)較好，并且不存在二次污染，但耗電量大，運行費用與處理成本均比較高，限制臭氧氧化法在煤氣化廢水處理中的應(yīng)用的最主要因素是臭氧有毒性，如果操作不恰當(dāng)會對周圍的生物造成危害。所以在煤氣化廢水處理技術(shù)工藝中，新技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用是函需解決的問題。（CWL-N離心萃取機回收高濃度煤氣化含酚廢水）

1.3.1光催化氧化法

????光催化氧化技術(shù)是利用半導(dǎo)體作為催化劑，對工業(yè)廢水進行高級氧化處理的一種新型高技術(shù)。光催化氧化技術(shù)的強氧化能力，能夠?qū)⒔^大多數(shù)有機物徹底氧化降解為CO2和H2O等一些簡單物質(zhì)，同時光催化氧化技術(shù)還具有反應(yīng)速度快、環(huán)境友好、反應(yīng)條件溫和、運行穩(wěn)定的優(yōu)勢，使其在近些年來，在廢水處理中深受人們的關(guān)注。

????1972年，發(fā)現(xiàn)光照射TiO2能夠使水發(fā)生光解并生成H2這一現(xiàn)象，使光催化逐漸成為了研究熱點。在眾多的光催化氧化催化劑中，TiO2因其特殊的外層電子結(jié)構(gòu)，使其可以在光照的激發(fā)下生成離子表面空穴，可以吸附于表面的HO一和H2O生成經(jīng)基自由基(·OH)經(jīng)基自由基(·OH)的強氧化作用，使光催化氧化法能夠快速、徹