離心萃取機(jī)支撐液膜萃取回收高濃度煤氣化含酚廢水研究

離心萃取機(jī)支撐液膜萃取回收高濃度煤氣化含酚廢水研究

由于我國(guó)的石油、天然氣資源較為缺乏，長(zhǎng)期以來(lái)形成了以煤炭為主的特色能源結(jié)構(gòu)。我國(guó)煤炭資源非常豐富，已查明儲(chǔ)量1012 t，尚未動(dòng)用5 X 1011 t，因此在我國(guó)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(duì)煤炭資源的不合理運(yùn)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(fèi)，而且對(duì)大氣造成了嚴(yán)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(wèn)題突出，但是我國(guó)資源現(xiàn)狀，逐漸緊張的國(guó)際石油形勢(shì)以及日益發(fā)展的煤化工技術(shù)表明，在我國(guó)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(guó)煤化工業(yè)發(fā)展的重要因素之一。針對(duì)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(guò)創(chuàng)新技術(shù)，減少?gòu)U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(qiáng)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?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值以及科研價(jià)值。

煤氣化廢水的來(lái)源

????以煤為原料，經(jīng)過(guò)多級(jí)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(lái)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(guò)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(jiàn)的魯奇加壓煤氣化工藝，其生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)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(wàn)m3到幾十萬(wàn)m3。煤化工廢水主要來(lái)源于煉焦、凈化煤氣以及產(chǎn)品回收精制等生產(chǎn)過(guò)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(lái)源主要有:1)煉焦用煤中所含水分和煤受熱時(shí)析出化合水形成的蒸汽，經(jīng)過(guò)凝器形成的冷凝水;2)在凈化煤氣過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的廢水;4)在加壓氣化煤的過(guò)程中，煤本身所含的水分和加壓氣化過(guò)程加入的水蒸氣，會(huì)在冷凝時(shí)冷卻下來(lái)，這種冷凝水中溶解或懸浮有粗煤氣中的多種成分。來(lái)自不同生產(chǎn)段的這些廢水總體構(gòu)成了煤氣化廢水

煤氣化廢水的特點(diǎn)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(huì)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(jī)污染物的特點(diǎn)。利用氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)對(duì)煤化工廢水進(jìn)行檢測(cè)分析，在用Clg與硅脫微柱層析法預(yù)處理過(guò)的水樣中，檢測(cè)出了244種有機(jī)污染物。其中，進(jìn)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, pal噪、茶等有毒有害物質(zhì)。煤氣化廢水還具有色度和濁度高的特點(diǎn)，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(tuán)和生色團(tuán)的有機(jī)物是造成這一特點(diǎn)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(shuō)，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(jià)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(huì)對(duì)水體中的動(dòng)植物以及水域范圍內(nèi)的人、家畜等造成較為嚴(yán)重的傷害。鑒于酚類物質(zhì)高毒性難降解的特點(diǎn)，人們主要關(guān)注的問(wèn)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(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)、管理費(fèi)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。

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(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)行組合。通常煤氣化廢水的處理系統(tǒng)包含預(yù)處理、二級(jí)處理以及深度處理三個(gè)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(jí)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(wèn)題。有文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)于投資過(guò)100億元并且運(yùn)用水煤漿工藝的煤化工企業(yè)，其在廢水處理的投資費(fèi)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(jī)廢水投資的幾倍以上。同時(shí)，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(guò)多的油類物質(zhì)對(duì)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(guò)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(jī)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(biāo)不能達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的深度處理方法同樣存在這些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)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(yùn)行費(fèi)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(huì)對(duì)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(wèn)題。

液膜萃取分離技術(shù)概況

液膜技術(shù)是一種萃取劑用量小、高效率、選擇性高的新型分離方法。液膜通常包括三個(gè)部分:疏水膜以及分別在其兩側(cè)的待處理液與反萃取液組成。待萃取組分經(jīng)疏水膜中的萃取劑萃取作用進(jìn)入液膜萃取劑中，之后反萃取液中的反萃取劑將待萃取組分從液膜相中剝離出來(lái)達(dá)到分離富集的作用，由此支撐液膜技術(shù)能就可以使萃取與反萃取同步進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)萃取工藝的連續(xù)運(yùn)行。目前，氣體分離、廢水處理、生物反應(yīng)在線監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)分離、以及痕量物質(zhì)的富集等領(lǐng)域液膜技術(shù)都有著廣泛的應(yīng)用。

液膜萃取分離技術(shù)發(fā)展史

????液膜萃取分離技術(shù)源自于生物學(xué)家對(duì)生物膜的研究，液膜萃取分離機(jī)理與生物膜的傳質(zhì)機(jī)理有很多相似的地方。早在1932年，Osterbout就提出了利用“流動(dòng)載體”與待分離組分的可逆反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)的目的，之后科學(xué)家的一系列研究證實(shí)了這一觀點(diǎn)的可行性。液膜技術(shù)在分離技術(shù)領(lǐng)域的興起是從20世紀(jì)60年代開始的，Bloch等采用支撐液膜(C S LM)萃取分離技術(shù)，對(duì)金屬進(jìn)行提取實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了萃取與反萃取的同時(shí)進(jìn)行。Ll等在測(cè)定有機(jī)溶液與表面活性劑水溶液間的界面張力時(shí)，觀測(cè)到了穩(wěn)定的界面膜，由此提出了一種分離技術(shù)一乳狀液膜技術(shù)。1968年，將乳狀液膜膜分離方法進(jìn)行了專利申請(qǐng)，由此世界范圍內(nèi)的膜學(xué)界人士的開始了對(duì)膜分離技術(shù)的研究，提出了促進(jìn)傳遞膜的全新概念，在這一概念的基礎(chǔ)上，多種新型液膜技術(shù)相繼誕生。

????目前，液膜技術(shù)因其結(jié)構(gòu)原理以及操作方式的不同，主要的分類有厚體液膜、乳狀液膜(LSM)以及支撐液膜。其中厚體液膜雖然操作簡(jiǎn)便，但僅限于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究使用，實(shí)用價(jià)值不大故不做詳盡介紹。

????乳狀液膜(LSM)體系主要由連續(xù)相、膜相以及內(nèi)包相三部分組成。通過(guò)超聲處理或著高速攪拌將兩種互不相溶的液相處理成乳狀液，其分散到連續(xù)相中，就形成了LSM的乳化體系。大量的乳狀液液滴分散在連續(xù)相中，為待分離溶質(zhì)提供了巨大的傳質(zhì)面積，待分離溶質(zhì)可以更高效地從連續(xù)相中經(jīng)過(guò)膜相傳遞向內(nèi)包相，由此完成萃取分離過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的有效傳質(zhì)面積是傳統(tǒng)萃取傳質(zhì)面積的上百乃至近千倍。雖然乳狀液膜具有選擇性好、萃取效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是其操作復(fù)雜、各體系之間相互制約等缺點(diǎn)使其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)操作困難，通過(guò)在膜相中加入表面活性劑等試劑來(lái)增強(qiáng)乳狀液膜的穩(wěn)定性是目前提升乳狀液膜運(yùn)行穩(wěn)定性的主要研究方向。

????支撐液膜主要有兩種形式，一種為浸漬式支撐液膜，其中包括:平板型、卷包型以及中空纖維膜型支撐液膜;另一種為封閉式液膜。支撐液膜示意圖如圖1-1所示。支撐液膜主要由多孔的支撐膜材料、液膜相、料液相以及反萃相組成，液膜相中的萃取劑可以不斷再生循環(huán)使用。液膜支撐體多采用復(fù)合材質(zhì)的疏水多孔膜，液膜相主要依靠表面張力以及毛細(xì)管作用吸附于疏水多孔膜。為了減少傳質(zhì)阻力以及增強(qiáng)支撐液膜的穩(wěn)定運(yùn)行性，支撐液膜所用的支撐體多為機(jī)械強(qiáng)度較強(qiáng)的疏水薄膜。目前，常用的多孔膜材料有聚偏氟乙烯,聚颯 ,聚丙烯(PP)等材質(zhì)。支撐液膜相對(duì)于乳狀液膜，操作更加簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性更強(qiáng)具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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聲明：

1、本文系本