CWL-N離心萃取機(jī)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(yán)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(jià)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(shì)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(shí)驗(yàn)主要研究?jī)?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(duì)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(duì)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(duì)萃取回收效果的影響;(4)對(duì)篩選出的支撐液膜體系進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)，檢測(cè)其持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行能力，最終確定最適宜的支撐液膜體系;(5)進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)，對(duì)小試實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)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(yùn)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(huì)對(duì)支撐液膜體系萃取高濃度煤氣化廢水產(chǎn)生促進(jìn)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(yùn)行24h以上。

放大實(shí)驗(yàn)證實(shí)了小試實(shí)驗(yàn)中得到結(jié)論的正確性。料液相流速對(duì)支撐液膜體系的萃取效果影響較大，而反萃相的流速對(duì)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(shí)驗(yàn)中PP-TBP支撐液膜體系對(duì)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(guó)的石油、天然氣資源較為缺乏，長(zhǎng)期以來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(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。（CWL-N離心萃取機(jī)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(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(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(shí)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(huì)在冷凝時(shí)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(jī)回收高濃度煤氣化含酚廢水）

1.2.2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)。孔某等利用氣相色譜一質(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C18與硅脫微柱層析法預(yù)處理過的水樣中，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(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。可以說，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。（CWL-N離心萃取機(jī)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(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題。有文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)于投資過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(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)用是函需解決的問題。（CWL-N離心萃取機(jī)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(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行高級(jí)氧化處理的一種新型高技術(shù)。光催化氧化技術(shù)的強(qiáng)氧化能力，能夠?qū)⒔^大多數(shù)有機(jī)物徹底氧化降解為CO2和H2O等一些簡(jiǎn)單物質(zhì)，同時(shí)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(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，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(diǎn)。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(qiáng)氧化作用，使光催化氧化法能夠快速、徹