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，嚴重影響了煤氣化廢水的處理，然而其中的酚類物質具有很高的回收價值。支撐液膜技術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。這些優(yōu)勢使支撐液膜技術在回收處理高濃度煤氣化含酚廢水領域中有著廣闊的發(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均會對支撐液膜體系萃取高濃度煤氣化廢水產生促進作用;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構。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構中，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，導致其熱值利用率低于20%，這樣不但導致煤炭資源浪費，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復雜，環(huán)境污染問題突出，但是我國資源現狀，逐漸緊張的國際石油形勢以及日益發(fā)展的煤化工技術表明，在我國替代石油的根本途徑是發(fā)展現代煤化工。水資源的短缺和煤水資源的分布不協(xié)調(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。針對這一現狀，選用節(jié)水工藝、水的再生和回用技術、循環(huán)冷卻水零排放等解決途徑相繼提出。在環(huán)保方面，從煤化工產業(yè)中的三廢入手，通過創(chuàng)新技術，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業(yè)提高綜合環(huán)保性能，增強可持續(xù)發(fā)展性，建設煤化工生態(tài)產業(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正是提高水的再生回用使廢物資源化的重要創(chuàng)新技術，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，經過多級化學工藝轉化為固體燃料、液體、氣體及各種化工產品的工業(yè)稱為煤化工。由于工藝與產品的不同，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，煤或煤焦通過化學反應將其中的可燃部分轉變?yōu)闅怏w燃料。煤氣化中常見的魯奇加壓煤氣化工藝，其生產過程中會產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、凈化煤氣以及產品回收精制等生產過程。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，經過凝器形成的冷凝水;(2)在凈化煤氣過程中所產生的洗滌廢水;(3)回收加工粗苯、焦油等產品過程中產生的廢水;(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。來自不同生產段的這些廢水總體構成了煤氣化廢水.（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、碳化溫度、煤化產品回收工序等因素的變化會導致煤氣化廢水組成的復雜、多變。但是總體上，煤氣化廢水具有水質復雜，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。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。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與氨為主，這兩類物質濃度極高，具有很高的回收價值。若此類污水不經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的人、家畜等造成較為嚴重的傷害。鑒于酚類物質高毒性難降解的特點，人們主要關注的問題就是在廢水排放前就將其中的酚類物質去除。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已成為現代煤化工發(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

由于煤氣化廢水水質的復雜多變，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)包含預處理、二級處理以及深度處理三個部分。其中預處理部分主要技術有，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)的處理工藝技術在技術上也存在缺陷，預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，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，經過臭氧氧化法處理后的廢水中溶解氧含量升高，水質較好，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用的最主要因素是臭氧有毒性，如果操作不恰當會對周圍的生物造成危害。所以在煤氣化廢水處理技術工藝中，新技術的創(chuàng)新與應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

????光催化氧化技術是利用半導體作為催化劑，對工業(yè)廢水進行高級氧化處理的一種新型高技術。光催化氧化技術的強氧化能力，能夠將絕大多數有機物徹底氧化降解為CO2和H2O等一些簡單物質，同時光催化氧化技術還具有反應速度快、環(huán)境友好、反應條件溫和、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注。

????1972年，發(fā)現光照射TiO2能夠使水發(fā)生光解并生成H2這一現象，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構，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生成經基自由基(·OH)經基自由基(·OH)的強氧化作用，使光催化氧化法能夠快速、徹