恒温消解仪(煤化工废水萃取脱酚工艺参数优化)

Posted 2023-05-26

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恒温消解仪(煤化工废水萃取脱酚工艺参数优化)

煤直接燃烧的能量利用率低，并且，燃煤的大量使用，排放大量的烟尘、二氧化硫和氮氧化物，影响空气质量，增加雾霾天气出现的范围和频率。煤化工技术可将煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品，带动洁净煤技术的发展，提高煤炭的使用效率，从而被大力发展与推广。然而，煤化工工艺过程会产生大量废水，且煤化工废水具有产生量大、成份复杂、有机物浓度高、生物毒性大、含有的物质种类繁多以及废水水质随原煤质量和气化工艺的不同而多变等特点，因此，目前煤化工废水处理问题已经成为煤化工项目的“短板”与“瓶颈”。

煤化工废水是一种典型的含酚废水，酚类化合物是高毒类物质，可使人类及生物个体的细胞失去活性，严重影响其健康和生命安全。大量研究显示，当酚在水中的质量浓度超过3000mg/L时，将会导致大量的有机生物死亡，因此，酚被世界环境保护组织列为主要高毒性有机污染物质。而对于这种典型的高浓度含酚煤化工废水，直接生化处理非常困难，可以选择溶剂萃取法来去除酚类化合物。本研究在萃取脱酚工艺处理煤化工废水的基础上，对工艺参数进行了配置优化，以提高煤化工废水脱酚效果。

　　1、试验废水水质指标

　　试验废水取自某煤化工工厂，水样感官呈棕褐色、有刺激性气味、混浊度一般，水样资料显示水样含酚量高、COD值高。经检测，试验废水中总酚质量浓度为9500mg/L，挥发酚质量浓度为5500mg/L，COD值为35000mg/L，pH值为6.5。

　　2、试验药品、仪器与方法

　　2.1 试验药品

　　甲基异丁基酮、苯、硫代硫酸钠、溴化钾、溴酸钾、淀粉、碘化钾、氢氧化钠，分析纯，天津市科密欧科技发展有限公司;甲苯、浓硫酸、浓盐酸，分析纯，天津市江天化工技术有限公司;乙醇，分析纯，天津市红桥化工。

　　2.2 试验仪器与设备

　　电热恒温水浴锅，DK-98-ⅡA，水浴恒温振荡器，SHZ-88，艾本德移液枪，0.5mL～5.0mL，分液漏斗，1000mL，COD消解器(DRB200)，COD测定仪(DR1010型)，pH计，211型，玻璃吸附柱，Φ15×400mm，电子天平，ALC.310.3。

　　2.3 试验方法

　　通过查阅大量文献资料，认为总酚的测定应采用直接溴化法，即将挥发酚蒸馏出来，加入过量溴，得到溴代三溴酚，再加入碘化钾，反应过量溴和溴代三溴酚得到碘单质，再用硫代硫酸钠溶液滴定生成的碘，将结果与空白样对比，计算出所测溶液中挥发酚及总酚的含量。

　　COD的测定采用分光光度计法，即在强酸条件下，以硫酸银作催化剂，重铬酸钾作氧化剂，通过分光光度计测定废水中Cr2O7-和Cr3+的吸光度，进而测定水样中COD含量。

　　3、试验结果

　　3.1 萃取剂的选择

　　选取苯、甲苯及MIBK为煤化工废水脱酚萃取剂，三者的再生方式皆为精馏，沸点分别为80.1℃、110.6℃、116.7℃。3种不同萃取剂对煤化工废水中总酚的萃取效果如图1所示。

　　由图1可得，萃取级数为1～7，苯、甲苯及MI-BK3种萃取剂对总酚的去除率皆随着萃取级数的增大而有不同程度的升高，同时，MIBK对煤化工废水总酚的萃取效果明显好于苯和甲苯，尤其在萃取级数较小时更为明显。

具体的，对于苯和甲苯而言，当萃取级数为1～5时，随着萃取级数的增大，其对总酚的去除率增加比较明显，苯对总酚的去除率由萃取级数为1时的63%增加到萃取级数为5时的91%，甲苯对总酚的去除率由萃取级数为1时的55%增加到萃取级数为5时的87%;当萃取级数为5～7时，随着萃取级数的增大，其对总酚的去除率增加缓慢，并不明显，苯与甲苯对总酚的去除率分别由萃取级数为5时的91%和87%增加到萃取级数为7时的93%和88%。而对于萃取剂MIBK来说，随着萃取级数的增加，其对总酚的去除率增加并不明显，只由萃取级数为1时的91%增加到萃取级数为7时的94%，MIBK的萃取效果明显比苯、甲苯好很多。这可能是因为，MIBK对酚有更高的分配系数。因此，选择MIBK作为该工厂脱酚工艺中比较合适的萃取剂。

　　3.2 萃取脱酚工艺参数的优化

　　3.2.1 萃取级数

　　在查阅大量相关文献及试验的基础上，将此煤化工废水与MIBK萃取剂在萃取温度T=50℃、萃取相比R=1∶4以及萃取级数为1～7级的萃取条件下充分混合15min，静置30min，分析上层液中总酚含量和COD值，结果如图2所示。

　　由图2可知，随着萃取级数的增大，煤化工废水中总酚和COD的去除率皆有明显的提高。当萃取级数在1～5时，总酚和COD的去除率大幅度提高，变化比较明显，去除率分别由萃取级数为1时的91.0%和92.7%上升到萃取级数为5时的94.5%和97.5%;而当萃取级数在5～7时，总酚和COD的去除率变化较缓，并不明显，去除率分别由萃取级数为5时的94.5%和97.5%上升到萃取级数为7时的94.7%和97.7%。因此，考虑到提高萃取级数会增加成本问题，应选择萃取级数为5级，此时，总酚的去除率为94.5%，COD的去除率为97.5%。

　　3.2.2 萃取相比

　　将此煤化工废水与MIBK萃取剂在萃取温度t=50℃、萃取级数为5级以及萃取相比R=1∶1～1∶8的萃取条件下充分混合15min，静置30min，分析上层液中总酚含量和COD值，结果如图3所示。

　　由图3可知，随着萃取相比R的降低，煤化工废水中总酚和COD的去除率皆有明显的降低。在萃取相比R为1∶1～1∶4时，总酚和COD的去除率有下降的趋势，但并不明显，总酚和COD的去除率分别由萃取相比R=1∶1时的95.6%和97.2%下降为萃取相比R=1∶4时的94.5%和96.5%;而在萃取相比R为1∶4～1∶8时，总酚和COD的去除率呈现出较为明显的下降趋势，总酚和COD的去除率分别由萃取相比R=1∶4时的94.5%和96.5%下降为萃取相比R=1∶8时的91.3%和91.3%。然而，在实际操作中，萃取相比也并非越大越好，因为增大萃取剂用量，虽然可以增强萃取效果，但也增加了萃取剂的回收能耗和回收成本，因此，需要确定满足萃取指标条件下的最小萃取剂用量。综上所述，此试验条件下，萃取相比宜取R=1∶4。

　　3.2.3 萃取温度

　　将此煤化工废水与MIBK萃取剂在萃取级数为5级、萃取相比R=1∶4以及萃取温度t=25℃～70℃的萃取条件下充分混合15min，静置30min，分析上层液中总酚含量和COD值，结果如图4所示。

　　由图4可知，萃取温度t=25℃～70℃时，随着温度的升高，总酚和COD的去除率变化趋势基本一致，但去除率皆保持在93.8%以上。温度对MIBK萃取脱酚的影响不大。具体看来，萃取温度t=25℃～50℃时，总酚和COD的去除率随温度的升高而增加，之后，二者的去除率反而略有下降的趋势。因此，萃取温度t应控制在50℃～55℃，考虑到工厂废水进入萃取塔的温度在50℃左右，故把MIBK萃取的工艺温度t确定在45℃～55℃。

　　4、结论

　　通过对煤化工废水萃取脱酚工艺萃取剂的选择、萃取级数、萃取相比以及萃取温度的研究，得到如下结论：

　　1)通过分析对比甲苯、苯、MIBK的分配系数、再生方法，以及进一步的试验，确定MIBK作为煤化工废水萃取脱酚的萃取剂具有良好的效果;

　　2)试验确定的萃取级数、萃取相比以及萃取温度分别为萃取级数为5级，萃取相比R=1∶4，萃取温度t=45℃～55℃;

　　3)最佳实验条件下，总酚和COD的去除率分别为94.5%和97.5%。(来源：阳煤集团太原化工新材料有限公司)

本文摘自：中国污水处理工程网