煤化工廢水萃取脫酚工藝參數(shù)優(yōu)化

　　煤直接燃燒的能量利用率低，并且，燃煤的大量使用，排放大量的煙塵、二氧化硫和氮氧化物，影響空氣質(zhì)量，增加霧霾天氣出現(xiàn)的范圍和頻率。煤化工技術(shù)可將煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料及化學(xué)品，帶動(dòng)潔凈煤技術(shù)的發(fā)展，提高煤炭的使用效率，從而被大力發(fā)展與推廣。然而，煤化工工藝過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量廢水，且煤化工廢水具有產(chǎn)生量大、成份復(fù)雜、有機(jī)物濃度高、生物毒性大、含有的物質(zhì)種類(lèi)繁多以及廢水水質(zhì)隨原煤質(zhì)量和氣化工藝的不同而多變等特點(diǎn)，因此，目前煤化工廢水處理問(wèn)題已經(jīng)成為煤化工項(xiàng)目的“短板”與“瓶頸”。

　　煤化工廢水是一種典型的含酚廢水，酚類(lèi)化合物是高毒類(lèi)物質(zhì)，可使人類(lèi)及生物個(gè)體的細(xì)胞失去活性，嚴(yán)重影響其健康和生命安全。大量研究顯示，當(dāng)酚在水中的質(zhì)量濃度超過(guò)3000mg/L時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致大量的有機(jī)生物死亡，因此，酚被世界環(huán)境保護(hù)組織列為主要高毒性有機(jī)污染物質(zhì)。而對(duì)于這種典型的高濃度含酚煤化工廢水，直接生化處理非常困難，可以選擇溶劑萃取法來(lái)去除酚類(lèi)化合物。本研究在萃取脫酚工藝處理煤化工廢水的基礎(chǔ)上，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了配置優(yōu)化，以提高煤化工廢水脫酚效果。

　　1、試驗(yàn)廢水水質(zhì)指標(biāo)

　　試驗(yàn)廢水取自某煤化工工廠，水樣感官呈棕褐色、有刺激性氣味、混濁度一般，水樣資料顯示水樣含酚量高、COD值高。經(jīng)檢測(cè)，試驗(yàn)廢水中總酚質(zhì)量濃度為9500mg/L，揮發(fā)酚質(zhì)量濃度為5500mg/L，COD值為35000mg/L，pH值為6.5。

　　2、試驗(yàn)藥品、儀器與方法

　　2.1 試驗(yàn)藥品

　　甲基異丁基酮、苯、硫代硫酸鈉、溴化鉀、溴酸鉀、淀粉、碘化鉀、氫氧化鈉，分析純，天津市科密歐科技發(fā)展有限公司;甲苯、濃硫酸、濃鹽酸，分析純，天津市江天化工技術(shù)有限公司;乙醇，分析純，天津市紅橋化工。

　　2.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

　　電熱恒溫水浴鍋，DK-98-ⅡA，水浴恒溫振蕩器，SHZ-88，艾本德移液槍?zhuān)?.5mL～5.0mL，分液漏斗，1000mL，COD消解器(DRB200)，COD測(cè)定儀(DR1010型)，pH計(jì)，211型，玻璃吸附柱，Φ15×400mm，電子天平，ALC.310.3。

　　2.3 試驗(yàn)方法

　　通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，認(rèn)為總酚的測(cè)定應(yīng)采用直接溴化法，即將揮發(fā)酚蒸餾出來(lái)，加入過(guò)量溴，得到溴代三溴酚，再加入碘化鉀，反應(yīng)過(guò)量溴和溴代三溴酚得到碘單質(zhì)，再用硫代硫酸鈉溶液滴定生成的碘，將結(jié)果與空白樣對(duì)比，計(jì)算出所測(cè)溶液中揮發(fā)酚及總酚的含量。

　　COD的測(cè)定采用分光光度計(jì)法，即在強(qiáng)酸條件下，以硫酸銀作催化劑，重鉻酸鉀作氧化劑，通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)定廢水中Cr2O7-和Cr3+的吸光度，進(jìn)而測(cè)定水樣中COD含量。

　　3、試驗(yàn)結(jié)果

　　3.1 萃取劑的選擇

　　選取苯、甲苯及MIBK為煤化工廢水脫酚萃取劑，三者的再生方式皆為精餾，沸點(diǎn)分別為80.1℃、110.6℃、116.7℃。3種不同萃取劑對(duì)煤化工廢水中總酚的萃取效果如圖1所示。

　　由圖1可得，萃取級(jí)數(shù)為1～7，苯、甲苯及MI-BK3種萃取劑對(duì)總酚的去除率皆隨著萃取級(jí)數(shù)的增大而有不同程度的升高，同時(shí)，MIBK對(duì)煤化工廢水總酚的萃取效果明顯好于苯和甲苯，尤其在萃取級(jí)數(shù)較小時(shí)更為明顯。具體的，對(duì)于苯和甲苯而言，當(dāng)萃取級(jí)數(shù)為1～5時(shí)，隨著萃取級(jí)數(shù)的增大，其對(duì)總酚的去除率增加比較明顯，苯對(duì)總酚的去除率由萃取級(jí)數(shù)為1時(shí)的63%增加到萃取級(jí)數(shù)為5時(shí)的91%，甲苯對(duì)總酚的去除率由萃取級(jí)數(shù)為1時(shí)的55%增加到萃取級(jí)數(shù)為5時(shí)的87%;當(dāng)萃取級(jí)數(shù)為5～7時(shí)，隨著萃取級(jí)數(shù)的增大，其對(duì)總酚的去除率增加緩慢，并不明顯，苯與甲苯對(duì)總酚的去除率分別由萃取級(jí)數(shù)為5時(shí)的91%和87%增加到萃取級(jí)數(shù)為7時(shí)的93%和88%。而對(duì)于萃取劑MIBK來(lái)說(shuō)，隨著萃取級(jí)數(shù)的增加，其對(duì)總酚的去除率增加并不明顯，只由萃取級(jí)數(shù)為1時(shí)的91%增加到萃取級(jí)數(shù)為7時(shí)的94%，MIBK的萃取效果明顯比苯、甲苯好很多。這可能是因?yàn)?，MIBK對(duì)酚有更高的分配系數(shù)。因此，選擇MIBK作為該工廠脫酚工藝中比較合適的萃取劑。

　　3.2 萃取脫酚工藝參數(shù)的優(yōu)化

　　3.2.1 萃取級(jí)數(shù)

　　在查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)及試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將此煤化工廢水與MIBK萃取劑在萃取溫度T=50℃、萃取相比R=1∶4以及萃取級(jí)數(shù)為1～7級(jí)的萃取條件下充分混合15min，靜置30min，分析上層液中總酚含量和COD值，結(jié)果如圖2所示。

　　由圖2可知，隨著萃取級(jí)數(shù)的增大，煤化工廢水中總酚和COD的去除率皆有明顯的提高。當(dāng)萃取級(jí)數(shù)在1～5時(shí)，總酚和COD的去除率大幅度提高，變化比較明顯，去除率分別由萃取級(jí)數(shù)為1時(shí)的91.0%和92.7%上升到萃取級(jí)數(shù)為5時(shí)的94.5%和97.5%;而當(dāng)萃取級(jí)數(shù)在5～7時(shí)，總酚和COD的去除率變化較緩，并不明顯，去除率分別由萃取級(jí)數(shù)為5時(shí)的94.5%和97.5%上升到萃取級(jí)數(shù)為7時(shí)的94.7%和97.7%。因此，考慮到提高萃取級(jí)數(shù)會(huì)增加成本問(wèn)題，應(yīng)選擇萃取級(jí)數(shù)為5級(jí)，此時(shí)，總酚的去除率為94.5%，COD的去除率為97.5%。

　　3.2.2 萃取相比

　　將此煤化工廢水與MIBK萃取劑在萃取溫度t=50℃、萃取級(jí)數(shù)為5級(jí)以及萃取相比R=1∶1～1∶8的萃取條件下充分混合15min，靜置30min，分析上層液中總酚含量和COD值，結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3可知，隨著萃取相比R的降低，煤化工廢水中總酚和COD的去除率皆有明顯的降低。在萃取相比R為1∶1～1∶4時(shí)，總酚和COD的去除率有下降的趨勢(shì)，但并不明顯，總酚和COD的去除率分別由萃取相比R=1∶1時(shí)的95.6%和97.2%下降為萃取相比R=1∶4時(shí)的94.5%和96.5%;而在萃取相比R為1∶4～1∶8時(shí)，總酚和COD的去除率呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢(shì)，總酚和COD的去除率分別由萃取相比R=1∶4時(shí)的94.5%和96.5%下降為萃取相比R=1∶8時(shí)的91.3%和91.3%。然而，在實(shí)際操作中，萃取相比也并非越大越好，因?yàn)樵龃筝腿┯昧?，雖然可以增強(qiáng)萃取效果，但也增加了萃取劑的回收能耗和回收成本，因此，需要確定滿足萃取指標(biāo)條件下的最小萃取劑用量。綜上所述，此試驗(yàn)條件下，萃取相比宜取R=1∶4。

　　3.2.3 萃取溫度

　　將此煤化工廢水與MIBK萃取劑在萃取級(jí)數(shù)為5級(jí)、萃取相比R=1∶4以及萃取溫度t=25℃～70℃的萃取條件下充分混合15min，靜置30min，分析上層液中總酚含量和COD值，結(jié)果如圖4所示。

　　由圖4可知，萃取溫度t=25℃～70℃時(shí)，隨著溫度的升高，總酚和COD的去除率變化趨勢(shì)基本一致，但去除率皆保持在93.8%以上。溫度對(duì)MIBK萃取脫酚的影響不大。具體看來(lái)，萃取溫度t=25℃～50℃時(shí)，總酚和COD的去除率隨溫度的升高而增加，之后，二者的去除率反而略有下降的趨勢(shì)。因此，萃取溫度t應(yīng)控制在50℃～55℃，考慮到工廠廢水進(jìn)入萃取塔的溫度在50℃左右，故把MIBK萃取的工藝溫度t確定在45℃～55℃。

　　4、結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)煤化工廢水萃取脫酚工藝萃取劑的選擇、萃取級(jí)數(shù)、萃取相比以及萃取溫度的研究，得到如下結(jié)論：

　　1)通過(guò)分析對(duì)比甲苯、苯、MIBK的分配系數(shù)、再生方法，以及進(jìn)一步的試驗(yàn)，確定MIBK作為煤化工廢水萃取脫酚的萃取劑具有良好的效果;

　　2)試驗(yàn)確定的萃取級(jí)數(shù)、萃取相比以及萃取溫度分別為萃取級(jí)數(shù)為5級(jí)，萃取相比R=1∶4，萃取溫度t=45℃～55℃;

　　3)最佳實(shí)驗(yàn)條件下，總酚和COD的去除率分別為94.5%和97.5%。(來(lái)源：陽(yáng)煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司)