支撑液膜萃取处理高浓度含酚煤气化废水工艺研究

【摘要】：煤气化废水是一种有毒有害的、难生物降解的工业废水,废水中含有大量的酚类物质,具有较高的回收价值。支撑液膜萃取技术是结合了溶剂萃取和膜分离的新型分离技术,具有萃取剂用量小、损失少,萃取效率高、所需级数少,运行成本低、能耗少,二次污染小等优点,具有广阔的研究和应用前景。 本论文以磷酸三丁酯(TBP)为萃取剂,以煤油为膜溶剂,以氢氧化钠溶液为反萃取剂,以PVDF为膜材料,采用中空纤维支撑液膜萃取法处理煤气化废水,并回收其中的酚类物质。考察了传质方式、反萃相浓度、相比、两相流速、膜组件装填因子、温度等操作条件对萃取效率的影响,得到了最优操作条件;分析了支撑液膜萃取酚的传质过程,建立了总传质系数模型,计算了传质过程的料液相、膜相和反萃相的分传质系数及总传质系数;并对实验逐步放大,对放大实验的操作条件进行了一定程度的优化。 支撑液膜萃取煤气化废水的最优操作条件为:萃取体系为20%TBP-煤油、膜组件竖直放置、并流传质、反萃相浓度为0.1mol/L、相比为0、料液相流速为5L/h、反萃相流速为5L/h、膜组件装填因子为19%、温度为常温,在此条件下,萃取达到平衡所需时间为50min,萃取率为86.2%,出水酚浓度为98.64mg/L。 建立了稳态下相应简化的支撑液膜萃取酚过程的总传质系数模型,计算得到稳态下料液相、膜相和反萃相的分传质系数及总传质系数:k_w=7.066×10~(-6)m/s,k_m=1.383×10~(-6)m/s,k_s=2.123×10~(-5)m/s,K_W=4.235×10~(-6)m/s,说明料液相和膜相传质阻力在总传质阻力中所占比重较大。 实验放大过程比较成功,针对250L煤气化废水的处理,实验能达到较好的萃取效果,其最优操作条件为:反萃相浓度0.10mol/L、相比1:200、料液相流速为100 L/h、反萃相流速为60L/h,在此条件下,达到萃取平衡所需时间为240min,萃取率为75.71%,出水中酚浓度为262.73mg/L。 【关键词】：支撑液膜 煤气化废水 苯酚 萃取率 传质系数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-26
• 1.1 煤气化含酚废水的来源与危害9-10
• 1.1.1 煤气化废水的来源9-10
• 1.1.2 煤气化废水的的特征与危害10
• 1.2 煤气化含酚废水处理方法10-19
• 1.2.1 一级处理11-12
• 1.2.2 二级处理12-14
• 1.2.3 深度处理14-16
• 1.2.4 煤气化废水处理新技术16-19
• 1.3 液膜分离技术19-24
• 1.3.1 液膜分离技术的特征19-20
• 1.3.2 液膜分类20-21
• 1.3.3 液膜分离机理21-23
• 1.3.4 液膜分离技术的应用23-24
• 1.4 本课题研究目的及主要内容24-26
• 1.4.1 研究目的及意义24-25
• 1.4.2 主要研究内容25-26
• 第2章 实验材料及方法26-31
• 2.1 实验仪器及试剂26-27
• 2.2 膜材料27-28
• 2.3 实验用水及分析方法28-31
• 2.3.1 实验用水28-29
• 2.3.2 分析方法29-31
• 第3章 中空纤维支撑液膜萃取煤气化废水31-53
• 3.1 废水预处理31-33
• 3.1.1 pH值对混凝效果的影响31-32
• 3.1.2 PAC投加量对混凝效果的影响32
• 3.1.3 PAM投加量对混凝效果的影响32-33
• 3.2 支撑液膜操作方式的选择33-34
• 3.3 支撑液膜萃取酚的实验流程34-35
• 3.4 支撑液膜萃取酚的实验研究35-45
• 3.4.1 萃取剂的选择35-36
• 3.4.2 传质方式的选择36-39
• 3.4.3 反萃相浓度的选择39-40
• 3.4.4 相比的选择40-41
• 3.4.5 两相流速的选择41-42
• 3.4.6 膜组件填充因子的选择42-43
• 3.4.7 混凝效果的选择43-44
• 3.4.8 温度的选择44-45
• 3.5 支撑液膜萃取酚的传质过程研究45-51
• 3.5.1 支撑液膜萃取酚的传质过程分析46
• 3.5.2 总传质系数模型假设46-47
• 3.5.3 总传质系数模型建立47-49
• 3.5.4 总传质系数模型求解49-50
• 3.5.5 总传质系数模型验证50-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第4章 放大试验53-60
• 4.1 实验装置53-54
• 4.2 放大实验54-58
• 4.2.1 5L废水处理效果54
• 4.2.2 50L废水处理效果54-56
• 4.2.3 250L废水处理效果56-58
• 4.3 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-69
• 攻读学位期间发表的学术论文69-72
• 致谢72

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