煤气化废水萃取脱酚工艺研究

第25卷2006正第4期7月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVo1．25，No．4July2006煤气化废水萃取脱酚工艺研究章莉娟一冯建中杨楚芬钱宇(华南理工大学化212与能源学院，广东省绿色化学产品技术重点实验室，广州，510640)摘要采用溶剂萃取对煤气化废水进行酚回收处理．确定烷基酮类物质(M105)作为煤气化废水的脱酚萃取剂，并对脱酚工艺参数进行优化。工艺参数为：萃取温度40—6O℃，pH=9—1O，相比=1：6—1：4．经四级逆流萃取，废水的总酚浓度从5410mg·l降至350mg·l～，挥发酚降至50mg·l以下．关键词煤气化废水，酚，溶剂萃取，工艺参数．煤气制造过程中产生的废水水质复杂，除含有浓度高的酚类外，还含有大量的氨、脂肪酸、各种有机物和粉尘等，水质偏中碱性．若对废水直接进行生化处理，酚类物质得不到有效降解，难以满足排放要求，且造成资源浪费．因此，生化处理前应先回收废水中的酚、氨以及脂肪酸等．本文对哈尔滨气化厂煤气化废水的水质进行分析，并针对废水碱性高、含酚种类多以及多元酚含量高等特点，筛选合适的脱酚萃取剂，优化萃取工艺参数，从而有效地回收废水中的酚类物质．1萃取剂的选择废水基本水质：总酚含量5410mg·l～，其中挥发酚2750mg·l～，CODc值20000mg·l～，pH值9一l0，脂肪酸约3120mg·l～，总氨6000--9000mg·l～．废水酚含量高，酚种类繁多，还含有烷烃、酮类、胺类化合物和油份物质．在恒温振荡器中，采用错流萃取，将溶剂和废水混合并振荡15min，静置2h后，取样分析．选择M105，30％磷酸三丁酯(TBP)一煤油，乙酸丁酯和二异丙醚作为萃取剂，对脱酚效果(c表11一●宣、萃取级数n图1几种萃取剂的萃取效果比较Fig．1Theextractionperformanceofvarioussolventstophenols示萃余液中总酚浓度)进行实验比较，在25℃，相一比(尺)：1：6的条件下，结果如图1所示．由图1可知，二异丙醚的萃取脱酚效果较差，三级错流萃取后，废水中的总酚浓度为850mg·l～，其中挥发酚为180mg·l一，二异丙醚对苯酚的分配系数较低，而且多元酚的极性增强，与二异丙醚的相溶性减弱，造成萃取效果不理想．其它三种萃取剂对废水的萃取脱酚效果相当，三级错流萃取后，废水的总酚浓度为350mg·l左右，其中挥发酚浓度降至50mg·l以下，CODcr降至3000mg·l左右．从萃取剂的再生方式考虑，TBP和煤油的沸点较高(分别为289℃和l50_250℃)，且煤油的沸点与苯酚的沸点(182~C)接近，要用碱洗法回收萃取剂，而回收的粗酚以酚钠形式存在，需再加酸使其转化成酚．而乙酸丁酯在偏中碱性的煤气化废水中会发生皂化反应，促进其水解．M105的再生可采用精镏法，因此，选择烷基酮类物质M105作为煤气化废水的酚萃取剂．实验结果还显示，废水经M105一级萃取后，总酚浓度可降至630mg·l～，大部分的酚已被萃取．因此，工艺流程设计时可考虑在萃取塔之前串联静态混合器和油水分离器，以除去废水中的大部分酚以2005年9月21日收稿．国家自然科学基金(No．20536020，20476033)资助项目，哈尔滨气化厂合作项目通讯联系人：020-87112046，celjzh@souledu．all三一{{～广一fj}／～＼＼维普资讯http://www.cqvip.com4期章莉娟等：煤气化废水萃取脱酚工艺研究489及焦油和固体悬浮物等，从而减轻萃取塔的负荷．2萃取工艺参数的确定2．1pH值煤气化废水中含有大量的游离氨，pH值在9—10之间．图2是pH值对M105萃取脱酚的影响．由图2可知，pH值在7—10之间，萃取效果较好；当pH>10时，随着pH值的增大，萃取效果急剧降低．这主要是酚类物质在偏碱性情况下发生离解，离子态酚在水中溶解度增大所致．因此，含酚废水的萃取通常在酸性或中性水质情况下进行]．然而，实验废水中含有大量的氨，加酸后会形成缓冲体系，且工厂废水量很大(100t·h一)，若加酸调节废水pH值，需要大量的酸．另一方面，萃取脱酚后还需加碱回收废水中的氨．因此，采用加酸降低pH值是不可行的．尽管低pH值对M105萃取脱酚有利，但处理该煤气化废水时，仍然选择pH=9—10的条件下进行萃取．2．2温度本文考察了温度对M105萃取煤气化废水中酚的影响，如图3所示．由图3可知，在28—70℃之间，温度对M105萃取脱酚的影响不明显，酚脱除率都能达到92％左右．这可能是因为该煤气化废水成分太复杂，导致了萃取过程中放热和吸热的相互抵消．由于工厂废水进入萃取塔的温度在50℃左右，因此，可以把M105萃取的工艺温度确定在40—60℃之间．pH图2pH值对萃取效果的影响Fig