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随着现代工业的快速发展,我国每年排放大量的含酚废水。含酚废水不但危害人体健康安全,而且严重破坏自然生态平衡。制酚工业因产生高浓度的含酚废水而成为废水脱酚的重点对象之一。现有的异丙苯萃取—反萃塔脱酚工艺存在着设备庞大、溶剂消耗量大、处理结果不能达到排放标准等缺陷。因此,研发新型、高效的脱酚技术具有重要意义。
本文针对异丙苯法制酚工业产生的含酚废水,选用中空纤维更新液膜(HFRLM)技术,对实验室模拟的含酚废水进行了实验研究。实验选用异丙苯作为萃取剂,分别研究了热力学因素、流体流动状态、体系物性、液膜相组成等对苯酚传质性能的影响,同时建立了相关传质模型,探索各种操作条件与苯酚传质过程的关系。
结果表明,HFRLM过程运行30分钟达到稳定。以异丙苯为萃取剂时,pH值在1~6范围内分离效率和传质系数较为稳定。当pH值大于7时,分离效率几近为零。苯酚去除率随料液相中苯酚浓度的增加而降低,分离效率也随之减小。反萃液NaOH溶液浓度低于0.3mol/L时,传质通量、分离效率和传质系数随着反萃液浓度的升高迅速增加,当NaOH溶液浓度高于0.3mol/L之后变化不再显著。在油水相体积比为1∶20时酚传质效果良好且稳定。另外,在两相流速的影响实验中发现,传质通量随壳程流速的增加呈现先快后慢的增加趋势,传质通量、去除率随管程流速增大而逐渐减小。与之相比,管程流速的增大则导致传质通量和分离效率的下降。长时间稳定实验显示出HFRLM技术良好的稳定性能。
采用模拟工业废水作为处理对象,以异丙苯作萃取剂,NaOH溶液做反萃剂,用中空纤维更新液膜技术处理第5级后去除率可达99%,余酚浓度低于国家工业含酚废水的排放标准5mg/L,可直接排放。反萃相苯酚浓度高出料液相500倍,可用于回收。由此可见,异丙苯作为萃取剂时可以实现苯酚的逆浓度梯度传质和富集,这对制酚工艺废水处理来说具有工艺上不可替代的优势。在前文系统研究各种操作条件对中空纤维更新液膜传质效果的影响基础上,作者基于表面更新理论和阻力串联模型,建立了循环过程的数学模型,模型预测值与实验值吻合较好。初步分析表明,与现行萃取工艺相比,中空纤维更新液膜提取工艺的提取效率高、处理量大、萃取剂消耗量较少、后续处理简单、能耗低。
本文的研究成果为中空纤维更新液膜技术处理异丙苯法制酚工艺含酚废水提供了指导和参考。