论文部分内容阅读
随着社会进步和人类需求的增加,对能源的需求急剧上升。由于大多数国家都以原煤为原料进行制气,在这过程中会产生大量的高浓度的含酚废水。酚类物质是一种重要的工业原料。对于高浓度的含酚废水,一般考虑对其中的酚进行回收,在进行后续的生化处理。膜分离技术是最近几十年逐渐发展起来的高科技产物,其中渗透蒸发技术具有环境友好、操作简单、适用性广泛等优点,受到了国际上很多研究人员关注。本课题基于以上背景开展,利用渗透蒸发技术回收废水中的酚类物质,使其浓度降低到可进行生化处理的程度。本实验选择PDMS膜、ZSM型分子筛填充PDMS膜和NaY型分子筛填充PDMS膜为实验对象,考察其对渗透蒸发性能的影响。考察各操作条件对渗透蒸发技术处理煤气化含酚废水的影响。由于实际废水的浊度较高,因此需要先进行混凝预处理,选择聚合氯化铝和聚丙烯酰胺为混凝剂和助凝剂进行混凝实验。经过混凝预处理后,可使废水中的SS由1190 mg/L降低到510mg/L,对酚的去除率达到20.09%。影响渗透蒸发过程因素主要由系统温度、液料流速以及膜下游压力。酚的渗透通量和系统温度之间关系满足Arrhenius方程,随着温度的升高,渗透通量逐渐增加;液料流速的增大主要是增强了膜上游液料的湍流程度,降低膜表面的浓差极化和温差现象,促进酚在膜相中的吸附溶解作用,从而提高酚的通量;降低膜下游的压力可以增大膜两侧的压力差和酚的浓度差,使酚的传质推动力提高,从而增加酚的渗透通量。使用有效直径为5cm、膜面积为19.658cm2的膜反应池,对混凝后浓度为1850mg/L煤气化废水进行渗透蒸发实验,实验表明,系统温度50℃,液料流量3.6L/h,膜下游压力保持在1000Pa时,为最佳的运行条件,PDMS膜的渗透通量为7714.98mg/h·m2。通过对渗透蒸发传质模型的研究,可推得总传质系数、液相传质系数以及膜相传质系数关系式,并且通过改变膜表面液料的流动状态,可以使液相传质系数提高。在实验数据的基础上,利用相关公式可以计算出酚在PDMS膜渗透蒸发过程中的传质系数,总传质系数KM为2.87×10-6,液相传质系数kb为4.40×10-5,膜相传值系数km为3.07×10-6。在最佳运行条件下,增加分子筛的填充率可以促进膜对酚的吸附溶解过程进行,但是填充率高达一定程度反而会降低膜的渗透通量,实验表明填充率为5%ZSM型分子筛填充膜处理效果要高于10%的填充率。填充率为45%的NaY型分子筛填充膜的渗透通量高于填充率30%和60%的膜。5%ZSM型分子筛填充膜的酚的渗透通量为14325.42mg/h·m2,酚的浓度降低到270.76mg/L,酚的去除率达到85.33%。使用有效直径为25cm、膜面积为490.625cm2的膜反应池进行渗透蒸发放大实验,液料流速为75L/h,膜反应池下游保持压力为1000Pa,并保持系统温度在50℃条件件下,酚的去除率达到86.26%,酚的浓度降低到253.46mg/L。此时酚的渗透通量为9901.72mg/m2·h,此时已经达到可进行生化处理的程度。