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环氧丙烷生产过程中产生的氯醇化尾气碱洗废水由于高碱度、高有机物浓度,不但增加了后续生化处理单元的负荷,同时使废水处理费用大大提高。急需寻找一种方法,可以在碱洗废水进入生化处理单元前进行预处理,降低其碱度、有机物浓度,回收废水中的碱。经实验探索后,发现采用IME电渗析技术对该碱洗废水进行预处理,可以获得较好的处理效果。因此,设计一系列实验步骤,包括实验装置的设计,对该预处理方法的影响因素进行详细的探讨,确定最佳工艺技术条件。
本研究中,设计组装了IME电渗析反应器。综合考虑反应器流道形状、流道尺寸、流体流速、流体温度等对离子转移效率产生的影响,考虑实验装置材料的耐污染耐腐蚀性能影响等,保证了实验装置适应废水处理运行环境。
本文对采用IME电渗析技术处理环氧丙烷氯醇化碱洗废水实验影响因素进行了研究,总结如下:
1)废水相碱度(pH)降低的影响因素主要包括操作电压、离子交换膜、温度等。废水相碱度(pH)降低趋势符合线性规律,回归方差均大于99%。操作电压越高,温度越高,pH下降速度越快,废水水质pH降到中性的时间越短;在实验选用的三种离子交换膜的处理效果中,选用3369型号膜降低废水pH所需时间最短。
2)降低废水相COD与TOC的主要影响因素有操作电压、离子交换膜、温度等。COD、TOC的去除率最高可达50%左右。比较发现,常温时COD去除效果最好;操作电压越高,COD去除速度越快,尤其选用3365膜时,COD去除速度最快;当废水pH到达中性时,出水COD去除率可达到40~50%。
3)辅助相碱浓度变化的主要影响因素包括操作电压、离子交换膜、温度等,操作电压与温度越高,碱浓度上升速度越快;选用3369膜时碱浓度上升速度最快;在废水pH降到终点时,碱浓度一直呈上升趋势,变化趋势符合线性规律,分析碱液成份发现,回收的碱液纯度较高,回收的碱浓度阈值可达70g/L,约7.0%。
4)本文通过筛选三组不同电极材料组合,设计实验研究发现,阳极为钛涂稀有金属电极,阴极为钻孔不锈钢电极的组合对降低废水pH、COD效果最好,同时对碱资源回收效果好。
5)改变实验反应主装置中隔板与隔网的不同组合进行的极间距选择实验。极间距对降低碱度、COD以及回收碱浓度存在较大影响。通过实验确定极间距为6mm时,碱度、COD降低速度和回收碱浓度上升速度相对较快。
6)选择处理效果较好的3369膜进行稳定性实验,在连续使用约75h后,处理效果稳定,膜外观并未出现破损或附着物,膜的表观颜色未见异常;钛涂稀有金属电极与钻孔不锈钢电极,以及聚氯乙烯隔网材料,在经过长时间连续使用后,也未出现显著受损或表面脱落现象,初步证明了所选实验装置材料在处理该废水时具有良好的耐污染耐腐蚀性能。
7)在实验初期,电流密度急剧下降,经过一段时间运行以后,电流密度逐步趋于稳定。反映了在一定条件下辅助相能够持续回收碱的可能性。
8)通过实验对比发现,选用不同型号膜时的吨碱能耗,膜面电阻较小的3365膜的吨碱能耗较小。对吨水能耗计算其经济成本低。
综上所述,采用IME电渗析技术对环氧丙烷氯醇化碱洗废水进行预处理效果良好。碱洗废水通过预处理后,可以达到后续生化处理单元的pH进水要求,并可大幅度降解废水中有机物,减轻后续处理单元负荷,降低处理成本,同时可以回收废水中的碱,回收碱液浓度较高,可以考虑回用于碱洗单元。