基于树脂吸附的煤化工废水中酚类有机物高效分离方法研究

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煤化工废水具有水量大,水质复杂的特点,在工业上处理难度较大。酚类物质作为煤化工废水中一类高浓度的有机物具有很高的回收利用价值。目前,国内外对于煤化工废水中酚类有机物的分离方法普遍采用的是溶剂萃取工艺,但该工艺存在操作困难、易造成二次污染、成本高等缺点,很大程度地限制了煤化工行业的发展。因此,本文采用了树脂吸附工艺对煤化工废水中酚类有机物进行分离回收,研究该工艺下树脂的最佳吸附条件和再生分离条件,在此基础上设计了一种装置简易、成本低的酚类有机物高效分离方法,为煤化工废水资源化、无害化处理提供研究思路。主要研究结果如下:(1)以陕西省某煤化工厂实际生产废水为吸附对象,对其水质进行分析,结果发现,待处理废水中酚类物质浓度为5800-6300 mg/L,使用气相色谱对所含酚类有机物进行分析,发现原水中含有多种酚类,其中苯酚浓度为1982.94 mg/L,占比最高,为30.3%。同时还含有其他各类污染物质,其中油浓度1500-1800 mg/L、氨氮浓度为5500-6000 mg/L、COD浓度为38000-40000 mg/L。(2)以XDA-1G型大孔树脂作为吸附材料,研究其最佳吸附条件,结果表明,当调节p H=6.0,当吸附温度取35℃时,树脂体积与待处理污水体积比为1:8,在吸附作用下2.0 h后,煤化工废水中挥发酚浓度从5921.09 mg/L下降至939.08mg/L,此时去除率约为84.14%。由正交优化试验得到树脂吸附工艺各个因素的影响力排列顺序为:树脂投加量>吸附温度>吸附时间>水样p H值。吸附动力学研究表明,吸附过程主要受到扩散步骤的控制,且吸附过程由膜扩散和粒内扩散过程的共同控制;吸附等温线模型分析结果发现,该吸附过程为单层吸附。吸附热力学研究结果发现,XDA-1G树脂对煤化工废水中酚类物质的吸附过程是放热过程。(3)对XDA-1G型大孔树脂再生条件进行研究,分别用99%甲醇、HCl、Na Cl、Na OH作为再生剂,在不同条件下对吸附饱和树脂进行回收试验,结果发现,当再生剂为99%甲醇时,再生温度取45℃,再生剂投加2.5倍体积,在再生作用下60 min后,树脂再生效果最佳,再生率达91.15%,同时建立再生时的清洗方法,经过清洗后再生率达到95.29%。循环吸附再生试验表明,树脂吸附稳定性较好,前十轮的去除率均在70%以上。经过BET、SEM与FTIR分析均表明树脂对酚类物质有较好的吸附效果且再生前后结构基本变。(4)对煤化工废水中高浓度酚类有机物建立的树脂吸附分离回收方法进行现场试验研究结果表明,煤化工废水经树脂吸附工艺动态处理后,酚类有机物含量由6143.41 mg/L降低到1109.51 mg/L,去除率达81.94%;第一次甲醇再生时再生率为95.21%;循环处理时系统稳定性较好,运行十个周期后的去除率达72.36%。现场处理出水效果略低于小试,这主要与原水水质复杂、温度较高等因素有关。同时该方法对于废水中其他常见污染物均有一定程度的去除,对原水中油类物质、氨氮、COD、UV254去除率分别为51.89%,46.73%,77.59%,90.85%,对各类重金属与有机物也有一定去除作用。
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