煤气化含酚废水渗透蒸发处理工况研究

【摘要】：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19.658cm~2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·m~2。 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K_M为2.87×10~(-6),液相传质系数k_b为4.40×10~(-5),膜相传值系数k_m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·m~2,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490.625cm~2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/m~2·h,此时已经达到可进行生化处理的程度。 【关键词】：煤气化含酚废水 渗透蒸发技术 PDMS膜 分子筛填充膜
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X784
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义11-13
• 1.1.1 课题来源11
• 1.1.2 课题研究的意义11-12
• 1.1.3 课题的研究目的12-13
• 1.2 煤气化含酚废水处理技术13-15
• 1.3 渗透蒸发技术概述15-22
• 1.3.1 渗透蒸发技术发展历史15-17
• 1.3.2 渗透蒸发的定义及特点17-18
• 1.3.3 渗透蒸发分离原理18-19
• 1.3.4 渗透蒸发传质模型及应用19-21
• 1.3.5 渗透蒸发分离性能的影响因素21-22
• 1.4 渗透蒸发膜的选择22-25
• 1.4.1 渗透蒸发膜概述22-23
• 1.4.2 膜性能评价指标23-24
• 1.4.3 膜材料选择原则24-25
• 第2章 实验材料和方法25-33
• 2.1 实验所需药剂和仪器25-26
• 2.2 分析方法26
• 2.2.1 固体悬浮物测定26
• 2.2.2 废水中酚的浓度测定26
• 2.2.3 渗透通量计算26
• 2.3 实验用膜材料26-33
• 2.3.1 PDMS 膜27-29
• 2.3.2 NaY 型分子筛填充膜29-30
• 2.3.3 ZSM 型分子筛填充膜30-33
• 第3章 PDMS 渗透蒸发膜性能研究33-57
• 3.1 煤气化废水水质分析33-34
• 3.2 煤气化含酚废水混凝预处理实验34-39
• 3.2.1 混凝预处理目的34-35
• 3.2.2 混凝处理概述35-36
• 3.2.3 废水pH 值对混凝效果的影响36-37
• 3.2.4 聚合氯化铝投加量对混凝效果的影响37-38
• 3.2.5 聚丙烯酰胺投加量对混凝效果的影响38-39
• 3.3 PDMS 膜处理煤气化含酚废水实验39-47
• 3.3.1 实验装置40
• 3.3.2 运行温度对PDMS 膜渗透蒸发的影响40-45
• 3.3.3 液料流速对PDMS 膜渗透蒸发性能的影响45-46
• 3.3.4 膜下游压力对PDMS 膜渗透蒸发性能的影响46-47
• 3.4 PDMS 膜渗透蒸发处理含酚废水传质研究47-54
• 3.4.1 溶解扩散模型传质系数48-52
• 3.4.2 传质系数计算52-54
• 3.5 本章小结54-57
• 第4章 PDMS 改性膜处理含酚废水57-78
• 4.1 NaY 型分子筛填充膜处理煤气化含酚废水57-63
• 4.1.1 填充率对NaY 型分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响57-59
• 4.1.2 系统温度对NaY 型分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响59-60
• 4.1.3 液料速度对NaY 型分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响60-62
• 4.1.4 膜下游压力对NaY 型分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响62-63
• 4.2 ZSM 型分子筛填充膜处理煤气化含酚废水63-70
• 4.2.1 填充率对ZSM 分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响63-65
• 4.2.2 系统温度对ZSM 分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响65-66
• 4.2.3 液料流速对ZSM 分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响66-68
• 4.2.4 膜下游压力对ZSM 分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响68-69
• 4.2.5 操作时间对ZSM 分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响69-70
• 4.3 PDMS 改性膜处理煤气化含酚废水放大实验70-76
• 4.3.1 系统温度对渗透蒸发放大实验性能的影响71-73
• 4.3.2 液料流速对ZSM 分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响73-74
• 4.3.3 膜下游压力对ZSM 分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响74-75
• 4.3.4 操作时间对 ZSM 分子筛填充膜渗透蒸发性能的影响75-76
• 4.4 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果86-89
• 致谢89

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