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煤气化含酚废水渗透蒸发处理工况研究

作　者: 邵泽晖
导　师: 姚杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 煤气化含酚废水 渗透蒸发技术 PDMS膜 分子筛填充膜
分类号: X784
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


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19.658cm2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。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
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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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 化学工业废物处理与综合利用 > 燃料化学工业
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