一種多級混合強化分離的含酚廢水萃取脫酚的方法與流程
2023-11-30 22:38:16 1
本發明屬於廢水處理領域，具體涉及一種多級混合強化分離的含酚廢水萃取脫酚的方法。
背景技術：
廢水中酚類物質對生物有毒，抑制微生物的生長，造成生化系統不能穩定高效運行，但同時酚作為化工品，可以回收利用。目前，含酚工業廢水常用的方法是溶劑萃取法脫除酚類物質，提高廢水可生化性，利用相似相溶原理，絕大部分酚類物質進入萃取相，通過精餾分離得到粗酚產品，萃取劑循環利用，留在萃餘相的萃取劑通過溶劑汽提塔汽提回收利用。當前工業領域含酚廢水萃取單元通常是在萃取塔中進行的，主要是填料式萃取塔和轉盤式萃取塔，二者都存在較為嚴重的級間反混，導致級效率低，分離界面不易控制，萃餘相帶走萃取劑量較大，增加汽提回收萃取劑的能耗等問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種多級混合強化分離的含酚廢水萃取脫酚的方法，該方法通過超重力實現兩相分離，分相性能好，處理能力大，通過無動力螺旋或者渦流混合器，兩相達到傳質平衡速度快，傳質效率高，級效率接近100％。
本發明提供的多級混合強化分離的含酚廢水萃取脫酚的方法，包括如下步驟：
(1)將萃取劑和含酚廢水按反方向送入若干臺超重力萃取機串聯的多級萃取裝置中進行多級逆流萃取，收集最終萃取相和最終萃餘相；
每臺所述超重力萃取機包括混合室和強化分離室，通入所述超重力萃取機的萃取劑和含酚廢水在所述混合室中螺旋混合器或者渦流混合器的作用下混合，然後在所述強化分離室中超重力的作用下進行萃取；
(2)將所述萃取相送入溶劑回收塔中進行溶劑回收Ⅰ，得到粗酚和萃取劑Ⅰ；將所述萃餘相送入溶劑汽提塔中進行溶劑回收Ⅱ，得到脫酚後的廢水和萃取劑Ⅱ；所述萃取劑Ⅰ和所述萃取劑Ⅱ繼續通入所述多級萃取裝置中與所述含酚廢水進行所述多級逆流萃取。
上述的方法，步驟(1)中，所述超重力萃取機(超重力萃取器)可為任何利用超重力進行萃取的裝置，它包括混合室和強化分離室；在所述混合室中螺旋混合器或者渦流混合器的作用下，兩相達到傳質平衡速度快，傳質效率高，級效率接近100％；在所述強化分離室中超重力的作用下實現兩相分離，分相性能好，處理能力大；
所述超重力萃取機的臺數可為1～10臺(即萃取級數可為1～10級)，具體可為3～7臺、3～5臺、5～7臺、3臺、5臺或7臺。
所述超重力萃取機的離心轉速可為0～3000轉/分鐘，具體可為1500轉/分鐘。
所述超重力萃取機的停留時間可為1秒～300秒，具體可為100～130秒、100～110秒、110～130秒、100秒、110秒或130秒。
上述的方法，步驟(1)中，所述含酚廢水與所述萃取劑的體積比可為(1～10)：1，具體可為(4～8)：1、(4～5)：1、(4～6)：1、(5～8)：1、(5～6)：1、(6～8)：1、6：1、4：1、8：1或5：1。
所述萃取的溫度可為30～85℃，具體可為40～85℃、50～85℃、65～85℃、40～65℃、50～65℃、40～50℃、50℃、40℃、85℃或65℃。
上述的方法，步驟(1)中，所述含酚廢水中總酚含量可為2000～25000mg/L，如5750mg/L。
所述總酚包括單元酚和多元酚，其中多元酚含量可為600～12000mg/L，如1820mg/L；單元酚含量可為1000～18000mg/L。
所述含酚廢水COD值可為10000～50000mg/L，如19340mg/L。
所述含酚廢水的pH值可為4～10，如6～8、6～7、7～8、6、7或8。
所述萃取劑包括但不限於：甲基異丁基甲酮、二異丙基醚、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯或甲基叔戊基醚。
上述的方法，步驟(2)中，所述溶劑回收塔的理論板數可為5～18塊，具體可為10～18塊、10～15塊、15～18塊、10塊、15塊、18塊；壓力可為0.1～0.2Mpa，具體可為0.11～0.12Mpa、0.12～0.13Mpa；再沸器溫度可為120～220℃，具體可為200～220℃。
所述溶劑汽提塔的理論板數可為3～25塊，具體可為4～6塊、4～5塊、5～6塊、4塊、5塊、6塊；壓力可為0.1～0.2Mpa，具體可為0.11～0.12Mpa、0.12～0.13Mpa；再沸器溫度可為98～115℃，具體可為105～110℃。
本發明具有如下有益效果：
(1)本發明萃取工藝通過超重力實現兩相分離，分相性能好，處理能力大。
(2)本發明萃取工藝通過無動力螺旋或者渦流混合器，兩相達到傳質平衡速度快，傳質效率高，級效率接近100％。
(3)本發明萃取工藝操作流比範圍非常寬，開停車方便，停車後不破壞所建立的各級濃度分布，易實現在線分析和自動控制。
(4)本發明萃取工藝連續逆流由每級混合室的抽吸力強制實現，避免了反混現象。
(5)本發明萃取工藝適應性強，級數界限明確，且便於調節，可以根據來水水質的變化靈活操作。
附圖說明
圖1為實施例中所用的超重力萃取機的結構示意圖。
1混合室、2強化分離室、3萃取劑進料口、4含酚廢水進料口、5萃取相出口、6萃餘相出口。
圖2為本發明方法的工藝流程圖。
具體實施方式
下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。
下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
以下實施例和對比例中，所述含酚廢水均為煤氣化廢水，所述含酚廢水中總酚的含量根據HJ502-2009中規定的溴化容量法(不同的是不進行預蒸餾的步驟)進行測定；單元酚的含量根據HJ502-2009中規定的預蒸餾後溴化容量法進行測定；多元酚的含量為總酚的含量減去單元酚的含量；COD值採用HJT399-2007中規定的方法進行測定。
如圖1所示，本發明所使用的每臺超重力萃取機包括混合室(1)和強化分離室(2)，從萃取劑進料口(3)和含酚廢水進料口(4)通入超重力萃取機的萃取劑和含酚廢水在混合室(1)中無動力螺旋混合器或者渦流混合器的作用下混合，然後在強化分離室(2)中超重力的作用下進行萃取，萃取完畢後，萃取相從萃取相出口(5)進入下一級超重力萃取機的萃取劑進料口(3)，萃餘相從萃餘相出口(6)進入下一級超重力萃取機的含酚多酚進料口(4)進行下一級的萃取。下述實施例中採用CN204219832U中公開的「節能高效離心機」。對比例所採用的離心機為CN 103818982A中使用的高速離心機。
如圖2所示，本發明提供的多級混合強化分離的含酚廢水萃取脫酚的方法，包括如下步驟：
(1)將體積比為1：(1～10)的新鮮萃取劑(如甲基異丁基甲酮、二異丙基醚、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯或甲基叔戊基醚)和含酚廢水(總酚含量為2000～25000mg/L，多元酚含量為600～12000mg/L，COD值為10000～50000mg/L，pH值為4～10)按反方向送入1～10臺超重力萃取機串聯的多級萃取裝置中進行多級逆流萃取，收集最終萃取相(含粗酚和萃取劑)和最終萃餘相(含少量萃取劑的廢水)；
每臺超重力萃取機包括混合室(1)和強化分離室(2)，從萃取劑進料口(3)和含酚廢水進料口(4)通入超重力萃取機的萃取劑和含酚廢水在混合室(1)中無動力螺旋混合器或者渦流混合器的作用下混合，然後在強化分離室(2)中超重力的作用下進行萃取，超重力萃取機的轉速為0～3000轉/分鐘，停留時間為1秒～300秒；萃取溫度為30～85℃，萃取完畢後，萃取相從萃取相出口(5)進入下一級超重力萃取機的萃取劑進料口(3)，萃餘相從萃餘相出口(6)進入下一級超重力萃取機的含酚多酚進料口(4)進行下一級的萃取；
(2)將最終萃取相送入溶劑回收塔(理論板數為5～18塊，壓力為0.1～0.2Mpa，再沸器溫度為120～220℃)中進行溶劑回收Ⅰ，得到粗酚和萃取劑Ⅰ；將最終萃餘相送入溶劑汽提塔(理論板數為3～25塊，壓力為0.1～0.2Mpa，再沸器溫度為98～115℃)中進行溶劑回收Ⅱ，得到脫酚後的廢水和萃取劑Ⅱ；萃取劑Ⅰ和萃取劑Ⅱ繼續通入多級萃取裝置中與含酚廢水進行多級逆流萃取。
實施例1、煤化工含酚廢水的萃取脫酚
按照圖2所示工藝流程圖對煤化工含酚廢水進行萃取脫酚，具體步驟如下：
(1)將體積比為1：6的萃取劑(甲基異丁基甲酮)和含酚廢水(總酚5750mg/L，多元酚1820mg/L，COD含量19340mg/L，pH值為8.0)按反方向送入5臺超重力萃取機串聯的多級萃取裝置中進行多級逆流萃取(5級)，收集最終萃取相(含粗酚和萃取劑)和最終萃餘相(含少量萃取劑的廢水)；
每臺超重力萃取機包括混合室(1)和強化分離室(2)，從萃取劑進料口(3)和含酚廢水進料口(4)通入超重力萃取機的萃取劑和含酚廢水在混合室(1)(外腔和殼體之間)中轉鼓帶動的輪式攪拌槳和分散槳(無動力螺旋混合器)的作用下使萃取劑和廢水快速混合和分散，完成混合傳質，然後混合液在自吸泵的作用下進入強化分離室(2)，依靠離心所產生的超重力和兩相密度差完成兩相分離，超重力萃取機的轉速為1500轉/分鐘，停留時間為110秒；萃取溫度為65℃，萃取完畢後，萃取相從萃取相出口(5)進入下一級超重力萃取機的萃取劑進料口(3)，萃餘相從萃餘相出口(6)進入下一級超重力萃取機的含酚廢水進料口(4)進行下一級的萃取，最終分離出最終萃取相和最終萃餘相。
(2)將最終萃取相送入溶劑回收塔(理論板數為15塊，壓力為0.12～0.13Mpa，再沸器溫度為200～220℃)中進行溶劑回收Ⅰ，塔頂得到萃取劑Ⅰ，塔釜得到粗酚產品；將最終萃餘相送入溶劑汽提塔(理論板數為5塊，壓力為0.12～0.13Mpa，再沸器溫度為105～110℃)中進行溶劑回收Ⅱ，塔頂得到萃取劑Ⅱ，塔釜得到脫酚後廢水；萃取劑Ⅰ和經油水分離後萃取劑Ⅱ繼續通入多級萃取裝置中與含酚廢水進行多級逆流萃取，循環利用。
經檢測分析，脫酚後廢水總酚含量262mg/L，多元酚含量220mg/L，COD為2690mg/L，其中5臺超重力萃取機電機運行功率為10kW。
實施例2、煤化工含酚廢水的萃取脫酚
按照圖2所示工藝流程圖對煤化工含酚廢水進行萃取脫酚，具體步驟如下：
(1)將體積比為1：4的萃取劑(甲基異丁基甲酮)和含酚廢水(總酚5750mg/L，多元酚1820mg/L，COD含量19340mg/L，pH值為8.0)按反方向送入3臺超重力萃取機串聯的多級萃取裝置中進行多級逆流萃取(3級)，收集最終萃取相(含粗酚和萃取劑)和最終萃餘相(含少量萃取劑的廢水)；
每臺超重力萃取機包括混合室(1)和強化分離室(2)，從萃取劑進料口(3)和含酚廢水進料口(4)通入超重力萃取機的萃取劑和含酚廢水在混合室(1)(外腔和殼體之間)中轉鼓帶動的輪式攪拌槳和分散槳(無動力螺旋混合器)的作用下使萃取劑和廢水快速混合和分散，完成混合傳質，然後混合液在自吸泵的作用下進入強化分離室(2)，依靠離心所產生的超重力和兩相密度差完成兩相分離，超重力萃取機的轉速為1500轉/分鐘，停留時間為130秒；萃取溫度為75℃，萃取完畢後，萃取相從萃取相出口(5)進入下一級超重力萃取機的萃取劑進料口(3)，萃餘相從萃餘相出口(6)進入下一級超重力萃取機的含酚廢水進料口(4)進行下一級的萃取，最終分離出最終萃取相和最終萃餘相。
(2)將最終萃取相送入溶劑回收塔(理論板數為18塊，壓力為0.12～0.13Mpa，再沸器溫度為200～220℃)中進行溶劑回收Ⅰ，塔頂得到萃取劑Ⅰ，塔釜得到粗酚產品；將最終萃餘相送入溶劑汽提塔(理論板數為6塊，壓力為0.12～0.13Mpa，再沸器溫度為105～110℃)中進行溶劑回收Ⅱ，塔頂得到萃取劑Ⅱ，塔釜得到脫酚後廢水；萃取劑Ⅰ和經油水分離後萃取劑Ⅱ繼續通入多級萃取裝置中與含酚廢水進行多級逆流萃取，循環利用。
經檢測分析，脫酚後廢水總酚含量310mg/L，多元酚含量268mg/L，COD為2994mg/L，其中3臺超重力萃取機電機運行功率為6.6kW。
實施例3、煤化工含酚廢水的萃取脫酚
按照圖2所示工藝流程圖對煤化工含酚廢水進行萃取脫酚，具體步驟如下：
(1)將體積比為1：8的萃取劑(甲基異丁基甲酮)和含酚廢水(總酚5750mg/L，多元酚1820mg/L，COD含量19340mg/L，pH值為7.0)按反方向送入7臺超重力萃取機串聯的多級萃取裝置中進行多級逆流萃取(7級)，收集最終萃取相(含粗酚和萃取劑)和最終萃餘相(含少量萃取劑的廢水)；
每臺超重力萃取機包括混合室(1)和強化分離室(2)，從萃取劑進料口(3)和含酚廢水進料口(4)通入超重力萃取機的萃取劑和含酚廢水在混合室(1)(外腔和殼體之間)中轉鼓帶動的輪式攪拌槳和分散槳(無動力螺旋混合器)的作用下使萃取劑和廢水快速混合和分散，完成混合傳質，然後混合液在自吸泵的作用下進入強化分離室(2)，依靠離心所產生的超重力和兩相密度差完成兩相分離，超重力萃取機的轉速為1500轉/分鐘，停留時間為100秒；萃取溫度為40℃，萃取完畢後，萃取相從萃取相出口(5)進入下一級超重力萃取機的萃取劑進料口(3)，萃餘相從萃餘相出口(6)進入下一級超重力萃取機的含酚廢水進料口(4)進行下一級的萃取，最終分離出最終萃取相和最終萃餘相。
(2)將最終萃取相送入溶劑回收塔(理論板數為10塊，壓力為0.11～0.12Mpa，再沸器溫度為200～220℃)中進行溶劑回收Ⅰ，塔頂得到萃取劑Ⅰ，塔釜得到粗酚產品；將最終萃餘相送入溶劑汽提塔(理論板數為4塊，壓力為0.11～0.12Mpa，再沸器溫度為105～110℃)中進行溶劑回收Ⅱ，塔頂得到萃取劑Ⅱ，塔釜得到脫酚後廢水；萃取劑Ⅰ和經油水分離後萃取劑Ⅱ繼續通入多級萃取裝置中與含酚廢水進行多級逆流萃取，循環利用。
經檢測分析，脫酚後廢水總酚含量332mg/L，多元酚含量291mg/L，COD為3132mg/L，其中7臺超重力萃取機電機運行功率為14kW。
實施例4、煤化工含酚廢水的萃取脫酚
按照圖2所示工藝流程圖對煤化工含酚廢水進行萃取脫酚，具體步驟如下：
(1)將體積比為1：5的萃取劑(甲基異丁基甲酮)和含酚廢水(總酚5750mg/L，多元酚1820mg/L，COD含量19340mg/L，pH值為6.0)按反方向送入5臺超重力萃取機串聯的多級萃取裝置中進行多級逆流萃取(5級)，收集最終萃取相(含粗酚和萃取劑)和最終萃餘相(含少量萃取劑的廢水)；
每臺超重力萃取機包括混合室(1)和強化分離室(2)，從萃取劑進料口(3)和含酚廢水進料口(4)通入超重力萃取機的萃取劑和含酚廢水在混合室(1)(外腔和殼體之間)中轉鼓帶動的輪式攪拌槳和分散槳(無動力螺旋混合器)的作用下使萃取劑和廢水快速混合和分散，完成混合傳質，然後混合液在自吸泵的作用下進入強化分離室(2)，依靠離心所產生的超重力和兩相密度差完成兩相分離，超重力萃取機的轉速為1500轉/分鐘，停留時間為110秒；萃取溫度為40℃，萃取完畢後，萃取相從萃取相出口(5)進入下一級超重力萃取機的萃取劑進料口(3)，萃餘相從萃餘相出口(6)進入下一級超重力萃取機的含酚廢水進料口(4)進行下一級的萃取，最終分離出最終萃取相和最終萃餘相。
(2)將最終萃取相送入溶劑回收塔(理論板數為18塊，壓力為0.12～0.13Mpa，再沸器溫度為200～220℃)中進行溶劑回收Ⅰ，塔頂得到萃取劑Ⅰ，塔釜得到粗酚產品；將最終萃餘相送入溶劑汽提塔(理論板數為6塊，壓力為0.12～0.13Mpa，再沸器溫度為105～110℃)中進行溶劑回收Ⅱ，塔頂得到萃取劑Ⅱ，塔釜得到脫酚後廢水；萃取劑Ⅰ和經油水分離後萃取劑Ⅱ繼續通入多級萃取裝置中與含酚廢水進行逆流多級萃取，循環利用。
經檢測分析，脫酚後廢水總酚含量88mg/L，多元酚含量83mg/L，COD為2136mg/L，其中5臺超重力萃取機電機運行功率為10kW。
對比例、煤化工含酚廢水的萃取脫酚
按照如下步驟對煤化工含酚廢水進行萃取脫酚：
(1)將體積比為1：6的萃取劑(甲基異丁基甲酮)和含酚廢水(總酚5750mg/L，多元酚1820mg/L，COD含量19340mg/L，pH值為8.0)按反方向送入5臺離心機(轉速為1500轉/分鐘)串聯的多級萃取裝置中進行多級萃取，收集最終萃取相(含粗酚和萃取劑)和最終萃餘相(含少量萃取劑的廢水)；
(2)將最終萃取相送入溶劑回收塔(理論板數為15塊，壓力為0.12～0.13Mpa，再沸器溫度為180～220℃)中進行溶劑回收Ⅰ，塔頂得到萃取劑Ⅰ，塔釜得到粗酚產品；將最終萃餘相送入溶劑汽提塔(理論板數為5塊，壓力為0.12～0.13Mpa，再沸器溫度為105～110℃)中進行溶劑回收Ⅱ，塔頂得到萃取劑Ⅱ，塔釜得到脫酚後廢水；萃取劑Ⅰ和經油水分離後萃取劑Ⅱ繼續通入多級萃取裝置中與含酚廢水進行逆流多級萃取，循環利用。
經檢測分析，脫酚後廢水總酚含量276mg/L，多元酚含量232mg/L，COD為2760mg/L，其中5臺離心機電機運行功率為65kW。