（化学工程专业论文）微乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的研究.pdf

7 ，、1 青岛科技大学研究生学位论文 微乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的研究 摘要 随着人们环保意识的加强，环境保护已成为全社会共同关心的重大问题。含 高浓度醋酸废水的治理是化工、制药等生产过程中普遍存在的环境治理难题，本 研究针对含高浓度醋酸废水的特点，在综述国内外相关研究的基础上，探索了微 乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的工艺过程。 本研究针对含高浓度醋酸废水的特点，通过实验探索了处理该废水所需的微 乳液体系配方。实验筛选了合适的微乳液膜组分：表面活性剂为a e o 5 和a e o 7 按质量比为1 ：1 复配，助表面活性剂为异戊醇，膜溶剂为航空煤油。本研究最终选 择的微乳液体系配方为：航空煤油：表面活性剂：助表面活性剂：3 m o l l n a o h 水溶液= 3 8 9 ：2 3 3 ：1 5 6 ：2 2 2 ( w w ) 。 对微乳液膜体系热力学行为加以研究，进一步验证了所确定微乳液膜配方的 合理性和微乳液膜的稳定性。通过测定各微乳液表面张力，比较了不同表面活性 剂、助表面活性剂、膜溶剂和内水相n a o h 浓度对微乳液膜相表面性质的影响， 验证了本研究所得微乳液配方的合理性。通过实验和计算得到微乳液的体系标准 g i b b s 自由能、焓和熵，理论分析了微乳液膜的稳定性。 利用所制备的微乳液膜体系对含醋酸废水的处理进行实验研究，分析了w o 型微乳液膜体系提取醋酸的传质机理，以及各影响因素对废水c o d c r 去除率的影 响。得到该工艺的适宜操作条件为：r e w = l ：6 、内水相中n a o h 浓度为3 m o l l 、 接触时间为1 0 m i n 、搅拌速度为2 0 0 r m i n 。在此条件下，废水的c o d e r 去除率可 达9 9 5 以上。 研究了实验所确定微乳体系提取醋酸的界面传质动力学。通过实验确定表观 动力学方程中的各项常数，得到了改微乳体系提取醋酸的表观动力学方程： j = 0 5 1 5 8 x c 州1 田3 4 c n a 0 h o 4 7 2 x 1 0 弓( m o l - o 5 0 6 l 1 j 0 6 s e c 1 锄之) 。通过表观动力学方程 理论计算值与实验测定值的比较，验证了所建立表观动力学方程的合理性；通过 推导和计算得出了该微乳体系的阿伦尼乌斯活化能活化能e o = 6 1 7 6 i c l m o l ，并根 据其大小确定该提取反应属于扩散控制。 关键词：微乳液膜，醋酸，热力学，传质动力学，c o d e r 青岛科技大学研究生学位论文 t r e a t m e n to fh l g ha c e t i ca c i d c o n t a l n i n gw a s t e 、垆汀e rw i t h m i c r o e m u l s l o nl i q u l dm e m b r a n e a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gi m p r o v e m e n to fe n v i r o n m e n tc o n s c i o u s n e s s e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o nh a sa l r e a d yb e e nc o n c e r n e dt ob eag r e a tp r o b l e mb yt h ew h o l es o c i e t y t h e t r e a t m e n to ft h eh i g ha c e t i ca c i dc o n t a i n i n gw a s t e w a t e ri sad i 伍c u l tp r o b l e mi n e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nf o rt h ec h e m i c a la n dp h a r m a c e u t i c a li n d u s t r y i nt h i sp a p t h ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo ft h eh i g ha c e t i ca c i dc o n t a i n i n gw a s t e w a t e rg e n e r a t e di n t h ep r o d u c t i o np r o c e s so fp h a r m a c yh a sb e e ns t u d i e d b ya n a l y z i n gt h er e l e v a n t l i t e r a t u r e sa n dc o m p a r i n gt h ev a r i o u sp r o c e s s i n gm e t h o d s m i e r o e m u l s i o nl i q u i d m e m b r a n et e c h n o l o g yw a se x p l o r e dt ot r e a tt h i sw a s t e w a t e r m i c o r e m u l s i o nl i q u i dm e m b r a n es y s t e mw h i c hi sa p p l i e dt ot r e a tt h e a c e t i ca c i d c o n t a i n i n gw a s t e w a t e rh a sb e e np r e p a r e d s u i t a b l ec o m p o n e n t so f m i c o r e m u l s i o nl i q u i d m e m b r a n es y s t e mw e r es e l e c t e d b ye x p e r i m e n t s ，t h er e s u l t s a r ea sf o l l o w s ：t h e s u r f a c t a n ti sa e o 5a n da e o 7r e m i x e db yt h em a s sr a t i o1 ：1 t h ec o s u r f a c t a n ti s i s o p e n t a n o la n dt h em e m b r a n es o l v e n ti s a v i a t i o nk e r o s e n e t h e nt h ef o r m u l ao f m i c r o e m u l s i o nl i q u i dm e m b r a n ew h i c hi su s e dt ot r e a tt h ea c e t i ca c i dc o n t a i n i n g w a s t e w a t e rw a so b a i n e da sf o l l o w s ：t h em e m b r a n es o l v e n t ：s u r f a c t a n t ：c o s u r f a c t a n t ： i n n e rw a t e rp h a s ei s3 8 9 ：2 3 3 ：1 5 6 ：2 2 2 ( w w ) t h er e a s o n a b i l i t yo ft h em i c r o e m u l s i o nl i q u i dm e m b r a n ef o r m u l aw a sv e r i f i e db yt h e s t u d yo ft h e r m o d y n a m i cb e h a v i o r t h ei n t e r f a c i a lt e n s i o no fe a c hm i c r o e m u l s i o nl i q u i d m e m b r a n ew a si n v e s t i g a t e dt oc o m p a r et h ee f f e c to fd i f f e r e n ts u r f a c t a n t ，c o s u r f a c t a n t ， m e m b r a n es o l v e n ta n di n n e rw a t e rp h a s eo nt h ei n t e r f a c i a lp r o p e r t yo f m i c r o e m u l s i o nl i q u i d m e m b r a n e t h er e s u l t sf u r t h e rv e r i f i e dt h er a t i o n a l i t yo ft h em i c r o e m u l s i o nf o r m u l a t h e 一g k i ，- a h k ia n da s k i w e r ea l s oo b t a i n e db ye x p e r i m e n ta n dc a l c u l a t i o n ，a n d t h es t a b i l i t yo ft h em i c r o e m u l s i o nl i q u i dm e m b r a n ep r e p a r e di nt h i ss t u d yw a sf u r t h e r a n a l y z e db yt h e s er e s u l t s t h em a s st r a n s f e rm e c h a n i s ma n dt h eo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d b yd o i n ge x p e r i m e n t sw h i c hi s t ot r e a ta c e t i ca c i dc o n t a i n i n gw a s t e w a t e rb y m i c r o e m u l s i o nl i q u i dm e m b r a n eg o t t e na b o v e t h ea f f e c t i n gf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h e r e m o v a lo fc o d c rh a v eb e e ns t u d i e da n dt h eo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n sw e r e o b t a i n e da sf o l l o w s ：t h er e wi s1 ：6 t h ec o n c e n t r a t i o no fn a o hi ni n t e rw a t e rp h a s ei s 3 m o l l , t h ec o n t a c tt i m ei s10 m i n ，t h es t i r r i n gs p e e di s2 0 0 r m i n u n d e rc e r t a i n e x p e r i m e n tc o n d i t i o n ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d c r i sm o r et h a n9 9 5 t h em a s st r a n s f e rd y n a m i c so fe x t r a c t i n ga c e t i ca c i df r o ma c e t i ca c i dc o n t a i n i n g w a s t e w a t e rw a ss t u d i e d t h et r a n s ；f e rr a t ee q u a t i o nw a so b t a i n e da n dv e r i f i e di nt h i s r e s e a r c h a n da l s ot h es p e e dc o n t r o lt y p eo ft r e a t i n gt h ea c e t i ca c i dc o n t a i n i n g w a s t e w a t e rw a sd e t e r m i n e d t h ec o n s t a n t sw e r eg o t t e nb yd o i n ge x p e r i m e n t sa n dt h e t r a n s f e rr a t ee q u a t i o nw a st h e no b t a i n e da sf o l l o 疵：j = o 箩l5 8 1 0 3 4 c n a o h 0 4 7 2 xlo 一 c o m p a r e dw i t ht h er e s u l t sg o t t e nf r o me x p e r i m e n t a n dc a l c u l a t i o n t h e yw e r e a p p r o x i m a t e l ya c c o r d a n t t h er e a c t i o n a c t i v a t i o ne n e r g yw a sa l s oa b a i n e da s 微乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的研究 e o = 6 17 6 k j m o lb yd o i n ge x p e r i m e n t s ， a c e t i ca c i d c o n t a i n i n gw a s t e w a t e rw a s r e s u l t a n dt h es p e e dc o n t r o l t y p eo ft r e a t i n gt h e d e t e r m i n e da sd i f f u s i o n c o n t r o l l e d b yt h i s k e yw o r d s ：m i c r o e m u l s i o nl i q u i dm e m b r a n e ；a c e t i c a c i d ；t h e r m o d y n a m i c s ； t r a n s f e rd y n a m i c s ；c o d e r i i 青岛科技大学研究生学位论文 目录 前言1 。日l j 舌 第一章文献综述3 l 课题背景3 1 1 目的和意义3 1 2 课题来源。3 2 国内外研究现状3 2 1 溶剂萃取法3 2 2 湿式氧化法4 2 - 3 焚烧法5 2 4 生物处理法6 2 5 活性炭吸附法6 2 6 乳状液膜法7 3 微乳液膜技术9 3 1 液膜分离技术基本概况9 3 2 微乳液膜法。l o 3 2 1 微乳液概况1 0 3 2 2 微乳形成的机理1 0 3 2 3 微乳液的组成1 1 3 2 4 微乳液的分类和结构1 2 3 2 5 微乳的制备1 3 3 2 6 微乳性质的测定1 4 3 2 7 微乳液在环境治理中的应用1 4 4 本论文拟研究的主要内容1 6 第二章微乳液膜的制备1 7 l 实验部分17 1 1 主要实验试剂及仪器1 7 1 1 1 主要试剂1 7 1 1 2 主要仪器17 1 2 微乳液体系组分和外部因素的筛选1 7 微乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的研究 1 2 1 表面活性剂的筛选1 7 1 2 2 助表面活性剂的筛选1 8 1 2 3 膜溶剂的筛选1 9 1 2 4 内水相n a o h 浓度的筛选k 19 1 2 5 温度的筛选实验1 9 1 3 微乳液体系配方的确定1 9 2 结果与讨论2 0 2 1 微乳液体系组分筛选2 0 2 1 1 表面活性剂的筛选2 0 2 1 2 助表面活性剂的筛选2 1 2 1 3 膜溶剂的筛选2 5 2 2 内水相n a o h 浓度的筛选2 6 2 3 温度的筛选。2 7 2 4 微乳液体系配方的确定2 8 2 5 微乳液膜的表征2 9 3 本章小结2 9 第三章微乳液体系的热力学研究31 3 1 微乳液膜表面张力的测定研究31 1 实验部分3l 1 1 实验方法31 1 2 主要试剂及仪器31 1 2 1 主要试剂3l 1 2 2 主要仪器3l 1 3 各微乳液膜表面张力的测定3 1 2 结果与讨论3 2 2 1 表面活性剂种类对微乳体系表面张力的影响3 2 2 2 助表面活性剂种类对微乳体系表面张力的影响。3 3 2 3 不同膜溶剂对微乳体系表面张力的影响3 3 2 4 不同内相碱度种类对微乳体系表面张力的影响3 4 3 小结。3 4 3 2 微乳液体系热力学性质的研究3 5 i i 青岛科技大学研究生学位论文 1 实验部分3 5 1 1 主要实验试剂及仪器3 5 1 1 1 主要试剂3 5 1 1 2 主要仪器3 5 1 2 实验原理3 5 1 3g i b b s 自由能研究的实验方法3 6 2 结果与讨论3 7 2 1 各微乳体系g i b b s 自由能g i 的求算及分析3 7 2 2 各微乳体系h i 和a s a o - - ，i 求算及分析4 1 3 j 、结。4 2 第四章微乳液膜法处理废水实验4 3 l 实验部分4 3 1 1 主要实验试剂及仪器4 3 1 1 1 主要试剂4 3 1 1 2 主要仪器4 3 1 2w o 型微乳液膜体系提取醋酸的传质机理4 3 1 3 实验步骤4 4 1 4 实验方法4 5 1 5 微乳液膜体系的基本条件4 6 1 6 微乳液膜法处理废水工艺流程4 7 2 结果与讨论4 8 2 1 微乳液膜破损率影响因素的研究4 8 2 1 1 接触时间对液膜破损率的影响4 8 2 1 2 搅拌速度对液膜破损率的影响4 9 2 2c o d c r 去除率影响因素的研究4 9 2 2 1 乳水比对c o d e r 去除率的影响4 9 2 2 2 内水相n a o h 浓度对c o d e r 去除率的影响5 0 2 2 3 接触时间对废水c o d e r 的影响5 1 2 2 4 搅拌速度对醋酸提取率的影响。5 2 2 3 最优操作条件的优化5 3 3 本章小结5 5 第五章微乳液膜传质动力学研究5 7 l i l 微乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的研究 l 实验部分5 7 1 1 实验原理。5 7 1 2 醋酸溶液的配制。5 7 1 3 动力学研究的基本实验条件6 0 2 表观动力学方程的推导6 0 2 1 外水相中醋酸浓度项的反应级数的测定6 0 2 2 内水相n a o h 浓度项的反应级数的测定6 3 2 3 提取反应速度常数k 值的测定6 5 2 4 表观动力学方程的验证6 5 2 4 1 实验条件6 5 2 4 2 表观动力学方程的实验验证6 6 2 5 提取反应速控类型的确定6 6 3 本章小结6 8 结论6 9 参考文献7 l 附录7 5 致谢。7 9 攻读学位期间发表的学术论文目录8 1 独创声明8 3 青岛科技大学研究生学位论文 符号说明 化学耗氧量，m g l 脂肪醇聚氧乙烯醚 外水相醋酸浓度( m o l l ) 夕 、相液的体积( m 1 ) 。 恒界面的面积( t i l l 2 ) 体系的标准g i b b s 自由o 皂( k j m 0 1 ) 体系的标准熵( j m o l k ) 体系的标准焓( k j m 0 1 ) 液膜破损率 提取反应速率常数 外水相中醋酸浓度项的反应级数 内水相n a o h 浓度项的反应级数 提取反应速率 阿伦尼乌斯活化能( k j m 0 1 ) 岛v a磷此矾6 k a p j e ；，：1一j1j1 ，雌til j1、j11 青岛科技大学研究生学位论文 刖吾 改革开放3 0 年来，我国国民经济取得了迅猛的发展，但同时也带来了资源 的过度消费和环境的严重污染等社会问题。为此党中央提出了科学发展观，保护 环境，节约资源成为了全社会共同的责任，建设社会主义循环经济，创建资源节 约型、环境友好型经济是今后工业生产的发展方向。 含高浓度醋酸有机废水的治理是化工、造纸、制药等生产过程中普遍存在的 难题。其共同的特点是：c o d e r 值高，p h 较低，并伴有强烈刺激性气味，难生 物降解，处理难度大。人们一直在致力于开发高效、经济、合理的处理方法，涌 现了诸如溶剂萃取法、湿式氧化法、焚烧法、生物法、吸附法和乳状液膜法等众 多处理方法。本文对处理含高浓度醋酸废水的方法开展了研究，比较了处理含醋 酸有机废水常用的方法，在综述国内外已发表研究的基础上，提出了微乳液膜分 离的方法处理含高浓度醋酸废水的思路。 微乳液膜分离技术是一种新型的膜分离过程，它综合了固体膜分离法和溶剂 萃取法的优点，通过两液相间形成的界面一液相膜，将两种组成不同但又互相混 溶的溶液隔开，再经选择性渗透，把需要提取的物质分离提纯。本研究采用微乳 液膜法将废水中醋酸浓集于被微乳液膜包裹的内水相n a o h 溶液中，用油相将其 与废水隔开，这样就既可去除醋酸，又可得到有用的醋酸钠，实现醋酸的资源化 利用，因此此方法在技术上和经济上比其它方法更具有优越性。 本文共分为六个部分，即文献综述、微乳液膜的制备、微乳液体系的热力学 研究、微乳液膜法处理废水实验、微乳液膜传质动力学研究和结论。其中文献综 述介绍了课题研究的背景，各处理方法的研究讨论，微乳液膜分离技术的概念、 原理并提出工艺流程；微乳液的制备部分主要对处理含醋酸废水的微乳液膜的配 方进行探索，寻求处理含高浓度醋酸废水所用微乳液膜的最佳配方；微乳液体系 的热力学研究针对实验所确定的微乳液膜配方，通过对各种微乳液表面张力的测 定，进一步深入研究影响该微乳体系的性质和稳定性的因素，对微乳液膜的表面 膜强度和稳定性进行深入研究；在微乳液膜法处理废水实验部分，对一股来自某 制药厂的含醋酸废水的处理进行实验研究，分析w o 型微乳液膜体系提取醋酸的 传质机理，研究了液膜破损率、废水c o d e r 去除率与各工艺条件的影响关系，确 定处理该废水的最优的操作条件；对微乳液膜法提取醋酸的传质动力学进行研 究，通过实验建立了微乳液膜法提取醋酸的表观动力学方程，并对此方程进行了 实验验证，最后通过对实验数据的推导计算得到该微乳体系的反应活化能，并根 据其大小确定微乳液膜提取醋酸时的速度控制类型。 青岛科技大学研究生学位论文 1 课题背景 1 1 1 目的和意义 第一章文献综述 近年来，随着我国国民经济的飞速发展，人们赖以生存的生态环境正经受着 严峻的考验。一方面，资源的无节制开采，有效利用率低，造成了资源的大量浪 费；另一方面，废水、废气、废渣工业“三废”的大量排放，给生态环境造成了严 重的破坏，危害着人们的正常生活。为此，党中央及时提出了全面贯彻和落实科 学发展观的重要思想，将资源节约和环境保护工作提高到了关乎建设社会主义和 谐社会的高度。爱护环境、保护环境、节约资源成为全社会的共同责任。建设社 会主义循环经济，保持人与自然的和谐发展，节约有限的自然资源，创建资源节 约型、环境友好型社会是我们今后经济建设的发展方向，也是环境保护技术发展 的方向。 含高浓度醋酸废水一直是环境治理领域中面临的难题，国内外有许多学者和 机构曾经或正在对此课题开展研究，亟待开发工业化的高效、经济、合理的处理 方法。 1 2 课题来源 本课题处理对象为某医药中间体生产过程中产生的含醋酸废水。其中含醋酸 约为5 5 2 l ，废水c o d e r 为6 1 8 0 m g l ，其p h 值为2 2 3 ，年排放量约为5 万吨。 对于含高浓度醋酸废水处理方法的研究很多，但至今在工业上还未见处理成本 低、处理效果好的治理技术。由于该医药中间体生产过程中产生的含醋酸废水排 放量较大，目前处理成本较高，因此急需找到一种经济有效的治理该含醋酸废水 的技术。 2 国内外研究现状 对于含醋酸废水的处理、回收和综合利用的研究一直是环境保护的热点研究 课题之一，常见的处理含醋酸废水的方法主要有溶剂萃取法、湿式氧化法、焚烧 法、生物法、吸附法、乳状液膜法等。 2 1 溶剂萃取法 溶剂萃取法是利用溶质在两种互不相溶的液相间分配性质的差异实现液液 3 微乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的研究 间传质的一种方法，为了去除废水中的某种溶解物质，可将一种与水互不相溶， 但能良好溶解污染物的溶剂投入废水中，使其与废水充分接触【lj 。由于溶质在两 种互不相溶的液相间的溶解度不同，大部分污染物便会转移到溶剂相。萃取法的 主要优点是可作为一种循环技术来应用，将有用的溶剂回收后再重复用于工业生 产过程中【2 1 。萃取技术成熟，设备种类较齐全，可用于处理不同种类的废水。 邱廷省等f 3 】以t b p + 煤油为萃取剂对低浓度含醋酸废水进行络合萃取研究，研 究了时间、相比、t b p 与煤油的体积比等因素对络合萃取的影响。采用逆流萃取 法对含醋酸废水进行萃取和反萃工艺研究，用反萃后的萃取剂与新鲜萃取剂对同 一溶液做对比试验，醋酸的萃取率分别为5 1 0 8 和5 1 9 1 。张晓辉等【4 】使用自 制络合萃取剂，采用萃取设备为脉冲填料塔，采用络合萃取的方法回收糠醛废水 中的醋酸，考察了各萃取效率的影响因素，萃取效率可达到9 7 - - 9 9 0 a ，测定了 该物系的液液平衡数据，利用减压精馏蒸出和共沸精馏脱水来精制醋酸。陈魁等 i s 采用络合萃取法回收对苯二甲酸溶剂脱水塔塔顶含醋酸废水，研究了各因素对 络合萃取法萃取废水中醋酸的影响，并探讨了填料塔络合萃取醋酸工艺过程和萃 取剂再生过程。研究表明，在络合萃取平衡实验中，随着醋酸初始浓度、水油相 比、p h 值和温度的增加，分配系数均随之下降。 选择合适的萃取剂是萃取法的关键，它不仅影响废水的处理效果，也影响萃 取混合物的分离和萃取过程的经济性。但对于本研究的含醋酸废水，很难找到高 选择性、分离效果好、易于再生、回收的萃取剂，故此法不宣被采用。 2 2 湿式氧化法 湿式氧化法是在液态和高温下，利用氧和空气或其他氧化剂将废水中的有机 物氧化成二氧化碳和水，从而达到去除污染物的目的【6 7 1 温度是湿式氧化过程 的主要影响因素，压力的作用主要是保证混合物在反应过程中呈液相。在高温高 压下，氧的溶解度、传质系数增大，水的粘度、表面张力变小。故高温高压有利 于氧化反应的进行。由于该法氧化速度快、处理效率高，因此2 0 世纪7 0 年代以 后湿式氧化技术得到很快的发展，并已实现了工业化。 康春莉等【8 】采用u v 0 3 法对糠醛废水中的乙酸进行光氧化降解处理，对浓度 为0 0 0 8 m o l l 的乙酸溶液，在温度为3 5 左右、0 3 含量为0 1 m l 、p h 值为2 2 的条件下降解3 0 0 m i n ，乙酸溶液中的乙酸降解率可达8 6 。日本 r e i j i n 责任有 限公司采用了一种可从化工厂废水中回收高纯度的醋酸【9 】新方法。通过此方法处 理含醋酸质量分数3 的废水，可回收纯度高达9 9 8 的醋酸。醋酸质量分数为 3 的废水先进入一液相反应器，在1 9 0 - - 2 3 0 c 及有一种专利催化剂存在的条件下 进行处理，醋酸以外的其他有机物被有选择性地氧化分解为低分子量物质、水和 4 青岛科技大学研究生学位论文 二氧化碳。然后采用一种至今保密的方法将醋酸萃取出来，再通过精馏将其提纯。 此废水处理系统不仅回收了废水中的醋酸，并将出水的c o d e r 降低1 0 m g l 左右， 废水处理费用减少7 5 左右。隋海清等【lo 】通过采用u v h 2 0 2 法对含乙酸水溶液 进行处理研究，在温度为3 5 左右、曝空气量为0 8 l m i n 的条件下，对浓度为 8 m o l l 的乙酸溶液进行了光降解反应实验。实验结果表明，h 2 0 2 浓度为 0 0 1 5 m o l l 、p h 值为3 4 的条件下，在2 4 0 m i n 内乙酸和c o d e r 的去除率可分别 达到9 8 和9 7 。 研究表明，不含非卤代基团的卤代芳香族化合物氧化困难，所以湿式氧化法 能够处理的污染物类型受到一定的限制。并且由于此法是在高温高压下进行的， 工程实践中，生产运行管理必须制定完善的工艺操作规程和安全规程，进行严格 的监控，这样会比麻烦，且该方法处理废水量大的废水处理成本较高，不适合用 于处理该股含醋酸废水的处理。 2 3 焚烧法 焚烧法是在高温下利用空气深度氧化处理有机废水的方法，是高温深度氧化 法处理有机废水最容易实现工业化的方澍1 1 _ 2 1 。 无烟焚烧装置应用较为广泛，高浓度有机废水经过滤器过滤后用泵输送到废 液焚烧室，同时油贮槽内的轻柴油或溶剂通过管路输送到燃烧器。由自动点火系 统使炉内温度缓慢升高，当控制柜上的炉温到一定值时，开启废液雾化系统和压 缩空气输送系统，将废液呈雾状喷入炉本体内燃烧。空气通过一个沿着焚烧炉的 主管成切线方向引入炉体，注入的空气产生一个火焰柱体，盘旋着从炉体中排出。 旋转的废液与高温燃烧气体激剧搅动，迅速发生氧化反应，使火焰涡流得以充分 燃烧。产生的烟气进入热交换器与空气换热，换热后的空气供废液燃烧室回收使 用，减少燃料使用量，然后废气进入水冷式集尘器、喷淋吸收装置、雾水分离器， 最后经排风机将处理后达标的气体引进烟囱排入大气层，燃烧室燃烧产生的灰渣 经过人工筛分后转移填埋。 北京市机电研究院研发的有机废液焚烧设备较为先进。该院研发的有机废液 焚烧成套系统采用了该院特有的废液雾化技术和适合于焚烧废液的耐高温、耐腐 蚀、耐磨损、耐水化性的特种耐火材料，配置了干式和湿式处理结合的高效节能 的尾气处理系统，并采用全自动控制技术对焚烧处理过程的重要参数实现监测及 控制，自动化程度高。该系统工艺设计合理，废液焚烧彻底，设备运行安全可 靠，广泛应用于有毒有害废液及高浓度有机废水处理，每天处理量可高达5 0 吨， 经济效益十分显著。 从目前情况看，国内废水焚烧处理成本高于国外，较易实现工业化的焚烧技 5 微乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的研究 术普遍应用还有相当难度，处理成本还很高，且受到料液本身性质的影响较大， 所以开发自己的焚烧炉，寻求廉价的燃料，是需要解决的首要问题。 2 4 生物处理法 生物处理法是利用微生物的生命活动来去除废水中有机污染物质的一种方 法，是当前世界上有机废水处理的主要途径之一【i3 1 。根据参与降解的微生物的种 类不同，生物处理法又分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。好氧生物处理法 根据微生物在水中所处的状态不同，又可分为活性污泥法和生物膜法。 好氧生物处理过程中，废水中的溶解性有机物通过细菌的细胞壁吸收，固体 和胶体的有机物在细菌体外通过细菌分解酶分解为溶解性物质再进入细菌内分 解，同时细菌不断生长。活性污泥法是利用悬浮在废水中的微生物群体，即活性 污泥对废水中有机物和某些无机物产生吸附、氧化分解而净化废水；生物膜法是 将废水通过好氧微生物和原生动物，后生动物等在载体填料上生长繁殖形成生物 膜，吸附和降解有机物，达到净化废水的方法。厌氧分解主要经历酸性发酵和碱 性发酵阶段。酸性发酵阶段将复杂的高分子有机化合物在产酸细菌的作用下降解 成低分子的中间产物，并放出能量。碱性发酵阶段，p h 值继续上升，产生甲烷、 二氧化碳、氨等气体。 周岗等【1 4 】采用a b 工艺处理含醋酸化工废水，实践证明，此新工艺与传统方 法相比，有效率高、投资省、费用低、效果好、过程稳定、操作简单且不造成二 次污染等优点，因而得到迅速发展。周岗等利用自行设计的a b 型生物反应器处 理含醋酸废水，考察了反应器对污染物的去除效果及反应器中醋酸对微生物的影 响。试验结果表明：该反应器出水c o d e r 稳定，c o d e r 去除率达9 8 5 ，但反 应器中醋酸累积到p h 6 5 时，会影响微生物的活性。 由于生物法处理废水主要是通过微生物的新陈代谢来完成的。因此，要给微 生物的生长和繁殖创造适宜的环境和条件【1 5 1 。进行生物处理对废水的水质有一定 的要求，主要考虑以下几个方面：污染物浓度、有毒物质、溶解氧、营养物、p h 、 温度等。本研究的废水中主要成分是醋酸，而对于微生物来说醋酸是有毒物质， 且微生物要求p h 在6 9 之间，而此废水的p h 小于3 ，且运行过程较为复杂，故 该股废水不适宜采用生物法进行处理。 2 5 活性炭吸附法 吸附是指气体或液体流动相与多孔的颗粒相接触，使流动相中的一种或多种 组分选择地分离或保留于颗粒相的过程。应用吸附法处理废水，就是利用多孔性 固体吸附剂的表面吸附废水中的一种或多种污染物，以达到废水净化的过程。树 脂吸附法交换柱操作条件及要求较高，且树脂较昂贵，经济效益很有限，回收 6 青岛科技大学研究生学位论文 产品的价值一般与处理装置的费用相当，所以本研究主要对活性炭吸附法进行了 考察。 活性炭作为有机污染水深度处理的重要手段，已经得到了越来越广泛的应 用。研究表明，活性炭去除水中农药、杀虫剂等微量有机物污染物方面是其他水 处理单元难以取代的，对臭味的控制以及获得生物稳定的饮用水等方面也有重要 的作用。粉末活性炭吸附用于水的除色、除臭、除味，它与粒状活性炭相比，主 要优点是设备投资省、价格便宜、吸附速度快、对短期及突发性水质污染适应能 力强。g c m s 澳i 试结果表明，粉末活性炭对去除人体健康危害很大的多环芳烃类 物质效果明显，常规处理仅能去除8 ，而粉末活性炭可去除7 2 ，对于毒性很 强的苯并芘，粉末活性炭去除率可达6 5 。 侯宝军等【l7 j 选用y k - 1 5 椰壳炭为吸附剂对浓度为3 的醋酸废水进行处理， 采用吸附和分步热再生法从废水中分离醋酸，达到了废水处理和醋酸回收的双重 目的。系统地考察了动态吸附和分步热再生的工艺条件，结果表明，在温度为 3 0 。c ，废水流速为7 3 x1 0 。5 m s 的适宜条件下，y k o l 5 椰壳炭对醋酸的动态吸附容 量为1 6 1 0 m g g ，穿透点处废水的处理能力为4 7 9 ( 废水) g ( 活性炭) 。对吸附 剂进行分步热再生的适宜条件是，第一步控制温度为1 1 0 - 1 3 0 ，脱除吸附柱内 3 5 4 0 的残余水，以浓缩醋酸。第二步继续升温至3 2 0 ，脱附并回收醋酸， 醋酸的脱附率可达9 6 以上，收率为8 7 ，回收醋酸的浓度为3 0 左右。吸附 脱附的循环实验表明，活性炭的吸附和脱附性能较为稳定。 活性炭吸附很早就用于废水处理，净化效果明型1 8 】，但由于其价格居高不下， 再生又比较困难，严重制约了活性炭在废水处理中的广泛应用。而且处理后的柱 子很难得到清理，柱子也有识别性，易产生材料浪费。因此，故该股废水采用活 性炭吸附法不太合适。 2 6 乳状液膜法 乳状液膜法是一种快速、高效和节能的新型分离方法，目前，该方法在湿法 冶金、环境保护、石油化工等领域中有较为广泛的应用。乳状液膜的制乳、提取、 分离过程如图1 - 1 所示： 7 微乳液膜法处理含高浓度醋酸废水的研究 麓 替 酗 矿帑 - 图1 - 1 乳状液膜制备萃取图 f i g 1 1s c h e m eo f e m u l s i o nl i q u i dm e m b r a n ep r e p a r a t i o na n de x t r a c t i o n 乳状液膜结构如图1 - 2 所示： 油相 内水相 图l - 2 乳状液膜图 f i g 1 - 2s c h e m eo fe m u l s i o nl i q u i dm e m b r