CN105152264A - 一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属含酚废水处理的技术领域，为解决传统吸附法处理含酚废水的吸附装置因传质阻力较大而导致的吸附速率较慢，床层阻力较大，床层利用率较低，不易脱附等问题，提供一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法及装置。含酚废水循环通入超重力旋转填料床与填料接触进行吸附传质，完成吸附后超重力旋转填料床转动，甩出残存的废水，完成吸附的废水进入储液槽；NaOH溶液循环通入超重力旋转填料床中与填料接触，将苯酚带出完成脱附过程。流程简单，装置占地面积小、成本低且操作简便，解决了传统吸附设备因传质阻力较大而导致的吸附速率较慢，床层阻力较大，不易脱附等问题，可应用于处理各种含酚类工业有机废水如染料废水、农药废水等。

Description

一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法及装置

技术领域

本发明属于含酚废水处理的技术领域，具体涉及一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法及装置。

背景技术

超重力旋转填料床（RotatingPackedBed，RPB）是20世纪80年代开发的一种强化传质过程的新型传质设备，它依靠旋转产生的超重力和剪切力使液体在多孔填料中高度分散，大大提高了气液两相间的接触面积、湍动程度以及两相间的相对运动速度，使相界面迅速更新，从而极大强化了相间的传质，其在降低设备能耗、减小设备体积、提高产率等方面有着其他传质分离设备无可比拟的优点。目前，超重力技术已广泛应用于吸收、精馏和分离等化工过程，显示出其可强化气—液传质过程的优势，在化工环保领域做出了杰出的贡献，有着广阔的工业应用前景。

酚类化合物是一类重要的有机化工原料，广泛应用于石油化工、炼油等工业领域，这种废水的毒性非常强，而且来源广、水量大，含酚工业废水的排放给环境造成严重的污染，因此对该类废水的治理非常重要。而对于高浓度的含酚废水，首先要考虑对酚的回收。目前含酚废水的处理方法主要有吸附法、溶剂萃取法、氧化法、膜分离技术和生物法等，有研究者将超重力技术用于电Fenton法处理含酚废水领域（CN103145277B），利用其能强化传质的优点，提高了处理效率，但仍存在一些不足，如操作复杂、电极腐蚀、成本较高、Fenton试剂难降解、不易回收利用酚等。而吸附法因工艺比较成熟、操作简单、成本低、且处理物质易回收，被国内外采用作为处理含酚废水的主要方法，但传统的吸附设备存在吸附速率较慢，床层阻力较大，不易脱附等问题，因而将超重力技术应用于吸附法是一个新型研究方向。

针对目前吸附设备存在的不足，近年来，有一些学者采用RPB作吸附设备（LinChia-Chang,LiuHwai-Shen.Adsorptioninacentrifugalfield:basicdyeadsorptionbyactivatedcarbon.Ind.Eng.Chem.Res.,2000,39(1):161-167;LinChia-Chang,LiuHwai-Shen.Dyeadsorptionbyactivatedcarboninthecentrifugalfield.BioseparationEngineering,2000:25-28;LinChia-Chang,ChenYu-Shao,LiuHwai-Shen.Adsorptionofdodecanefromwaterinarotatingpackedbed.J.Chin.Inst.Engrs.,2004,35(5):531-538;ChangChiung-Fen,LeeShu-Chi.Adsorptionbehaviorofpesticidemethomylonactivatedcarboninahighgravityrotatingpackedbedreactor.WaterResearch,2012,46:2869-2880），以其具备降低设备能耗、减小设备体积、提高产率等优点，用于废水处理的研究中，结果均表明：RPB中存在的超重力场可以加强传质，提高吸附速率以及扩散速率，而目前的研究仅局限于吸附过程，针对脱附过程的研究至今尚属空白。因此，考虑将RPB应用于吸附处理含酚废水的研究中，并研究了RPB中的脱附过程，有望解决传统吸附设备因传质阻力较大而导致的吸附速率较慢，床层阻力较大，不易脱附等问题。

发明内容

本发明为了解决传统吸附法处理含酚废水的吸附装置因传质阻力较大而导致的吸附速率较慢，床层阻力较大，床层利用率较低，不易脱附等问题，提供了一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法及装置。

本发明采用如下技术方案实现的：一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法，含酚废水通入超重力旋转填料床与填料接触，完成吸附传质过程降低含酚废水中酚类含量；吸附传质完成后排干填料中的废水，吸附传质完成后的废水送入储液槽中，然后排出进行后续处理；将NaOH溶液通入超重力旋转填料床与填料接触，将填料上吸附的苯酚带出超重力旋转填料床，完成脱附过程除去填料上吸附的酚类物质，脱附后的液体排出进行回收酚的处理；吸附传质的废水和脱附过程的NaOH溶液在超重力旋转填料床中循环处理。基于经济优惠，吸附步骤以所取出口水样中苯酚浓度几乎没有发生变化时结束；脱附步骤以所取出口水样中苯酚钠浓度几乎没有发生变化时结束。

所述含酚废水浓度为200~5000mg/L，流速为15~45L/h，吸附过程中超重力旋转填料床的转速为300~1200rpm；NaOH溶液的浓度为0.4%~5%，流速为10~45L/h，脱附过程中超重力旋转填料床的转速100~1100rpm。

实现上述超重力场中吸附降解含酚废水的方法的装置，包括与调速电机相连接的超重力旋转填料床，超重力旋转填料床上设进液口、出液口，进液口通过液泵连接储液槽，液泵与进液口之间设有液体流量计和三通阀门II；出液口通过三通阀门I连接储液槽。所述超重力旋转填料床内的填料为固体吸附剂散装填料。固体吸附剂为活性炭颗粒、木屑、树脂、沸石或分子筛中的任意一种。

超重力旋转填料床中间设有从顶部深入内部的液体分布器，超重力旋转填料床内设有与液体分布器留有间隙的填料，调速电机设于超重力旋转填料床的下方，调速电机的输出轴与填料的底部固定在一起。调速电机与变频器相连，三通阀门用来取样。

本发明首次研究了RPB中进行液固吸附后吸附剂的脱附过程，采用碱液对RPB中吸附饱和的活性炭进行脱附再生，探索超重力技术能否强化脱附过程，进一步说明将RPB用作新型吸附设备的可行性以及优越性，为工业化放大应用提供必要参考，具有如下有益效果：工艺流程简单，操作方便，所述装置占地面积小、成本低且操作简便，解决了传统吸附设备因传质阻力较大而导致的吸附速率较慢，床层阻力较大，不易脱附等问题，可应用于处理各种含酚类工业有机废水如染料废水、农药废水等。

附图说明

图1为本发明超重力场中吸附降解含酚废水的工艺流程图；图2是超重力旋转填料床的结构示意图。

图中：1-超重力旋转填料床；2-变频器；3-调速电机；4-阀门I；5-三通阀门I；6-储液槽；7-三通阀门II；8-液泵；9-阀门II；10-液体流量计；2.1-超重力旋转填料床外壳；2.2-转子；2.3-填料；2.4-进液口，2.5-液体分布器，2.6-出液口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法，含酚废水通入超重力旋转填料床1与填料2.3接触，完成吸附传质过程降低含酚废水中酚类含量；吸附传质完成后排干填料2.3中的废水，吸附传质完成后的废水送入储液槽6中，然后排出进行后续处理；将NaOH溶液通入超重力旋转填料床1与填料2.3接触，将填料上吸附的苯酚带出超重力旋转填料床1，完成脱附过程除去填料上吸附的酚类物质，，脱附后的液体排出进行回收酚的处理。吸附传质的废水和脱附过程的NaOH溶液在超重力旋转填料床中循环处理。基于经济优惠，吸附步骤以所取出口水样中苯酚浓度几乎没有发生变化时结束实验；脱附步骤以所取出口水样中苯酚钠浓度几乎没有发生变化时结束实验。

所述含酚废水浓度为200~5000mg/L，流速为15~45L/h，吸附过程中超重力旋转填料床的转速为300~1200rpm；NaOH溶液的浓度为0.4%~5%，流速为10~45L/h，脱附过程中超重力旋转填料床的转速100~1100rpm。

一种实现上述超重力场中吸附降解含酚废水的方法的装置，包括与调速电机3相连接的超重力旋转填料床1，超重力旋转填料床1上设进液口2.4、出液口2.6，进液口2.4通过液泵8连接储液槽6，液泵8与进液口2.4之间设有液体流量计10和三通阀门II9；出液口2.6通过三通阀门I5连接储液槽6。

反应流程图1所示，含酚废水置于储液槽内，由液泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，含酚废水通过超重力旋转填料床的转子中心的液体分布器均匀喷到填料环内侧，在超重力作用下被剪切成液丝、液膜，沿径向向外运动，与填料接触进行吸附传质，降低废水中酚类物质的含量，完成附传质的废水从出液口离开超重力旋转填料床进入储液槽内，废水在超重力旋转填料床中循环处理完成吸附传质过程。

吸附传质完成后，保持超重力旋转填料床的转子继续转动，甩出填料中残存的液体。将NaOH溶液置于储液槽内，NaOH溶液由液泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中进行脱附，NaOH溶液通过超重力旋转填料床的液体分布器均匀喷到填料环内侧，与填料接触，与吸附上的苯酚反应，将其从出液口离开超重力旋转填料床进入储液槽，液体在超重力旋转填料床中循环处理完成脱附过程。

基于经济优惠，吸附步骤以所取出口水样中苯酚浓度几乎没有发生变化时结束；脱附步骤以所取出口水样中苯酚钠浓度几乎没有发生变化时结束。

以下是以活性炭颗粒为吸附剂，采用图1所示流程处理模拟含酚废水的具体实施例：

实施例1：利用图1所示流程处理含酚浓度为268.57mg/L（COD含量为640mg/L）的水样。与专利申请《超重力强化电Fenton法处理废水的传质过程的装置及工艺》（CN103145277B）中所述方法处理同样浓度的含酚废水的实验以及结果作比较。

将初始浓度为268.57mg/L的含酚废水（初始COD含量为640mg/L），置于储液槽内，废水由液泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节废水流速为25L/h，启动调速电机调节超重力旋转填料床的转速为800rpm，废水在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场加强传质，达到高效的处理目标，吸附时间为0.5h后，苯酚去除率为74.3%，较对比专利（CN103145277B）而言，处理效果相当，但吸附法操作简单、成本低、且处理物质易回收。吸附时间为1.5h后，苯酚去除率为92%，在相近条件下较传统吸附法去除率提高约28%。

完成吸附过程后，保持转子继续转动，甩出填料中残存的液体。将0.4%的NaOH溶液置于储液槽内，NaOH溶液由泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节液体流速20L/h，启动调速电机调节转速700rpm，通过转子中心的液体分布器均匀喷到填料环内侧，与填料接触，将吸附上的苯酚带出，从出液口离开超重力旋转填料床进入储液槽，液体在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场可以强化脱附过程，脱附时间35min后，苯酚脱附率为85%左右，在相近条件下较传统吸附法脱附率提高约36%。

以下是以分子筛为吸附剂，采用图1所示流程处理模拟含酚废水的具体实施例：

实施例2：利用图1所示流程处理含酚浓度为1800mg/L的水样。

将初始浓度为1800mg/L的含酚废水置于储液槽内，废水由液泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节废水流速为35L/h，启动调速电机调节超重力旋转填料床的转速为800rpm，废水在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场加强传质，达到高效的处理目标，吸附时间为3h后，苯酚去除率为91%，在相近条件下较传统吸附法去除率提高约28%。

完成吸附过程后，保持转子继续转动，甩出填料中残存的液体。将1%的NaOH溶液置于储液槽内，NaOH溶液由泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节液体流速25L/h，启动调速电机调节转速700rpm，通过转子中心的液体分布器均匀喷到填料环内侧，与填料接触，将吸附上的苯酚带出，从出液口离开超重力旋转填料床进入储液槽，液体在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场可以强化脱附过程，脱附时间40min后，苯酚脱附率为86%左右，在相近条件下较传统吸附法脱附率提高约36%。

以下是以木屑为吸附剂，采用图1所示流程处理实际工厂含酚废水的具体实施例：

实施例3：利用图1所示流程处理含酚浓度为200mg/L的某农业化学公司含酚废水。

将初始含酚浓度为200mg/L的某农业化学公司含酚废水置于储液槽内，废水由液泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节废水流速为15L/h，启动调速电机调节超重力旋转填料床的转速为300rpm，废水在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场加强传质，达到高效的处理目标，吸附时间为2h后，酚去除率为92%，在相近条件下较传统吸附法去除率提高约30%。

完成吸附过程后，保持转子继续转动，甩出填料中残存的液体。将0.4%的NaOH溶液置于储液槽内，NaOH溶液由泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节液体流速10L/h，启动调速电机调节转速100rpm，通过转子中心的液体分布器均匀喷到填料环内侧，与填料接触，将吸附上的苯酚带出，从出液口离开超重力旋转填料床进入储液槽，液体在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场可以强化脱附过程，脱附时间35min后，苯酚脱附率为81%，在相近条件下较传统吸附法脱附率提高约33%。

以下是以树脂为吸附剂，采用图1所示流程处理实际工厂焦化废水的具体实施例：

实施例4：利用图1所示流程处理含酚浓度为2000mg/L的某焦化厂焦化废水。

将初始含酚浓度为2000mg/L的某农业化学公司含酚废水置于储液槽内，废水由液泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节废水流速为30L/h，启动调速电机调节超重力旋转填料床的转速为1000rpm，废水在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场加强传质，达到高效的处理目标，吸附时间为4h后，酚去除率为91%，在相近条件下较传统吸附法去除率提高约28%。

完成吸附过程后，保持转子继续转动，甩出填料中残存的液体。将2%的NaOH溶液置于储液槽内，NaOH溶液由泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节液体流速25L/h，启动调速电机调节转速700rpm，通过转子中心的液体分布器均匀喷到填料环内侧，与填料接触，将吸附上的苯酚带出，从出液口离开超重力旋转填料床进入储液槽，液体在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场可以强化脱附过程，脱附时间45min后，苯酚脱附率为83%，在相近条件下较传统吸附法脱附率提高约34%。

以下是以沸石为吸附剂，采用图1所示流程处理实际工厂含酚废水的具体实施例：

实施例5：利用图1所示流程处理含酚浓度为5000mg/L的某染料化工厂废水。

将初始浓度为5000mg/L的含酚废水置于储液槽内，废水由液泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节废水流速为45L/h，启动调速电机调节超重力旋转填料床的转速为1200rpm，废水在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场加强传质，达到高效的处理目标，吸附时间为5h后，苯酚去除率为93%，在相近条件下较传统吸附法去除率提高约28%。

完成吸附过程后，保持转子继续转动，甩出填料中残存的液体。将5%的NaOH溶液置于储液槽内，NaOH溶液由泵经过液体流量计打入超重力旋转填料床中，调节液体流速45L/h，启动调速电机调节转速1100rpm，通过转子中心的液体分布器均匀喷到填料环内侧，与填料接触，将吸附上的苯酚带出，从出液口离开超重力旋转填料床进入储液槽，液体在超重力旋转填料床中循环处理。RPB中存在的超重力场可以强化脱附过程，脱附时间50min后，苯酚脱附率为82%，在相近条件下较传统吸附法脱附率提高约35%。

Claims (4)

1.一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法，其特征在于：含酚废水通入超重力旋转填料床（1）与填料（2.3）接触，完成吸附传质过程降低含酚废水中酚类含量；吸附传质完成后排干填料（2.3）中的废水，吸附传质完成后的废水送入储液槽（6）中，然后排出进行后续处理；将NaOH溶液通入超重力旋转填料床（1）与填料（2.3）接触，将填料上吸附的苯酚带出超重力旋转填料床（1），完成脱附过程除去填料上吸附的酚类物质，脱附后的液体排出进行回收酚的处理，吸附传质的废水和脱附过程的NaOH溶液在超重力旋转填料床中循环处理。

2.根据权利要求1所述的一种超重力场中吸附降解含酚废水的方法，其特征在于：所述含酚废水浓度为200~5000mg/L，流速为15~45L/h，吸附过程中超重力旋转填料床的转速为300~1200rpm；NaOH溶液的浓度为0.4%~5%，流速为10~45L/h，脱附过程中超重力旋转填料床的转速100~1100rpm。

3.一种实现如权利要求1-2所述超重力场中吸附降解含酚废水的方法的装置，其特征在于：包括与调速电机（3）相连接的超重力旋转填料床（1），超重力旋转填料床（1）上设进液口（2.4）、出液口（2.6），进液口（2.4）通过液泵（8）连接储液槽（6），液泵（8）与进液口（2.4）之间设有液体流量计（10）和三通阀门II（9）；出液口（2.6）通过三通阀门I（5）连接储液槽（6）。

4.根据权利要求3所述的实现超重力场中吸附降解含酚废水的方法的装置，其特征在于：所述超重力旋转填料床内的填料为固体吸附剂散装填料；固体吸附剂为活性炭颗粒、木屑、树脂、沸石或分子筛中的任意一种。