液膜法处理含酚油品碱洗液
炼油厂油品源输时产生大量合酸碱洗液，酚浓度从几百到上千毫克每升，采用常规处理技术很难适应酚浓度的波动。本文用液膜技术对南京炼油厂的含酚碱渣进行了处理研究。
液膜由膜溶剂、表面活性剂及载体组成，其有机相与内相试剂水溶液（NaOH溶液）经强力分散形成乳状液，乳状液分散到另一水相中，形成W/O/W复合乳状液，由此形成两个界面，中间的有机相即为液膜[1]。液膜分离技术是集萃取与反萃取、反应与分离、分离与浓缩于一体的分离操作。在用液膜法处理含酚碱洗液过程中，酸化后的碱洗液中酚首先溶解在膜溶剂中，然后迅速与内相NaOH在界面反应生成酚钠溶解到内相中，这一不可逆过程，使得碱洗液中的酚能够完成富集到内相NaOH溶液中。
本研究充分利用液膜技术操作的高弹性，通过合理调整配方、操作工艺等，使该部分碱洗液得到了很好的处理，处理后的废水可达到排放要求或是厂家根据二次处理要求所提出的处理标准。
1 碱洗液处理工艺过程
1.1 碱洗液的预处理
碱洗液在用液膜法处理前应先预处理，采用工业硫酸酸化，调节pH至2～3，经气浮、隔油，沉降，得到酸性含酚废水。
1.2 含酚废水处理工艺流程简图
处理流程见图1。
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本流程中采用转盘塔做传质设备，废水与乳液在塔内逆流接触，传质过程连续完成。制乳设备为工业高剪切混合乳化机，破乳设备自制。
碱洗液预处理后为酸性废水，废水从转盘塔顶部打入。新鲜煤油与氢氧化钠溶液按一定比例在乳化槽中制乳，制好的乳液放入新乳液槽备用，部分乳液放入乳液贮槽中，从转盘塔底部打入。在转盘塔内废水由塔顶进入，乳液由塔底进入，两相在塔内逆流接触传质，处理后的废水从塔底流出，富集酚的乳液由塔顶流出进入乳液中间槽，若该乳液复用，则去乳液贮槽后复用；否则去破乳器；若需补加新鲜乳液则将新乳液槽中乳液补加到乳液贮槽。破乳后的油相去乳化槽继续制乳，可适当补加新鲜油相，破乳后
的浓缩酚的氢氧化钠溶液需再处理。
1.3 处理不同废水的运行条件及结果
废水处理过程中，膜材料为含1.5％T154的煤油溶液，采用高剪切乳化机与Na0H溶液以1:1体积比制备乳液，制乳时间1min；乳液与废水的接触时间15min，乳液与废水的体积比即乳水比视废水中酚浓度而定，乳液性质分别选用新乳液、复用乳液等，内相浓缩倍数为含酚废水经处理后酚所能富集的倍数。
进行了三种不同酚含量废水的试验，酚的达标要求为20～30mg/L，试验结果分别见表1、表2、表3。
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表1 低浓度含酚废水的处理结果 |
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V乳液:V废水 |
乳液性质 |
内相浓缩倍数 |
处理后废水酚含量/(mg·L-1) |
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1:10 |
新 |
20 |
＜10 |
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1:10 |
复用一次 |
40 |
＜10 |
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1:4 |
新 |
8 |
0.9 |
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注：实验水质为碱洗液酸化水，酚浓度200mg/L，pH为2.4 |
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表2 中等浓度合酚废水的处理结果 |
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V乳液:V废水 |
乳液性质 |
内相浓缩倍数 |
处理后废水酚含量/(mg·L-1) |
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1:10 |
新 |
20 |
15 |
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1:10 |
第三次复用 |
80 |
20 |
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1:20 |
新 |
40 |
16 |
|
1:20 |
第一次复用 |
80 |
23 |
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注：实验水质为碱洗液酸化水，酚浓度900mg/L，pH为2 |
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表3 高浓度含酚废水的处理结果 |
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V乳液:V废水 |
乳液性质 |
内相浓缩倍数 |
处理后废水酚含量/(mg·L-1) |
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1:10 |
新 |
20 |
13 |
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两级处理 |
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注：实验水质为碱洗液酸化水，酚浓度4000mg/L，pH为2 |
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从表1、2、3数据可以看出，以液膜法处理合酚废水，不论原废水中酚浓度为多少，通过合理选择工艺条件均可达到处理目的。
2 处理不同废水工艺方案的选择[2]
炼油厂含酚碱渣中酚浓度变化较大，以相同的工艺条件处理，显然不切合实际，也不能真正体现液膜技术的高弹性。从表1、2、3的数据可以看出，对于中低浓度的含酚废水，以较小的乳水比操作即可达到处理要求，而对于高浓度的含酚废水则需两级处理，这就需要根据水质的不同合理选择工艺。包括乳水比的选择，提高富集相中酚的浓度等。从正交实验的极差分析知道，在以液膜法处理含酚废水的过程中，乳水比是影响处理效果的关键因素，同时也是该工艺过程能、物耗的一个关键。小的乳水比操作降低了制乳、破乳量，同时提高了富集酚后的NaOH溶液中酚的百分含量，但小乳水比操作可能造成液泛或夹带等（乳水比例超过1:25有轻微夹带）。乳液复用是降低能、物耗，提高富集酚浓度的有效途径，但乳液多次复用操作比较烦琐。因此在能达到相同处理结果的前提下，应尽量提高乳水比例，从表2可以看出，以1:20的乳水比例操作，乳液复用一次，酚在内相的富集倍数即可达到80倍，而以1:10的乳水比例操作，乳液需复用3次，才能达到相同的富集倍数，而处理效果接近。因此通过上述分析，对于酚浓度小于1000mg/L的废水，推荐采用1:20的乳水比例，乳液复用一次，对于高浓度合酚废水，建议采用二级处理。
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图2为不同浓度含酚废水传质过程的工艺流程，处理中、低浓度含酚废水时，开启阀1、2、3、4、5、6、7，关闭阀8。来自乳液槽的乳液由阀4控制进入塔T1，从塔顶出来由阀3控制进入塔T2进行复用，最后由阀7控制去破乳器，废水由阀1、2控制，处理后由阀5、6控制去二次处理（污水场）；处理高浓度合酚废水时，开启阀2、3、4、5、7、8，关闭阀1、6，来自废水槽的废水由阀2控制进入塔Ⅱ，一级处理后由阀8控制进入塔T1，进行二级处理，最后由阀5控制去二次处理（污水场）。
3 废弃物的后处理
3.1 富集酚的氢氧化钠溶液的处理
在液膜法处理含酚废水过程中，酚在内相NaOH溶液中得到了富集，以目前的处理工艺，富集酚的浓度视原水酚浓度而定，从1％到7％不等，结果见表4。对富集一定酚浓度的NaOH溶液，可作为碱洗液再处理或直接酸化后分离杂酚。
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废水类型 |
乳水比 |
酚钠浓度/(g·L-1) |
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低浓度（小于200mg/L） |
1:4 |
约1.6 |
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1:10 乳液 复用4次 |
约20 |
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中等浓度（500～900mg/L） |
1:20 乳液 复用1次 |
约40～72 |
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高浓度（4000 mg/L左右） |
1:10 采用两级处理 |
约70～80 |
3.2 废煤油的处理
用液膜法处理废水过程，理论上是不需补充膜材料的理想过程，但由于工艺废水的复杂性及多污染性，膜材料在复用若干次以后，效率下降效果变差，一般复用若干次后的废煤油可作燃料使用。
4 结语
通过上述分析探讨，可以从技术及工艺上认可用液膜法处理炼油厂含酚碱渣的可行性，在操作过程中应密切关注碱渣来源，并结合酚的检测来判断选用何种工艺方案。油相作为主要的膜材料成分，其复用是降低费用的关键屈此，防止煤油的流失及污染是工艺过程及工程设计中需要特别关注的问题。目前已设计完成一套2t/h处理能力的工业化实验装置。
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