实验结果与讨论
1 吸附树脂的筛选
实验测得NDA-88、NDA-99、JX-lOl三种树脂静态吸附平衡时的COD 吸附容量分别为793 mg•g-1、714 mg•g-1、859 mg•g-1。苯甲醇在水中以分子形态存在,主要靠van der Waals力吸附到树脂上,比表面积是影响吸附量的最主要因素(3种树脂的比表面积分别为906、819、934m3•g-1)。此外,JX-lOl较NDA-88和NDA-99具有更多的微孔体积,这也会增强其吸附能力。因此,选择JX-101作为废水处理的吸附树脂是最适宜的。
2 pH对树脂吸附的影响
用JX-JOJ树脂进行静态平衡吸附实验,结果表明废水pH对树脂吸附去除COD影响不大,这是因为苯甲醇为非电解质,pH 值对其在废水中的存在形态没有影响,苯甲醇主要靠van der Waals力吸附到树脂表面。因而,原废水(pH-8.8)无需调节pH,过滤后直接上柱吸附即可。
3 固定床动态吸附一脱附实验
3.1 树脂吸附的影响因素
(1)温度对树脂吸附的影响 吸附流量为3 BV•h (BV-bed volume,下同)时不同温度下的吸附穿透曲线如图2所示。
由图2可知,温度降低时吸附效果略有提高,这是因为苯甲醇在jx-101上的吸附是放热的物理吸附过程。由于10~40"C范围内温度对废水处理效果影响并不大,考虑到经济简便,室温下吸附即可。
(2)吸附流量对树脂吸附的影响 室温下,不同流量时的吸附穿透曲线如图3所示。
由图3可知,吸附流量越低苯甲醇去除效果越好,这是因为吸附流量低有利于吸附质分子的粒扩散和膜扩散,吸附更加充分 。从图中可以看到,2 BV •h-1和3 BV •h-1流量时吸附树脂均在14 BV左右穿透,而4 BV •h-1流量时吸附树脂在12 BV左右即达穿透点,综合考虑处理效果、处理成本和水质稳定性等因素,选择吸附流量为3 BV•h-1是适宜的,相应的处理量为每批次13 BV。此时前13 BV出水苯甲醇平均浓度低于25 mg•L-1,能够满足废水处理的要求。
3.2 树脂脱附的影响因素
(1)脱附剂及用量对脱附的影响苯甲醇与甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、氯仿等互溶,考虑到甲醇成本相对较低,且易与苯甲醇分离,故选择甲醇为脱附剂。在温度为40℃ 、流量为1 BV •h-1的条件下,用甲醇和水对树脂进行解析,不同脱附剂用量对应的苯甲醇脱附率见表2。
由表2可知,甲醇用量为1 BV时脱附率偏低,无法保证树脂吸附能力完全恢复,而甲醇用量为2 BV、3 BV时脱附率均达到100 。因而,选用2 BV 甲醇+3 BV水进行脱附即可达到满意的效果。
(2)脱附温度对脱附的影响 脱附剂为2 BV甲醇+3 BV水、脱附流量为1 BV •h 的条件下,不同温度对应的苯甲醇脱附率见表3。
由表3可知,温度高有利于脱附,因为脱附是吸附的逆过程,温度升高削弱了吸附作用力,还有利于吸附质分子自树脂表面至脱附剂中的扩散和溶解过程。从表中可以看到,20℃时脱附率偏低,30、40℃时脱附率均达到100 ,故选择脱附温度为30℃即可。
(3)脱附流量对脱附的影响 脱附剂为2 BV甲醇+3 BV水、温度为30℃ 的条件下,不同脱附流量对应的苯甲醇脱附率见表4。
由表4可知,流量降低时脱附率有所提高,因为流量低时苯甲醇的扩散和溶解过程长、脱附更加充分。从表中可以看到,流量小于1.2 BV •h -1时脱附率接近100 ,考虑到脱附效果和吸附一脱附时间的均衡,选择脱附流量为1.2 BV•h-1。
3.3 吸附一脱附稳定性实验及出水水质分析在优化的工艺条件下连续进行若干批次吸附一脱附实验,结果见表5。
由表5可知,出水苯甲醇含量低于25 mg•L-1,脱附率接近100 ,树脂吸附一脱附运行稳定可靠、树脂机械强度良好。分析所有批次出水的平均水质,进、出水水质比较见表6,由表6可见,出水无色透明,COD、苯甲醇、苯甲醛的去除率均超过99%,出水达到国家一级排放标准。
4 脱附液的资源化
从2.3.2节中脱附实验可以看到,苯甲醇几乎全部集中在甲醇脱附液中,且高效液相色谱分析结果表明甲醇脱附液成分较为单一,这为苯甲醇的分离创造了条件。采用蒸馏的方法分离回收苯甲醇,所设定的工艺条件为:甲醇脱附液先常压蒸馏脱溶苯甲醇和甲醇常压下的沸点分别为205.3℃和64.7℃,溜出液甲醇重复用作脱附剂,为了提高分离效果,并防止苯甲醇高温下氧化变质,脱溶后改为减压蒸馏(26 kPa,该压力下苯甲醇的沸点为145℃,得到较高纯度的苯甲醇。通过高效液相色谱分析得知,苯甲醇纯度大于85 ,总回收率约为75 ,回收的苯甲醇可直接用作工业原料或进一步提纯。另外,水洗脱附液中的苯甲醇含量非常低,可套用作下一批水洗脱附剂。
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