煤直接燃燒的能量利用率低，并且，燃煤的大量使用，排放大量的煙塵、二氧化硫和氮氧化物，影響空氣質量，增加霧霾天氣出現(xiàn)的范圍和頻率。煤化工技術可將煤轉化為氣體、液體和固體燃料及化學品，帶動潔凈煤技術的發(fā)展，提高煤炭的使用效率，從而被大力發(fā)展與推廣。然而，煤化工工藝過程會產(chǎn)生大量廢水，且煤化工廢水具有產(chǎn)生量大、成份復雜、有機物濃度高、生物毒性大、含有的物質種類繁多以及廢水水質隨原煤質量和氣化工藝的不同而多變等特點，因此，目前煤化工廢水處理問題已經(jīng)成為煤化工項目的“短板”與“瓶頸”。

　　煤化工廢水是一種典型的含酚廢水，酚類化合物是高毒類物質，可使人類及生物個體的細胞失去活性，嚴重影響其健康和生命安全。大量研究顯示，當酚在水中的質量濃度超過3000mg/L時，將會導致大量的有機生物死亡，因此，酚被世界環(huán)境保護組織列為主要高毒性有機污染物質。而對于這種典型的高濃度含酚煤化工廢水，直接生化處理非常困難，可以選擇溶劑萃取法來去除酚類化合物。本研究在萃取脫酚工藝處理煤化工廢水的基礎上，對工藝參數(shù)進行了配置優(yōu)化，以提高煤化工廢水脫酚效果。

　　1、試驗廢水水質指標

　　試驗廢水取自某煤化工工廠，水樣感官呈棕褐色、有刺激性氣味、混濁度一般，水樣資料顯示水樣含酚量高、COD值高。經(jīng)檢測，試驗廢水中總酚質量濃度為9500mg/L，揮發(fā)酚質量濃度為5500mg/L，COD值為35000mg/L，pH值為6.5。

　　2、試驗藥品、儀器與方法

　　2.1 試驗藥品

　　甲基異丁基酮、苯、硫代硫酸鈉、溴化鉀、溴酸鉀、淀粉、碘化鉀、氫氧化鈉，分析純，天津市科密歐科技發(fā)展有限公司;甲苯、濃硫酸、濃鹽酸，分析純，天津市江天化工技術有限公司;乙醇，分析純，天津市紅橋化工。

　　2.2 試驗儀器與設備

　　電熱恒溫水浴鍋，DK-98-ⅡA，水浴恒溫振蕩器，SHZ-88，艾本德移液槍，0.5mL～5.0mL，分液漏斗，1000mL，COD消解器(DRB200)，COD測定儀(DR1010型)，pH計，211型，玻璃吸附柱，Φ15×400mm，電子天平，ALC.310.3。

　　2.3 試驗方法

　　通過查閱大量文獻資料，認為總酚的測定應采用直接溴化法，即將揮發(fā)酚蒸餾出來，加入過量溴，得到溴代三溴酚，再加入碘化鉀，反應過量溴和溴代三溴酚得到碘單質，再用硫代硫酸鈉溶液滴定生成的碘，將結果與空白樣對比，計算出所測溶液中揮發(fā)酚及總酚的含量。

　　COD的測定采用分光光度計法，即在強酸條件下，以硫酸銀作催化劑，重鉻酸鉀作氧化劑，通過分光光度計測定廢水中Cr2O7-和Cr3+的吸光度，進而測定水樣中COD含量。

　　3、試驗結果

　　3.1 萃取劑的選擇

　　選取苯、甲苯及MIBK為煤化工廢水脫酚萃取劑，三者的再生方式皆為精餾，沸點分別為80.1℃、110.6℃、116.7℃。3種不同萃取劑對煤化工廢水中總酚的萃取效果如圖1所示。

　　由圖1可得，萃取級數(shù)為1～7，苯、甲苯及MI-BK3種萃取劑對總酚的去除率皆隨著萃取級數(shù)的增大而有不同程度的升高，同時，MIBK對煤化工廢水總酚的萃取效果明顯好于苯和甲苯，尤其在萃取級數(shù)較小時更為明顯。具體的，對于苯和甲苯而言，當萃取級數(shù)為1～5時，隨著萃取級數(shù)的增大，其對總酚的去除率增加比較明顯，苯對總酚的去除率由萃取級數(shù)為1時的63%增加到萃取級數(shù)為5時的91%，甲苯對總酚的去除率由萃取級數(shù)為1時的55%增加到萃取級數(shù)為5時的87%;當萃取級數(shù)為5～7時，隨著萃取級數(shù)的增大，其對總酚的去除率增加緩慢，并不明顯，苯與甲苯對總酚的去除率分別由萃取級數(shù)為5時的91%和87%增加到萃取級數(shù)為7時的93%和88%。而對于萃取劑MIBK來說，隨著萃取級數(shù)的增加，其對總酚的去除率增加并不明顯，只由萃取級數(shù)為1時的91%增加到萃取級數(shù)為7時的94%，MIBK的萃取效果明顯比苯、甲苯好很多。這可能是因為，MIBK對酚有更高的分配系數(shù)。因此，選擇MIBK作為該工廠脫酚工藝中比較合適的萃取劑。

　　3.2 萃取脫酚工藝參數(shù)的優(yōu)化

　　3.2.1 萃取級數(shù)

　　在查閱大量相關文獻及試驗的基礎上，將此煤化工廢水與MIBK萃取劑在萃取溫度T=50℃、萃取相比R=1∶4以及萃取級數(shù)為1～7級的萃取條件下充分混合15min，靜置30min，分析上層液中總酚含量和COD值，結果如圖2所示。

　　由圖2可知，隨著萃取級數(shù)的增大，煤化工廢水中總酚和COD的去除率皆有明顯的提高。當萃取級數(shù)在1～5時，總酚和COD的去除率大幅度提高，變化比較明顯，去除率分別由萃取級數(shù)為1時的91.0%和92.7%上升到萃取級數(shù)為5時的94.5%和97.5%;而當萃取級數(shù)在5～7時，總酚和COD的去除率變化較緩，并不明顯，去除率分別由萃取級數(shù)為5時的94.5%和97.5%上升到萃取級數(shù)為7時的94.7%和97.7%。因此，考慮到提高萃取級數(shù)會增加成本問題，應選擇萃取級數(shù)為5級，此時，總酚的去除率為94.5%，COD的去除率為97.5%。

　　3.2.2 萃取相比

　　將此煤化工廢水與MIBK萃取劑在萃取溫度t=50℃、萃取級數(shù)為5級以及萃取相比R=1∶1～1∶8的萃取條件下充分混合15min，靜置30min，分析上層液中總酚含量和COD值，結果如圖3所示。

　　由圖3可知，隨著萃取相比R的降低，煤化工廢水中總酚和COD的去除率皆有明顯的降低。在萃取相比R為1∶1～1∶4時，總酚和COD的去除率有下降的趨勢，但并不明顯，總酚和COD的去除率分別由萃取相比R=1∶1時的95.6%和97.2%下降為萃取相比R=1∶4時的94.5%和96.5%;而在萃取相比R為1∶4～1∶8時，總酚和COD的去除率呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢，總酚和COD的去除率分別由萃取相比R=1∶4時的94.5%和96.5%下降為萃取相比R=1∶8時的91.3%和91.3%。然而，在實際操作中，萃取相比也并非越大越好，因為增大萃取劑用量，雖然可以增強萃取效果，但也增加了萃取劑的回收能耗和回收成本，因此，需要確定滿足萃取指標條件下的最小萃取劑用量。綜上所述，此試驗條件下，萃取相比宜取R=1∶4。

　　3.2.3 萃取溫度

　　將此煤化工廢水與MIBK萃取劑在萃取級數(shù)為5級、萃取相比R=1∶4以及萃取溫度t=25℃～70℃的萃取條件下充分混合15min，靜置30min，分析上層液中總酚含量和COD值，結果如圖4所示。

　　由圖4可知，萃取溫度t=25℃～70℃時，隨著溫度的升高，總酚和COD的去除率變化趨勢基本一致，但去除率皆保持在93.8%以上。溫度對MIBK萃取脫酚的影響不大。具體看來，萃取溫度t=25℃～50℃時，總酚和COD的去除率隨溫度的升高而增加，之后，二者的去除率反而略有下降的趨勢。因此，萃取溫度t應控制在50℃～55℃，考慮到工廠廢水進入萃取塔的溫度在50℃左右，故把MIBK萃取的工藝溫度t確定在45℃～55℃。

　　4、結論

　　通過對煤化工廢水萃取脫酚工藝萃取劑的選擇、萃取級數(shù)、萃取相比以及萃取溫度的研究，得到如下結論：

　　1)通過分析對比甲苯、苯、MIBK的分配系數(shù)、再生方法，以及進一步的試驗，確定MIBK作為煤化工廢水萃取脫酚的萃取劑具有良好的效果;

　　2)試驗確定的萃取級數(shù)、萃取相比以及萃取溫度分別為萃取級數(shù)為5級，萃取相比R=1∶4，萃取溫度t=45℃～55℃;

　　3)最佳實驗條件下，總酚和COD的去除率分別為94.5%和97.5%。(來源：陽煤集團太原化工新材料有限公司)