中试工艺

中试工艺（精选7篇）

中试工艺 篇1

摘要：利用40L程序化控制乙二醇醇解聚酯(PET)及乙二醇回收中试装置降解PET,研究涤纶面料中试醇解工艺。分析醇解时间、醇解温度、催化剂用量及反应物的物料比对醇解产物对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)产率的影响。结果表明:BHET产率受温度、催化剂、物料配比、醇解时间等多种因素影响。涤纶面料中试降解较优工艺为:温度200℃,催化剂Zn(AC)2·2H2O占PET质量的0.2%,乙二醇用量是涤纶面料质量的3倍,醇解时间12h;在该工艺条件下得到的醇解率为78.32%。

关键词：涤纶面料,乙二醇,中试,醇解产物

自1953年投入工业化生产以来,聚酯(PET)作为重要的纺织原料在一定的程度上缓解了天然纤维的短缺[1],PET广泛应用于饮料瓶、纺织、薄膜、合成纤维等方面,从而导致全球PET产量和消费量迅速增长,同时废旧PET的处置问题日益突出[2],因此废弃PET面料的回收,对废弃资源的再利用有着重大意义。

近年来,国内外的各项研究已经确定出不同醇解剂醇解PET(甲醇、乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇)所对应的较优醇解工艺[3],并得到了用途广泛的醇解产物,如在微波反应器中用甲醇热解聚对苯二甲酸乙二醇酯[4],乙二醇醇解产物可以进行聚氨酯发泡[5]、合成Gemini型表面活性剂[6],利用丙三醇的醇解产物制备纳米复合固化剂[7,8]等,但利用中试设备降解涤纶面料是国内首例。本实验采用中试装置醇解废弃PET面料,为今后PET面料的回收利用提供了一种经济高效的选择,同时也更适于工业化生产。本研究采用的乙二醇醇解法是PET回收方法中应用最广的,且技术成熟、简单易行。

本实验利用40L乙二醇醇解PET及醇解废液回收中试装置,研究涤纶面料中试醇解工艺,分析醇解温度、醇解时间、催化剂用量及反应物的物料比对对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)产率的影响,得出较优的中试醇解工艺,使得涤纶面料中试降解工艺适用于今后的工业化生产。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

涤纶防羽布;乙二醇(EG);乙酸锌[Zn(AC)2·2H2O];去离子水;氧化钙;吡啶;氢氧化钾;邻苯二甲酸氢钾;酚酞指示液等。

40L程序化控制乙二醇醇解PET及乙二醇回收中试装置;电子精密天平(AR1530/C型),奥豪斯国际贸易有限公司;电热恒温鼓风干燥箱(DGG-9140型),上海森信实验仪器有限公司;恒温油水浴锅(XMTE-7000型),上海申顺生物科技有限公司;循环水式多用真空泵(SHB-Ⅲ型),郑州长城科工贸有限公司;恒速搅拌器(S212型),上海梅颖浦仪器制造有限公司;傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet Nexus 470型),美国Thermo Nicolet公司。

1.2 实验步骤

1.2.1乙二醇醇解涤纶面料

利用40L程序化控制乙二醇醇解涤纶面料及乙二醇回收的中试装置,醇解过程如图1所示,主要包括4个阶段:涤纶面料醇解、醇解产物提纯、醇解产物分离和醇解废液回收。

涤纶面料醇解部分:将乙二醇、Zn(AC)2·2H2O依次加入40L程序化控制乙二醇醇解PET中试装置的反应釜中,开动搅拌泵,待催化剂Zn(AC)2·2H2O在乙二醇中完全溶解后,加入粉碎的涤纶面料(乙二醇、乙酸锌、涤纶面料与乙二醇的质量比为0.2%∶1∶2)并开始通N2。反应温度控制在196℃,反应过程中使用自来水冷凝乙二醇蒸汽,待涤纶面料完全溶解后停止加热并保持恒温[9]。待装置中液体呈透明状时,醇解反应终止。采用反应釜内盘管冷却,冷却剂为自来水,待醇解液温度降到100℃,进行过滤稀释。

醇解产物提纯:醇解产物主要经过三步稀释过滤实现产物提纯。第一步,待醇解液冷却至100℃后,通过抽真空过滤,使过滤液通过过滤器Ⅰ,进入稀释釜中。过滤器分上下两层过滤,均采用316材质的过滤网,上下层目数分别为50、100,第一次过滤所得滤饼主要成分为未醇解的杂质,该滤饼被作为废弃物处理;第二步,向稀释釜Ⅰ中加入体积是醇解液3倍的水,搅拌均匀后过滤,通过增加压强使醇解液通过过滤器Ⅱ实现过滤,过滤温度为80℃,过滤器Ⅱ采用单层过滤,过滤网材质为316,目数为200,第二次过滤所得滤饼为BHET的多聚体,分子量较低,该滤饼可用于聚氨酯发泡材料,通过加压使得滤液进入稀释釜Ⅱ内冷却;第三步,待稀释釜Ⅱ内的醇解液冷却至50℃时通过抽真空实现第三步过滤,过滤器Ⅲ仍采用双层过滤,过滤网均为200目的316材质滤网,此次过滤所得滤饼可作为聚氨酯发泡材料使用,滤液进入结晶釜中冷却结晶。

醇解产物分离:稀释过滤后的醇解液通过加压使其进入结晶釜中冷却结晶,通过冷却水进行夹套冷却,待醇解液降至25℃后,采用冷冻剂通过釜内盘管进行冷却,使醇解液降为5℃,并保持在该温度下冷却结晶6h,冷却过程中需开启搅拌泵搅拌,以防止结晶所得到的固体粘附在釜壁上,不利于下一步的固液分离。待结晶完成后,通过固液分离器实现醇解液的固液分离,固液分离器滤网选用300目316材质滤网,并使用双层过滤网过滤,所得滤饼烘干即为涤纶面料的醇解产物BHET,滤液进入废液回收装置内待下一步回收。

醇解废液回收:滤液进入废液回收装置后,在真空度0.09MPa,50℃下进行减压蒸馏,直至把废液中的水分去除,回收的乙二醇可继续用于降解PET面料[10]。

2 结果与讨论

2.1 醇解时间对BHET产率的影响

本实验根据醇解产物在有机溶液中的溶解程度确定醇解时间。在醇解反应的后期,每0.5h取1次醇解液,将样品冷却至室温后放入等体积比的94号汽油和二甲苯混合溶液中进行溶解,当溶液呈澄清透明状,不含悬浮物,则判定醇解完全[6]。

图2为醇解时间对BHET产率的影响。本实验设定在反应物的物料比、醇解温度及催化剂用量一定的情况下,分析醇解时间对醇解反应的影响。从图2可以看出,随着醇解时间的增长,醇解产物BHET的产率逐渐增加。当醇解时间控制在0~12h时,BHET产率的增加明显;醇解时间在12~14h时间段内,产率的增加趋于平缓。这是因为醇解反应过程复杂,当反应时间越长,醇解产物之间发生聚合的可能性越大,醇解过程中发生副反应的几率也会增加,不利于得到纯净单一的醇解产物。因此醇解时间应控制在12h左右。

2.2 醇解温度对BHET产率的影响

乙二醇醇解PET是吸热反应。随着反应温度升高,物质活化能也会随之提高,分子运动速度加快,从而增加乙二醇分子与PET接触的几率,促使醇解反应向正方向进行;但如果醇解温度高于乙二醇的沸点,会导致乙二醇挥发,使得反应不完全。同时,由于醇解产物BHET中含有羟基,若醇解温度过高,醇解产物发生氧化,使得醇解产物呈咖啡色。

图3为醇解温度对BHET产率的影响。本实验设定在反应物的物料比、催化剂用量及醇解时间一定的情况下,分析醇解温度对醇解反应的影响。由图3可以看出,随着温度的升高,BHET产率逐渐增加,当温度达到200℃时,曲线出现拐点,此后随着醇解温度的升高,醇解产物BHET产率增加缓慢并逐渐趋向平衡,此时BHET产率可达78.32%左右。猜想反应初始阶段温度低,PET的分子活化能低,分子活动不剧烈,乙二醇与涤纶面料表面上的PET分子反应,随着温度的升高,PET分子链段的活动加剧,乙二醇分子进入涤纶面料内部并发生反应,这个过程相当于反应的接触面积增加,因此BHET产率也会随之增加。若继续升高温度,乙二醇的挥发量增加,造成反应不完全;同时醇解产物结构中含有羟基,若温度过高,会增加醇解产物被氧化的可能性。所以,醇解温度适宜控制在200℃左右。

2.3 催化剂用量对BHET产率的影响

图4为催化剂用量对BHET产率的影响。本实验设定在反应物的物料比、醇解时间及醇解温度一定的情况下,分析催化剂的用量对醇解反应的影响。由图4可知,当催化剂添加量为0时,BHET产率仅为9.27%,随着催化剂用量增加,BHET产率随着催化剂用量增加而逐渐增大;当催化剂的浓度为0.2%左右时,醇解率达到78.32%,曲线出现拐点并逐渐趋于平衡。当催化剂用量由0.2%增至0.25%时,BHET产率由78.32%变为77.61%,BHET产率略有下降,因此当催化剂的用量超出0.2%时,对反应的催化效果并不明显。为适应工业化生产,考虑成本因素,催化剂Zn(AC)2·2H2O的用量为0.2%(相对于涤纶面料)。

2.4 物料比对BHET产率的影响

图5为物料比对BHET产率的影响。本实验设定醇解时间、醇解温度及催化剂用量一定的情况下,分析物料比对醇解反应的影响。由图5可知,当m(乙二醇)∶m(PET)=1.5时,此时BHET产率为50.46%,当物料比由1.5增大至3时产物产率增加速率明显;当物料比为3时,BHET产率可达78.32%,此后若继续增大物料比,BHET产率变化不明显。猜想产生此现象可能是因为在反应过程中,当m(乙二醇)∶m(PET)=1∶2时,反应釜中的乙二醇无法完全浸润涤纶面料,浸润过的涤纶面料先反应,待其全部反应完成之后,乙二醇才能与上层的涤纶面料继续反应,这使得整个醇解过程由一次投料的反应变为多次投料的反应,延长了反应时间。因此,乙二醇用量应为涤纶面料质量的3倍左右。

[m(乙二醇)∶m(PET)]

3 结论

涤纶面料中试降解所得产物的主要成分是BHET,含有少量的二聚物和三聚物,醇解程度受温度、催化剂、物料配比、醇解时间等多种因素影响。涤纶面料中试降解较优工艺为:温度200℃,催化剂Zn(AC)2·2H2O占涤纶面料质量的0.2%,乙二醇用量是涤纶面料质量的3倍,醇解时间12h;在该工艺条件下得到的醇解率为78.32%。

参考文献

[1]张有定.我国涤纶市场现状与发展趋势[J].合成纤维,2013,42(11):1-4.

[2]龙智.废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯的再资源化研究[D].重庆:重庆大学,2008.

[3]陈雷,邵月,王少梅.多元醇对PET降解机理的研究[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2014,30(4):75-79.

[4]Siddiqui M N,Redhwi H H,Achilias D S.Recycling of poly(ethylene terephthalate)waste through methanolic pyrolysis in a microwave reactor[J].Journal of Analytical&Applied Pyrolysis,2012,98(6):214-220.

[5]郭欣欣.醇解废弃聚酯制备聚氨酯泡沫[D].无锡:江南大学,2010.

[6]张璇,余天石,葛明桥.利用废弃聚酯制备Gemini表面活性剂中间体[J].纺织学报,2009,30(10):15-18.

[7]郑海建,余天石,葛明桥.丙三醇降解废弃聚酯工艺条件的研究[J].材料导报,2012,26(19):321-323.

[8]余天石,郑海建,葛明桥.丙三醇解聚废弃聚酯制备纳米复合固化剂的研究[J].化工新型材料,2014,42(5):68-69.

[9]李永贵,李准准,佴友兵,等.聚酯纤维乙二醇醇解法(Ⅰ):醇解工艺[J].纺织学报,2007,28(11):21-24.

[10]陈世明,余天石,吕亚淑,等.回收利用聚酯醇解废液降解PET聚酯研究[J].化工新型材料,2016,44(1):244-246.

中试工艺 篇2

采用混凝沉淀+砂滤+膜生物反应器+活性碳+臭氧工艺处理合成制药废水中COD中试研究.结果表明:膜生物反应器出水的COD平均值为78.6mg/L,去除率为74.3%;最终出水的COD平均值为40.4mg/L,去除率为92.7%.

作 者：相震 陈淑娟 王连军 马杰 XIANG Zhen CHEN Shu-juan WANG Lian-Jun MA Jie 作者单位：相震,王连军,XIANG Zhen,WANG Lian-Jun(南京理工大学化工学院,南京,210094)

陈淑娟,CHEN Shu-juan(青海省海西州环境监测站,德令哈,817000)

马杰,MA Jie(多元水环保技术产业(中国)有限公司,北京,102600)

碳酸乙烯酯中试合成工艺研究 篇3

碳酸乙烯酯(以下简称EC)是一种杂环酮,作为一种性能优良的高沸点溶剂和有机合成中间体,广泛用于纺织印染、高分子合成、电化学等领域。精制EC作为高能锂离子电池的电解液[1,2],价格昂贵,是一种有着广阔开发前景的新产品。另外,深入研究证明,EC作为一种十分有效的溶剂,可用于脱除合成氨气体中的CO2。此外,通过EC与甲醇进行酯交换反应可得到乙二醇和碳酸二甲酯,是一种无水法制备乙二醇的新方法。

传统的碳酸乙烯酯生产工艺采用光气法,工艺流程长,收率低,生产成本高,而且光气法还存在毒性大,污染严重等问题[3]。因此,随着科研与生产的发展,该法在国外已经逐步被淘汰,代之以由二氧化碳和环氧乙烷直接酯化合成EC的高压一步法,从而大大提高了产品的经济性。

EO与CO2反应是一个强放热反应,在一定的反应压力下,当吸收足够能量使反应开始以后,本身放出大量的反应热足以维持反应的进行,不再需要吸收外界能量,过多的热量需要转移,因而反应温度和反应压力是非常重要的工艺参数。本工作在较温和的条件下,进行了由二氧化碳与环氧乙烷合成EC产品的中试试验研究工作,考察了温度和压力波动情况对于碳酸乙烯酯选择性的影响。对在较温和的条件下,由二氧化碳与环氧乙烷合成EC产品,不仅促进EO下游产品的开发工作具有重要意义,而且提供了一条化学利用二氧化碳资源的新途径[4],对于充分利用地球上巨大的二氧化碳资源,消除温室效应等公害,也具有一定的理论和现实意义。

2. 实验部分

2.1 实验原料

E O≥99.5% 辽化烯烃厂

CO2 ≥99% 抚顺

催化剂 自制

2.2 EC合成设备与流程

EC合成中试设备主要由200L高压釜、EO贮罐、EO计量罐、CO2钢瓶、N2缓冲罐、N2钢瓶、真空泵、真空缓冲罐、EO流量计、高压釜控制柜等设备组成。工艺流程见图1。

2.3 EC合成方法

2.3.1 合成装置的气密打压

中试装置安装完毕后,对各工艺管线及R101、R102、R103、R104、K101进行气密及不同压力等级的打压试验。试验证明该套装置无泄漏,各压力容器已满足工艺要求。

2.3.2 合成装置的清洗

装置打压试验结束之后,对R101、R102、K101及工艺管线进行了彻底清洗。清洗时用P101抽真空,使R101、R102成为真空状态,从R101底部排放口吸入去离子水,吸满后,注入N2,经插底管将水压入R102中,再将R102充入氮气,将水经EO流量计及侧线压入K101内,K101夹套通入蒸汽加热至80℃,搅拌2小时,降温后,将水排出。反复上述操作,直至排出的水无色为止。实际实验中清洗三次。

清洗结束后,打开各容器的放空阀,通入氮气吹扫,将残余水份全部吹出,并在夹套中通蒸汽使反应釜烘干。

2.3.3 EC合成实验方法

先将定量催化剂加入K101,然后用氮气置换三次,K101通入CO2至压力为2.5MPa。升温至110℃,连续通入EO,控制流量为50�100kg/hr,EO定量全部加完后,继续通入CO2,直至反应釜温度不升高,CO2流量降低接近零时表明反应结束,降温至60℃以下放出反应产物,进行计量并取样分析。

3. 实验结果与讨论

EC合成实验是在我院以前放大实验的基础上进行的,对催化剂进行评价共做3釜实验。

3.1 EC合成实验记录

中试试验主要对反应温度和反应压力进行了记录,从EO进料开始到EO进料结束的相关记录如表1所示。

由表1看出试验1及试验2加入催化剂量为660g,试验3加入催化剂量为990g。由实验2和试验3可以看出催化剂量增加有利于反应进行,可以在温度较低的情况下进行快速反应,从而缩短反应完成时间。

3.2 EC合成实验分析结果与讨论

实验结束冷却出料后,对产物进行称重并取样分析,EC含量采用气相色谱分析各项结果如表2所示。

表2说明催化剂的加入量对于EO转化率有一定的影响。经计算试验1催化剂的催化能力为111.89g EO/g Cat h,气相色谱测试反应产物EC含量为96.21%,催化剂的反应活性及选择性很高。由试验2和试验3数据看出适当增加催化剂的用量可以提高EC的转化率,增加产物中EC的含量。该催化剂的反应活性及选择性高,可以用于催化环氧乙烷与二氧化碳制备碳酸乙烯酯。

图2表明试验3反应产物中EC含量为99.0404%。该催化剂的选择性很高。反应产物中EC含量越高,对以后的精馏试验越有利。

3.3 EC合成实验温度分析

EO与CO2反应是一个强放热反应,当吸收足够能量使反应开始以后,不再需要吸收外界能量,本身放出大量的反应热足以维持反应的进行,过多的热量需要转移。该实验采用手动调节夹套冷却水流量,使反应产生的热量及时转移,进而达到调节反应温度的目的,温度控制情况如图3所示。

图3表明在反应釜温度达到110℃时开始进EO,随着反应的进行温度很快升高,实验要求反应温度控制在140℃~150℃,由于该反应强烈放热,实际反应温度在140℃~170℃之间波动较大,调节温度恒定有较大难度。由图3和表2可知,反应温度低于140℃时不利于EO的生成。

3.4 EC合成实验压力分析

该实验采用手动调节控制CO2的加入量,即控制CO2的压力,压力控制情况如图4所示。

图4表明该反应压力控制在2.5MPa,存在一定的波动。由于气源采用钢瓶,干冰在汽化的过程中需吸收大量的热量,会造成汽化不完全,CO2气体又重新凝结成干冰而阻塞管线和钢瓶出口,CO2气体供应压力不足波动较大,需要蒸汽从外部加热钢瓶和管线以达到完全汽化的目的。如试验2在10:45的记录即第7点所示压力仅为1.82MPa,这是CO2气体供应不足所致,造成反应压力波动很大。由图4和表1可以看出,反应压力较低且波动较大会使反应速度降低,增加反应时间,因而反应压力适当增加有利于碳酸乙烯酯合成反应速度加快,缩短反应完成时间。

4. 结论

4.1 该催化剂可用于催化环氧乙烷与二氧化碳在中试装置上合成碳酸乙烯酯。

4.2 该催化剂的选择性高,反应产物中EC含量在96%以上,适当增加催化剂用量有利于碳酸乙烯酯合成。

4.3 该装置操作简单,但温度和压力的控制有一定的难度,波动较大,反应温度低于140℃时不利于EO的生成,适当提高反应温度及反应压力有利于碳酸乙烯酯合成反应速度加快,缩短反应完成时间。

参考文献

[1]高枫.碳酸乙烯酯的生产现状和生产技术[J].中间体,2005(12):33—34.

[2]李扬,朱培玉,王延儒.溴化四乙铵催化合成碳酸乙烯酯反应研究[J].南京师范大学学报:工程技术版,2007,7(1):59-62.

[3]黄焕生,杨波,黄科林等.碳酸乙烯酯合成的研究进展[J].化工技术与开发,2007,36(11):15-19,37.

中试工艺 篇4

投料倒置A/A/O脱氮除磷工艺中试

采用投料倒置A/A/O脱氮除磷工艺在上海某城市污水厂进行了中试,着重考察了在水力停留时间为8 h和较短污泥龄条件下的脱氮除磷效果.结果表明,缩短泥龄总体上有利于提高除磷效果,且不会影响硝化效果.在泥龄为6 d时,出水NH3-N平均为2.0 mg/L,NO3-N为4.3 mg/L,PO34--P为0.5 mg/L;而在泥龄为4 d时,平均出水NH3-N仅为2.7 mg/L,去除率达到92.3%.

作 者：董滨 周增炎 高廷耀 作者单位：同济大学,城市污染控制国家工程研究中心,上海,200092刊 名：中国给水排水 ISTIC PKU英文刊名：CHINA WATER & WASTEWATER年，卷(期)：20(11)分类号：X703.1关键词：城市污水处理 脱氮除磷 悬浮填料 倒置A/A/O工艺

中试工艺 篇5

关键词：流离生化技术,垃圾渗滤液,污水处理工艺,中试研究

经济的发展和社会生活水平的提高, 使得生活垃圾种类和数量均越来越多, 并呈现着明显的增长趋势[1]。垃圾渗滤液是一种由于垃圾长期堆积分解、以及雨雪淋过后渗滤而下的污水[2], 该类污水异味重, 严重影响城市环境和接触者身体健康, 成为垃圾处理过程中产生的二次污染物, 需要及时利用化学、物理、生物等处理方法进行分解和清理[3]。生物处理方法具有能耗低、效率高、反应彻底、二次污染小等优势, 是垃圾渗滤的主要污水处理手法。其中微生物的缺氧或厌氧与好氧相结合的方法是近些年生物处理方法研究的重点课题之一[4]。而流离生化技术是在废水生物法处理的基础上改良的先进技术, 其具有积聚废水中悬浮物、有机物的作用, 并集活性污泥法与生物膜法于一身, 可通过曝气作用创造局部好氧、兼氧及厌氧的微环境, 呈现出良好的脱氮、除碳及耐冲击水质波动能力[5]。目前针对于流离生化技术处理垃圾渗滤液的相关报道尚少, 笔者通过中试试验, 提取和总结了处理过程中的相关数据及生化反应, 希望为科技发展提供有利依据。

1 材料与方法

1.1 试验装置和材料

采用自设计流离生化处理反应装置 (如图1所示) , 装置长×宽×高为1.9×8.0×1.5m, 为不锈钢材质, 装置内依次划分为均质池、厌氧池、曝气池、以及中间水池。将待处理垃圾渗滤液经进水口输入均质池进行水质均配;再将均质池处理后污水定量输注到厌氧流离生化池进行处理;处理后污水将自行流入曝气池, 两个曝气池底均有穿孔管曝气装置以向池内提供定量气源, 对污水实施曝气流离生化处理;最后, 处理后净水储入中间水池, 供后续深度处理试验。

主要材料为流离球, 由聚乙烯外壳和填料组成, 直径100mm。其中厌氧流离球填料使用化学改性火山岩, 池内填充比例40%, 粒径15mm~25mm;曝气流离球填料使用化学涂层的碎石块, 池内填充比例70%, 粒径12mm~20mm。

1.进水口;2.搅拌机;3.均质池;4.进水泵;5.布水器;6.厌氧流离生化池;7.厌氧流离球;8.曝气管;9.一级曝气流离生化池;1 0.二级曝气流离生化池;1 1.曝气流离球;1 2.回转式风机;1 3.中间水池

1.2 试验污水化学成份

垃圾渗滤液来源于江苏省宜兴市某垃圾中转站, 经化学实验获得数据:CODcr (8600~15000mg/L) , PH (7~8) , 总氮 (720~1010mg/L) , 氨氮 (500~890mg/L) , 悬浮固体 (900~1200mg/L) , 总磷 (25~55mg/L) 。

1.3 试验方法

试验共分两个阶段: (1) 驯化阶段:采用逐渐提高合成污水浓度的方式对种污泥进行预驯化, 氨氮与COD最终达到垃圾渗滤液进水水质浓度; (2) 实际垃圾渗滤液生化处理阶段:垃圾渗滤液分别经过厌氧流离生化池、曝气流离生化池生化处理之后进入中间水池。

驯化具体步骤如下:取垃圾渗滤液和自来水一齐注入均质池, CODcr控制范围为1000~1200mg/L, 搅拌机混合搅拌约30min。水泵启动, 加入接种污泥, 控制MLSS范围7800~9620mg/L。注满厌氧池和曝气池, 控制MLSS为3560~4560mg/L。厌氧池面的水由进水泵送入十字形布水器, 形成内循环搅拌, 至CODcr值低于2000mg/L时, 关闭进水泵。静置2h后再次启动进水泵, 向厌氧池中注入约1/3进水量以及适量的种泥, 同样由进水泵进行内循环。直至填料和从池底排放出的污泥呈现致密的橙黑色, 至此厌氧流离生化池启动成功。启动回转式鼓风机对曝气池进行闷曝, 溶解氧浓度应控制在2~4mg/L间。检测CODcr低至500mg/L时, 采用低负荷间歇法, 通过进水泵向均质池中适当进水和接种污泥, 日进水时间相对增长, 直到填料上呈橙黄色膜, 说明生物膜培养完成。此时, 厌氧池和曝气池均停止接种污泥, 按设计量20%的进水量持续向均质池输注垃圾渗滤液, 检测CODcr低至500mg/L后, 进水量提升至设计量的30%~40%, 反复运作, 直到达成设计处理量。再按同等比例增加进水浓度, 直至到达垃圾渗滤液原水质浓度。

1.4 分析方法

CODcr、氨氮和总磷由快速测定仪测定 (北京连华大地科技发展公司生产) ;溶解氧由溶解氧测定仪测定 (上海精密科学仪器有限公司生产) ;pH测定采用便捷式pH计法;SS和MLSS测定采用重量法;TN测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。

试验过程中定时取样, 每次取三份, 以平均值作为试验数据。

2 结果与分析

2.1 处理效果

该试验自反应装置启动至驯化结束且出水基本达到稳定时 (全驯化过程) , 共经历约40d。如表1为处理量为100L/h时的各池的处理效果。

如表1, 随着反应的进行和驯化过程的发展, COD、氨氮、TN、TP含量不断下降, pH值不断上升。厌氧池中, 由于生物降解负荷存在不稳定性, 促使产酸细菌更多的产生挥发性脂肪酸, 使池内pH值下降, 产甲烷细菌活性受到抑制, 厌氧系统的去除率因此而下降。而通过酸化细菌的水解酸化反应, 有效避免了厌氧反应中酸败的产生, 从而有助于pH值的提升, 促进甲烷细菌活性, 从而提升厌氧池的去除效率。而在整个驯化过程中, 由于硝化作用与反硝化, pH值出现上升;有机物分解后产生CO2吹脱, 使pH值上升;有机酸不断分解过程中引发pH值上升。整个驯化过程中, pH值不断提升。

2.2 水力停留 (HTR) 对生化处理的影响

从表2可知, 厌氧池COD去除率随着HTR时长的减少而逐渐降低。这是因为厌氧池中应用改性火山岩作载体, 能够在受到冲击负荷时吸附毒性物质, 随着废水得到处理, 根据生物再生机理渐渐地重新把毒性物质释放于水中。

由表3, 随着HTR时长的增加, 曝气池COD、氨氮、TN去除率逐渐增加。

曝气池中存在着好氧、缺氧、厌氧三种局部环境, 从而发生同步硝化反硝化、厌氧氨氧化等不同转化途径。HTR时长的增加, 好氧区微生物不断氧化和分解有机物, CO D去除率上升。氨氮和TN去除率的上升, 首先是因为厌氧氨氧化途径去除氨氮, 使硝化菌富集进而加速硝化反应, 整个系统的总氨氮去除率不断提升;其次, 缺氧区内有机物不断酸化并降解成小分子, 在反硝化开始的5min~15min, 反硝化菌以挥发性脂肪酸及醇类等易降解的厌氧发酵产物为碳源, 反应达到最高速率, 同时, 碳源不足时, 进行细胞内源反硝化, 提高了整个处理系统的反硝化程度, 从而利于提高脱氮效率。因此, 在工程中, 为了提高COD和总氮的去除率, 可以相应地增加渗滤液在系统中的停留时间。

2.3 溶解氧浓度 (D O) 对曝气池生化处理影响

曝气池的处理应用了双级模式, 若提高曝气量, 则对能耗要求较大, 因此需要研究和有效控制溶解氧的浓度。由表4的结果可知, 随着DO增大, 曝气池内好氧微生物数量明显增加, 分泌大量的胞外酶, 有机物得到不断降解, COD去除率逐渐升高;另外, 硝化脱氮作用需要大量氧自由基使氨氮向-NO2、-NO3转化, DO的增大使得氨氮的去除率也逐步增加。

2.4 容积负荷 (F r) 对特殊化处理的影响

一般情况下, 高浓度负荷进水不仅促进了污泥的增殖, 同时强化污泥中降解菌对难降解有机物的驯化作用 (包括共代谢作用) , 从而让反应器降解更多的剩余有机物。同时顶部的填料作用, 使反应器内生物量增加, 经流离作用将微生物和悬浮性物质截留于反应器中, 加强了系统处理能力, COD去除率相应地提高。但当达到微生物所能承受的负荷, 即生长代谢所需碳源过量时, 微生物反而会释放多余碳源, 使得COD有所增加。

如表5、6所示, 厌氧池COD去除率当Fr达到 (2.76~3.28) Kg/m3/d之间时最高, 曝气池Fr在 (1.28~1.39) Kg/m3/d时, COD去除率达到最高。提示反应器的抗冲击负荷能力在厌氧池容积负荷在范围 (2.76~3.28) 、以及曝气池抗冲击负荷在 (1.28~1.39) 时最优。

曝气池中随着Fr的增加, 厌氧氨氧化反应与好氧硝化反应活性没有受到明显抑制影响, 氨氮去除率逐渐上升 (见表7) 。

3 讨论

目前, 利用生物法对垃圾渗滤液进行处理具有明显的操作简单、成本低、耐受冲击负荷作用强等特点。流离生化技术是较先进的生物处理方法之一, 由于其在一些工业废水处理中已见成效, 也被尝试应用在生活污水处理工作当中[6]。流离生化技术巧妙的将活性污泥处理方法与生物膜处理方法结合在一起, 促使污水中的悬浮物、杂物、有机物等通过填料积聚起来, 再利用曝气作用, 形成良好的局部好氧、兼氧、厌氧微环境, 获得较好的除碳、脱氮、耐冲击水质波动等能力。

整个运行过程中始终未对进水pH值进行调节, 也没有向反应器中人为投加碱性物质, 反应器仍能正常运行, 对COD的去除率也保持稳定, 表明系统本身具有较强的抗pH变化能力, 并能对pH进行自行调节, 保证后续生物处理所需的酸碱度。

总之, 流离生化处理垃圾渗滤液具有较好的效果, 其有效结合了流离原理以及生物学的相关机制[7], 是污水处理相关领域的一项新的技术性突破, 尤其适合应用于小区、建筑物等的污水处理中, 具有广阔的发展远景。

参考文献

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[2]宋建华.垃圾渗滤液及其处理技术[J].农业与技术, 2007, 27 (4) :134～137.

[3]郑振晖, 王红梅, 于玉华, 等.垃圾渗滤液处理技术研究进展[J].安徽化工, 200 7, 33 (4) :53～55.

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[5]王云飞.流离生物床处理废水的无污泥特性试验与应用[J].上海环境科学, 2001, 20 (5) :231～232.

[6]何大伟, 武强.投加FSB流离球填料处理高浓度制药废水的中试研究[J].黑龙江科技信息科技论坛, 2005:50.

中试工艺 篇6

异相催化工艺是氧化技术的一种,运用高级氧化程序(AOPs,Advanced Oxidation Processes),在反应器中装填经过特殊技术处理的Catalyze填料,采用流化膨胀方式,使氧化产生的三价铁(Fe3+)极易与Catalyze填料结合,形成FeOOH异相结晶体,FeOOH是H2O2极好的催化剂,在酸性条件下溶出并产生Fe2+,与过氧化氢(H2O2)反应,产生强氧化剂·OH,将废水中的难降解有机物氧化去除,后续出水B/C得到提高。与传统Fenton相比,降低Fe2+的使用量,从而降低了运行费用,同时大大减少污泥产生量,减少了二次处理费用。

1 废水来源及水质

试验废水采用某大型公司腈纶车间生产工艺产生的含腈废水,其废水水质(平均)如表1所示。

2 试验部分

2.1 主要中试装置

异相催化反应器:外形尺寸为φ600 mm×6150 mm,内置500 kg Catalyze填料;PE桶(1000 L,3只),分别作为中和槽、脱气槽、混凝反应槽使用;搅拌机(0.18 kW/台,1台),沉淀池:外形尺寸φ2400 mm×3500 mm,数量1座;提升泵1台;回流泵2台;加药装置4套。

2.2 工艺流程

废水处理工艺流程如图1所示。

1.原水泵;2.异相催化反应器;3.中和槽;4.脱气槽;5.混凝反应槽;6.深沉池;7.流量计;8.回流泵1;9.回流泵2

调节池出水(原水)提升至异相催化反应器,因原水pH值为3～5,符合进水要求,不需另外调节水质,异相催化出水部分回流至进水端,回流水分两部分,一部分混合亚铁盐进入进水端,一部分混合H2O2进入进水端,药剂通过回流在设备本体内与原水、MW-Catalyze填料充分接触,并发生化学反应,从而达到降低废水中有机物的目的,部分出水进入后续中和槽,在中和槽加入碱液调节pH至中性,使出水中被氧化的Fe3+转化成可沉淀物质,并在混凝反应槽中与PAM接触,使絮体变大,在化学沉淀池中沉淀,达到固液分离的目的。

2.3 中试水量

试验装置试验水量为1 m3/h。

2.4 分析方法

COD采用重铬酸钾法,BOD5采用稀释接种法,pH分析采用玻璃电极法。

2.5 试验运行时间

试验装置共运行60天。

3 试验外在影响条件确定

3.1 pH值

废水的酸碱影响Fe3+/Fe2+的平衡,pH过低,使Fe3+浓度增加,使H2O2稳定性增强,羟基自由基OH·生成的速度减慢,氧化能力降低;而pH过高,会导致Fe3+以氢氧化物的形式沉淀而降低或失去氧化作用,同时也会使过氧化氢产生无效分解降低催化效率。一般认为pH为3～4比较适宜,将原水pH控制在4左右。

3.2 温度

温度升高有利于催化氧化反应的进行,但温度过高会使H2O2分解过快,副反应增多,造成H2O2的无效分解成O2和H2O。一般认为40 ℃比较适宜,不应超过60 ℃。将待处理原水水温控制在常温,即20～30 ℃。

4 试验结果与分析

4.1 第一阶段COD的去除

试验在固定H2O2投加量、原水pH和混凝反应槽pH的条件下,考察FeSO4·7H2O投加量对COD去除效果的影响。反应条件为:进水量控制1 m3/h,原水pH为3～4,27.5% H2O2投加量为3 L/h,混凝槽pH控制7～9,从小到大逐渐增加FeSO4·7H2O的投加量,分别检测去除COD量的变化,其实验结果如图2所示。

由图2可以看出,当[Fe2+]投加量较低时,COD去除率也较低,且随着[Fe2+]投加量增加,对COD的去除率呈抛物线关系,当[H2O2]/[Fe2+]为1:0.6时(质量比),即H2O2:FeSO4·7H2O投加量为1:3时, COD去除率为最高,达到43%,当[Fe2+]投加过量时,[Fe2+]消耗部分·OH,从而降低了有机物的降解速率。由此可以判断,当[H2O2]/[Fe2+]在1:0.4～1:0.8比较合适。

4.2 第二阶段COD的去除

该阶段,固定[Fe2+]投加量、原水pH和混凝反应槽pH的条件下,调整H2O2投加量,考察H2O2投加量对COD去除效果的影响。反应条件为:进水量控制1 m3/h,原水pH为3～4,25%FeSO4·7H2O投加量为12 L/h,混凝槽pH控制7～9,从小到大逐渐增加H2O2的投加量,分别检测去除COD量的变化,其实验结果如图3所示。

由图3可以看出,随着H2O2投加量的增加COD去除率先升后将的曲线,当H2O2浓度较低时,随着H2O2浓度的增加产生的(·OH)量增加,反应效率增加;当[H2O2]/[Fe2+]为1.5:1时(质量比),即H2O2:FeSO4·7H2O投加量为0.3:1时, COD去除率为最高,达到49%,当H2O2的浓度过高时,废水中浓度较高的(·OH),在反应一开始就把Fe2+迅速氧化为Fe3+,这样既消耗了H2O2又抑制了·OH的产生。由此可以判断,当[H2O2]/[Fe2+]在质量比1:0.4～1:0.8比较合适。

4.3 第三阶段COD的去除

根据第一和第二该阶段所取得的技术参数,进行巩固验证试验。进水pH为3.03～4.24,平均为3.65,进水温度20～30 ℃,投加药剂比例[Fe2+]/[H2O2]/[COD]=0.60/1/0.47(质量比)。进水COD为672～1650 mg/L,平均为1023.9 mg/L;出水COD为385～681 mg/L,平均为551.3 mg/L,平均去除COD为472.6 mg/L, COD平均去除率46.2%。进水的COD波动较大,但出水稳定,说明了系统的稳定性和可靠性。试验结果如图4所示。

4.4 进出水B/C的比较

在试验稳定运行阶段,分别检测了进出水的BOD、COD,对进出水的B/C进行了比较,进水平均B/C为0.28,通过异相催化处理后,出水平均B/C为0.39,其结果如图5所示。

5 结 论

(1)在现有工艺条件下,各个不同的加药条件下,出水COD比进水最少降低261.6 mg/L(平均值),最多降低472.6 mg/L(平均值),达到理论加药值的目标。在第三阶段,COD:H2O2:Fe2+质量比为0.47:1:0.60时,去除效果最佳,COD去除率为46.2%。

(2)整个工艺系统运行稳定,对含腈废水中难降解的有机物具有很好的去除效果。

(3)与传统Fenton相比,大幅降低了催化剂[Fe2+]的加药量,降低了运行费用,并减少了污泥产生量,降低了二次污染。

(4)异相催化中的晶体FeOOH异相结晶体,微溶于水,易于回收,不会对水体造成二次污染。

(5)原水中B/C约0.28,经过异相催化反应后,将水中部分大分子有机物降解成小分子有机物,出水B/C提升至0.39,可生化性大大提升,对后续生化产生有利影响。

摘要：采用异相催化工艺作为含腈废水的预处理,通过2个月的试验运行,中试处理量为1 m3/h。确定了正常运行阶段最佳条件为:COD∶H2O2∶Fe2+质量比为0.47∶1∶0.6,进水pH为3～4,COD的去除率达到45%,废水的可生化性得到提高。

中试工艺 篇7

I/A series系统硬件包括应用处理机AP、操作站处理机WP、应用操作站处理机AW通讯处理机COMP、控制处理机CP、现场总线组件FBM。我厂采用的I/ASeries小系统, 采用应用操作站AW取代系统的AP、WP、COMMP。应用操作站处理机AW具有AP和WP双重功能。应用操作站处理机AW具有应用处理机和操作站处理机的双重功能, 即可作为一个应用处理机承担网络上的服务器功能, 同时又可作为一个人机接口。它在中小型系统中充当主站的角色, 而在大型系统中作为关键处理机, AW执行与显示、生产控制、用户应用程序、诊断和组态等有关的应用功能.并具有开发和执行需要扩展的数据处理和文件服务能力的应用功能。

CPU采用FCP270, FCP270采用具有存储程序功能的基于AMD ElanSC 520芯片组 (运行100MHZ以上) , 每秒能执行10000个功能块, 可组态多达4000个控制模块, 并支持100Mbps控制网络。控制处理FCP是一个可选的容错站, 和与它相连的现场总线组件FBM (Field Bus Module) 一起可按组态好的控制方案对过程进行控制。它可实现连续控制、梯形逻辑控制和顺序控制等功能。完成数据采集、检测、报警和传送信息的功能。

现场总线上连CP, 下接现场总线组件 (FBM) , FBM是现场传感器/执行器与控制处理机的接口。FBM对现场设备使用的电气输入/输出信号进行适当的转换使得通过现场总线能与这些装置通讯。现场总线组件FBM, 分为模拟和数字二种信号类型, 对模拟信号输入, 可组态其分辨率, 所有现场信号与控制电子线路隔离, 对模拟量的输入输出信号采用变压器耦合, 与光电双重隔离, 且每路A/D、D/A转换独立, 保证故障对系统的影响最小。可用现场总线组件对现场变送器供电, 省去了外接配电器的麻烦。

现场总线是一种单主站共用线串行数据总线, 遵循EIA标准RS-485。使用同步通讯规范, 现场总线完全防止了一位, 二位和寄数位的出错, 提供了高度的安全性。所有与现场总线组件之间的通讯是通过一个冗余的现场总线完成的, 所有现场总线的数据交换由主站启动, 相连的现场总线组件都是从站。现场总线按使用的CP不同, 分为CP40和CP60两种。我厂选用的是CP60。CP60采用通讯规程符合IEEE802.3结构形式, 总线结构信号传送方式为带冲突检测的多路送取争用总线数据。传输速率为10M/S。通讯传送介质为同轴电缆184m, 光缆2km, 总距离最大为20k。现场组件可与控制处理机CP或运行I/A Series综合控制软件的个人计算机相连接。各种FBM与工厂中通常遇到的各种现场信号相匹配。而且, 由于这些组件是由软件组态的, 所以它们的品种要比以前的系统少得多。

2、软件实现

I/A series系统软硬件到位安装好后, 要做的工作就是把控制方案组态到机器里。我们使用的是CIO组态器。了解COMPOUNDBLOCK基本概念和一些重要的模块参数。下位机组态, 选择:SYS---CHANGE_ENV---PROC_ENG_ENV---CONFIG---CONTROL_CFG进入CIO_CON-FIG, 余下的主要工作就是参数的连接和逻辑编程。

上位机组态:采用FOXDRAW软件可进行流程图的建立与组态, 它的随意放大缩小功能可以让流程图更为精确。I/A series系统具有先进的系统框架, 包括完整的基础框架, 报警、事件管理子系统, 便于组态的报表系统, 扩展的历史数据库采集以及多种类型的系统标准趋势等。报警及趋势由其集成软件AIM*Historian组态。过程报警记录CP运行过程由控制组态方案定义的报警, 典型的有超量程报警, 如模拟量的绝对值报警和偏差报警, 或数字量模块的状态报警等, 无论是否组态报警设备, 报警信息都会显示在模块面板图上以及模块详细显示画面上。通过对历史组态器的组态, 我们定义那些过程数据需要采集、记录, 采集来到的数据要做哪些处理, 以及对处理后的数据如何归档保存等问题。

3. 工艺控制原理

一次浸渍调配设备主要包括, 送粕与喂粕, 一浸桶。在一浸桶液位控制中, 其中液位控制模块与两个速度控制模块, 形成一个串级控制回路, 平稳地控制着浆粕的投入量。浆粕浸渍碱比例计算模块又有效地控制住浸渍碱的加入, 从而使一浸桶液位趋于平衡。

我厂一期喂粕机整体分为送粕与喂粕, 喂粕的作用是为一浸桶连续提供一定重量的浆粕。送粕与喂粕为两台变频拖动。送粕、喂粕各有测链条断装置, 测过转矩装置, 为了精确测量喂粕转速, 送粕与喂粕现场各装一增量传感器, 整台喂粕机装有称重装置。一浸桶采用下搅拌方式, 电机拖动为160kW, 采用软起动方式。一浸桶的主要作用是浸渍与搅拌。浸渍就是将浆粕浸与碱液中, 使之发生碱化作用, 使不溶于水且不能直接与CS2作用的纤维素变成为可与CS2作用生成可溶于水的纤维素黄酸酯的碱纤维素。搅拌作用主要是是桶中混合物充分反应。

以送粕、喂粕, 一浸桶、浆粥桶为一个工作流程, 一浸桶是整个控制的关键点。一浸桶喂粕重量加入公式为: (喂粕机速度*60) * (喂粕机上重量/258) =单位时间浆粕重量。密度计算公式为:单位时间浆粕重量/单位时间浆粕重量+单位时间碱加入量

整个流程采用顺控方式, 其中用5个PID作为分级与串级控制。第一个串级控制:在一浸桶中有一密度计, 检测一浸桶中浆粥密度 (干浆粕重量所占浆粥重量的百分比) 通过检测密度大小 (根据工艺要求) 通过组态做一个系数, 作为一浸碱加入量的W值 (流量) , 根据实际X (流量) 输出Y做为阀门开度用来控制碱的加入量。

第二个串级控制:设定一浸桶液位W (%) 根据实际液位X (%) 调整Y (转速) 做为喂粕机、送粕机设定速度W。喂粕、送粕Y (4-20MA) 做为变频器给定速度, 变频器反馈作为喂粕机、送粕机实际转速X。再一期工程中外方采用增量传感器的方式作为X, 在此次设计中考虑变频器反馈能够满足送粕、喂粕精度, 而且能够减少成本, 于是采用了变频反馈控制方式, 应用后效过良好。

整个工序开车分手动自动两种, 当刚开车时为手动开车控制喂粕速度, 控制碱的加入量, 当一浸桶中液位达到设定液位后, 几个电机与PID设为自动。

在生产过程中, 送粕与喂粕电机依据PID调整电机转速, (喂入量) 送粕、喂粕测链条断装置为2个NAMUR接近开关, 当链条断时隔离卡接收不到设定的脉冲数目, 卡输出继电器动作NAMUR信号通过隔离卡转换为干点进入DCS, 喂粕自动停车并显示MIN。为了保护机械设备在减速箱旁装过转矩开关, 开关点直接串入电器控制回路。当现场出现问题时, 转矩开关动作并直接停掉驱动单元。为了保护一浸桶的机械密封, 现场装有一台密封水流量计。密封水流量信号直接引入DCS, 设备运转流量低于设定值停止一浸搅拌。为了更好的保护设备, 一浸桶液位参与了一浸桶驱动控制, 当一浸桶液位低于设定液位时停止一浸桶搅拌。在一浸桶电气控制中, 应用了西门子3RW22软启动器作为160KW电机的驱动单元。为了延长软起的使用寿命与软起在下一次启动前能够很快冷却下来, 采用了并联接触器的控制方式, 当3RW22启动正常后, 3RW22运行信号开始接通旁路接触器, 进而保护了软起。

参考文献