有機(jī)中間體(苯系)廢水治理現(xiàn)狀與發(fā)展——廢水處理技術(shù)(二)
1.1 氯化苯
氯化苯是重要的氯系中間體,每噸產(chǎn)品排放廢水1.5噸,廢水中主要含苯、氯苯等有機(jī)物,通常含量為100~200mg/L。
目前國內(nèi)氯化苯廢水治理主要采用吹脫(或汽提)、吸附與生物處理相結(jié)合的辦法,由于溫度升高有利于氯化苯的揮發(fā)。因此,在吹脫過程中應(yīng)將污水加熱到一定溫度,吹脫逸出的氯苯和苯泠凝回收,少量未冷凝的氯苯和苯用火星炭吸附回收,然后進(jìn)行生化處理。
在吸附過程中由于活性炭不易再生,國內(nèi)外開發(fā)樹脂吸附,如美國采用苯乙烯一二乙烯苯類樹脂對溶液中的氯苯進(jìn)行吸附,可以回收95%的氯苯,樹脂吸附后常用稀酸、稀堿作脫附劑,脫附率為95%,不產(chǎn)生二次污染,其吸附能力不變。
在吸附環(huán)節(jié),國外有的采用熱解或催化氧化法替代,如德國采用將氯苯與600~1000℃水蒸汽反應(yīng),催化劑為含20%~99.9%(m/m)的CaO和80%~0.1%(m/m)的AL2O3的鋁酸鈣,也可加入少量的V、Cr、Mo、Fe、Ni、Cu。氯苯與水的比率為1:0.5~1:4。分解后的主要產(chǎn)物為烯烴H2、CH4、CO2。
國內(nèi)濟(jì)寧中銀電化公司采用清污分流、封閉循環(huán)水、提高堿洗濃度到10%以上來改善堿洗效果消除了氯苯生產(chǎn)中的60%廢水,水耗由原來的170t/t降至42t/t,同時降低了苯耗,成本降低500元/t。在消除污染的同時提高了產(chǎn)品競爭力值得工業(yè)化推廣應(yīng)用。
1.2 硝基苯與硝基氯苯
硝基苯與硝基氯苯是以混酸對苯或氯苯進(jìn)行硝化產(chǎn)物,廢水中主要含有硝基苯、硝基氯苯和酚鹽類物質(zhì)如硝基酚鈉、二硝基酚鈉、三硝基酚鈉等。
由于這類廢水中有機(jī)物種類較多,目前國內(nèi)普遍采用汽提、萃取或吸附再加上生化降解的綜合處理方法。這些過程的主要技術(shù)特點是:為防止固體不溶物對汽提塔的污染,在進(jìn)行汽提操作以前要對廢水進(jìn)行必要的過濾或潷析處理;在萃取前首先要對堿性洗水進(jìn)行酸析,去除硝基酚類;硝基苯和硝基氯苯酸析后的廢水可以先用一種對應(yīng)的有機(jī)溶劑苯、氯苯萃取,萃取溫度為20~80℃,pH≤5,然后有機(jī)相再和Na2CO3在pH≥8的條件下反萃;萃取液中苯或氯苯可返回硝化階段重新再利用。
國內(nèi)有部分廠家采用吸附方法,目前主要的吸附劑為活性炭。近年來國內(nèi)外對樹脂吸附處理硝基苯和硝基氯苯廢水有大量的文獻(xiàn)報道,樹脂的組成有經(jīng)溶劑溶脹后交聯(lián)的聚苯乙烯或丙烯酸——2——乙基乙酯,苯乙烯一二乙烯苯類聚合物等。南京大學(xué)開發(fā)的CHA——111大孔樹脂用于處理硝基苯和硝基氯苯廢水取得良好的效果,CHA——111的工作吸附容量為126mg/L,處理水量為190BV,處理后硝基苯類化合物的濃度小于5mg/L,去除率為99%,而且廢水中的pH值對樹脂吸附效果無明顯影響。使用異丙醇為脫附劑,最佳脫附溫度為55℃。另外,沈春銀等人采用H——103型吸附沙脂處理硝基氯苯廢水也有較好的效果,硝基氯COD去除率達(dá)95%。由于樹脂可反復(fù)使用,因而采用樹脂處理廢水較為經(jīng)濟(jì),具有發(fā)展前景
由于硝基苯和硝基氯苯較為穩(wěn)定,在一般條件下不易分解,近幾年,國外開發(fā)化學(xué)處理法的較多,其中具有發(fā)展前景是濕式氧化法。濕式氧化一般在較高溫度下和壓力下操作,反應(yīng)溫度一般在325~375℃,壓力為22.0~34.5MPa,反應(yīng)時間為5分鐘,將有機(jī)物氧化為CO2和H2O等簡單的小分子化合物,在此條件下難以分解的有機(jī)物可以很容易地降到0.01ppm.如果廢水濃度很高,可做進(jìn)一步生化處理。為了使處理溫度變低、效果更高,還可使用催化劑。如德國專利介紹,將硝基苯或硝基氯苯廢水加熱到100~300℃,在0.2~10MPa的壓力下,借助催化劑,如CuO、AI2O3或硅酸鎂或Cu、Cr、Zn在Al2O3氧化物的作用下氧化分解有機(jī)物,硝基苯和硝基氯苯降解90%以上。
另外,生物降解法是目前處理低濃度硝基化合物廢水既經(jīng)濟(jì)又有效的方法,不過需要加強(qiáng)菌種的選擇和馴化,將其有機(jī)地與化學(xué)或物理處理法相結(jié)合,以提高硝基物廢水的處理水平。
1.3 二硝基氯苯
二硝基氯苯以前產(chǎn)量較小,隨著下游產(chǎn)品的不斷開發(fā),目前已成為重要的精細(xì)化工中間體。
二硝基氯苯屬于難以生物降解的有機(jī)物,目前國內(nèi)主要采用活性炭或煤渣吸附處理二硝廢水,處理后基本上能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。但處理成本高,每噸水約1.5元,而且活性炭難以再生,造成二次開發(fā)污染。
對肖羽堂等人提出以廢鐵屑對該廢水進(jìn)行預(yù)處理,從而使廢水可生化性大大提高。鐵屑投加量為4%(m/m),將pH為5、COD為1 000~1 500mg/L、色度的去除率為65.4%和93.5%,同時廢水的可生化性BOD5/COD由0.023提高到0.47,降低了處理成本.
1.4 苯胺
苯胺是重要的有機(jī)中間體,每噸產(chǎn)品產(chǎn)生0.2噸廢水,含苯胺約15g/L毒性較大。
苯胺生產(chǎn)廢水經(jīng)典的處理方法是采用厭氧細(xì)菌的生化處理法,但該法需在進(jìn)生化池前用共沸蒸餾法或有機(jī)溶劑如苯、甲苯進(jìn)行萃取預(yù)處理,將廢水中的苯胺降低到500ppm以下,過程的經(jīng)濟(jì)生不是很理想,處理成本高。
南京四力公司、南化公司磷肥廠用CHA——101樹脂在室溫下吸附處理苯胺生產(chǎn)廢水據(jù)報道可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn),并回收了苯胺、硝基苯。
清華大學(xué)采用絡(luò)合萃取法對國內(nèi)多家含苯胺廢水進(jìn)行處理,經(jīng)2~3級逆流萃取后廢水中的苯胺含量由15g/L降低到0.3mg/L以下,直接達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),并可回收99%的苯胺,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。另外,還開發(fā)出雙溶劑絡(luò)合萃取劑,可將廢水中的硝基苯含量將至1ppb以下,工業(yè)化應(yīng)用前景廣闊。
1. 5 4—氨基二苯胺
4—氨基二苯胺是重要的橡膠助劑、醫(yī)藥和染料中間體。目前國內(nèi)生產(chǎn)工藝多為較落后的甲酰苯胺法,而且縮合后還原過程均采用硫化堿還原,廢水量大,污染嚴(yán)重。其中縮合母液和還原母液廢水占整個工藝的95%以上。
國外一般采用活性炭吸附、過濾,然后采用焚燒的方法處理縮合母液中的有機(jī)物。也有用苯、甲苯等溶劑萃取的方法回收有機(jī)物,但效果不高,處理后的高含鹽廢水仍無法處理。
國內(nèi)姜力夫人等人對縮合廢水采用濃縮結(jié)晶的方法回收KCL,然后焚燒除去有機(jī)物,再用離子交換樹脂法生產(chǎn)K2CO3回用于生產(chǎn)工藝。
1.6 鄰苯二胺
鄰苯二胺地重要的農(nóng)藥中間體,國內(nèi)主要采用硫化鈉還原鄰硝基苯胺工藝生產(chǎn),每噸產(chǎn)品產(chǎn)生污水8噸。污水中鄰苯二胺濃度6000~9000mg/L,污染嚴(yán)重。
江蘇化工學(xué)院和江陰永聯(lián)集團(tuán)用H——103樹脂吸附處理含13000mg/L鄰苯二胺的廢水,出水鄰苯二胺降到350mg/L,用稀鹽酸為脫附劑可回收90%的鄰苯二胺,COD去除率90%。
沈陽化工學(xué)院綜合利用研究所開發(fā)出以磷酸三丁脂為萃取劑回收廢水中鄰苯二胺的技術(shù),回收率85%,還可回收硫化鈉,以建30t/d的規(guī)模計算,年盈利可達(dá)21.7萬元。該技術(shù)可與中分式萃取塔結(jié)合,實現(xiàn)多級連續(xù)萃取,效果更好。
齊兵等人應(yīng)用液膜法處理高濃度鄰苯二胺廢水效果較好,主要過程包括制備乳液、液膜萃取、澄清分離等過程。選用氯仿為傳質(zhì)介質(zhì),將廢水中鄰苯二胺以鹽類的形式回收,乳液可以復(fù)用或破乳后再制乳,具有較好的發(fā)展前景。
1.7 苯酚
苯酚是一種重要的基本有機(jī)合成原料,我國近年來發(fā)展較快,目前苯酚生產(chǎn)的廢水年排放量約200萬噸,含酚量高達(dá)10000mg/L。
國內(nèi)傳統(tǒng)的苯酚廢水處理方法為用苯、重苯、醋酸乙酯和N——503——煤油等為溶劑的萃取法,苯酚的去除率99%左右,但萃取后的水中仍含有10mg/L的酚,遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)0.5mg/L。當(dāng)濃度過高無法處理時,則采焚燒法處理,非常不經(jīng)濟(jì)。
國外較經(jīng)濟(jì)有效的處理方法是先用溶劑萃取法將廢水中的苯酚含量降低到2000mg/L以下然后再用XAD——4吸附樹脂來處理苯酚生產(chǎn)廢水,經(jīng)樹脂吸附后可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),并可回收苯酚。南開大學(xué)采用國產(chǎn)的H——103吸附樹脂替代XAD——4吸附樹脂處理苯酚廢水,對含酚量2000mg/L以下的廢水,樹脂的吸附容量為150——250mg/L,酚的去除率為99.99%,處理效果優(yōu)于XAD——4吸附樹脂。但該法同樣存在進(jìn)水濃度不能過高的問題。
為解決酚類廢水的處理問題,近幾年來國內(nèi)外的研究較多,其中最具發(fā)展前景的是生物流化床法、乳狀液膜法和絡(luò)合萃取法。
生物流化床以砂、焦炭、活性炭等為載體,污水流由下向上流動,使載體處于流化狀態(tài)。生物流化床可使反應(yīng)器內(nèi)的生物膜處于高密度狀態(tài),在向反應(yīng)器內(nèi)曝汽的同時使空氣和生物膜保持良好的接觸,從而提高了處理效率。生物流化床具有容積負(fù)荷大、處理效果好、效率高等特點,可以處理大量高濃度的含酚廢水。日本石油公司開發(fā)的以聚乙烯醇凝膠為載體,固定生物催化劑(MCAT)的生物處理含酚廢水技術(shù)。MCAT耐用性好,活性可保持3年以上,可將原水中酚的濃度降到25mg/L以下。
絡(luò)合萃取技術(shù)已成為化工分離領(lǐng)域的研究開發(fā)主要方向之一。清華大學(xué)化工萃取實驗室采用QH——1絡(luò)合萃取劑處理濃度1000~10000mg/L含酚廢水,油水比1:3,在室溫下經(jīng)2~3級逆流萃取,廢水中的含酚量小于0.1mg/L,低于國家標(biāo)準(zhǔn),再用10%~20%的氫氧化鈉反萃,回收溶劑和苯酚,回收率99%。這一技術(shù)已投入工業(yè)化運(yùn)行。
乳狀液分離技術(shù)中萃取與反萃一次完成,分離效率高,投資與工作成本低。乳狀液膜用于處理含酚廢水,對于4000mg/L含酚廢水,經(jīng)過二級或三級處理后,除酚率可達(dá)99.9%,并可同時獲得酚鈉鹽的濃縮液。經(jīng)濟(jì)效益明顯,但該法制乳、破乳等工序與技術(shù)較為復(fù)雜。
1.8 對硝基苯酚
對硝基苯酚是重要的醫(yī)藥和農(nóng)藥中間體,由于目前國內(nèi)尚未開發(fā)出硝基苯催化加氫法制備對氨基酚,主要采用對硝基酚還原制備重要的醫(yī)藥中間體對氨基酚,因此對硝基酚生產(chǎn)顯得非常關(guān)鍵。
硝基苯酚生產(chǎn)廢水主要是結(jié)晶母液,每噸產(chǎn)品產(chǎn)生1~2噸廢水,含酚量在4000~9000mg/L。對硝基酚生產(chǎn)廢水國內(nèi)普遍采用萃取法或大孔樹脂只附法等進(jìn)行處理,江蘇石油化工學(xué)院開發(fā)的CHA——101樹脂,出水的含量可小于0.5mg/L。但處理后水中仍含有大量的無機(jī)鹽。這些方法僅用做綜合處理的預(yù)處理,處理后廢水不能達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),需進(jìn)一步治理
1.9 對氨基酚
對氨基酚是重要的醫(yī)藥中間主要用于生產(chǎn)藥物撲熱息痛。國內(nèi)目前主要采用樹脂吸附法,但效果和經(jīng)濟(jì)生均有待進(jìn)一步提高。
清華大學(xué)戴猷元采用20%P204+30%正辛醇+50%煤油體作為分離對氨基酚廢水的萃取劑,油水比=1:3對該廢水體系進(jìn)行錯流實驗,采用三級錯流,廢水中的對氨基酚去除率達(dá)100%,用2%稀鹽酸在40~50℃經(jīng)兩級反萃取,反萃率和對氨基酚的回收率可接近100%。該法同樹脂吸附法相比,還處于實驗研究階段,在過程的可操作性方面還有待改進(jìn)。