復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水處理方法
1、引言
現(xiàn)代生化工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)，經(jīng)常產(chǎn)生復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水，不僅含有大量有毒有機(jī)物，而且成分復(fù)雜，使用常規(guī)污水處理方法很難湊效。本文所研究的復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水的處理方法，旨在處理常規(guī)水處理法不能處理的復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水，期待為解決環(huán)保技術(shù)問(wèn)題作一份貢獻(xiàn)。
目前，超高濃度有機(jī)廢水的處理方法主要有物化處理法和生物處理法。物化處理法往往作為一種預(yù)處理的手段應(yīng)用于廢水處理。生物處理法是利用微生物的代謝作用來(lái)分解、轉(zhuǎn)化水中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)和其他各種超標(biāo)組分的生物技術(shù)。生化法是目前超高濃度有機(jī)廢水處理的主要方法。主要包括好氧活性污泥法、好氧生物膜法、厭氧生物處理技術(shù)。所使用的反應(yīng)器有膜一爆氣生物反應(yīng)器和厭氧接觸膜膨脹床反應(yīng)器等。但微生物的通用性不強(qiáng)、生化條件較苛刻，特別是有毒性的有機(jī)物會(huì)使微生物中毒死亡等，極大限制了該技術(shù)的應(yīng)用。另外，采用組合型工藝技術(shù)在有機(jī)廢水處理方面獲得較為滿意的效果。金虎等研究了搖動(dòng)床生物膜反應(yīng)器和活性污泥法組合處理高濃度有機(jī)廢水，出水COD平均祛除率基本保持在95%以上。張曉娟等采用酯化反應(yīng)-共沸精餾組合法處理環(huán)己醇、環(huán)己酮生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的甲酸廢水中的COD，祛除率達(dá)到96%以上。王萍等研究了高濃度有機(jī)廢水的處理方法，將高濃度有機(jī)廢水的處理技術(shù)提高到新的水平。唐麗華等研究了反應(yīng)-共沸分餾組合法處理醇酮裝置酸性廢水，可以處理醇酮酸性廢水。
目前工業(yè)有機(jī)廢水的處理，特別是復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水的處理技術(shù)存在較大的局限性，主要存在工藝過(guò)程復(fù)雜、外加物量大和費(fèi)用高等問(wèn)題。以氨基酸生產(chǎn)廢水為例，目前較為理想的單位水量成本至少在550~630元/m3以上，而且水處理設(shè)施的投資也較高。人們尋求工藝操作彈性大、設(shè)施較為簡(jiǎn)單和運(yùn)行成本低，且能達(dá)到國(guó)家污水排放高標(biāo)準(zhǔn)的工藝技術(shù)是耽誤之急。王理想等所研制的共沸-水蒸汽蒸餾處理有機(jī)廢水的方法，使廢水中的有機(jī)物形成共沸物，再冷凝分離，達(dá)到廢水處理的目的。該方法雖然能夠有效地處理一些簡(jiǎn)單高濃度有機(jī)廢水，但對(duì)于復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水的處理還達(dá)不到滿意的效果。
本文描述了“萃取-水蒸汽精餾處理超高濃度有機(jī)廢水的方法”，通過(guò)萃取去除廢水中不能形成共沸或高沸點(diǎn)有機(jī)物等，再加入助沸劑和水蒸汽直接加熱精餾，先精餾出低沸點(diǎn)有機(jī)物，再采用共沸-水蒸汽精餾法，去除殘余有機(jī)物。該方法處理了COD值高達(dá)幾十萬(wàn)的2，5-呋喃二甲酸合成工藝廢水、抗氧劑1425產(chǎn)生的廢水及5-乙酰基-3-氯亞氨基二芐的生產(chǎn)廢水，取得了令人滿意的結(jié)果，既能將廢水簡(jiǎn)單處理達(dá)標(biāo)，又可以產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)效益。
2、應(yīng)用實(shí)例
2.1 復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水的水質(zhì)分析
為了探討復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水處理的方法，進(jìn)行了一系列的模擬試驗(yàn)及數(shù)據(jù)測(cè)試，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分類(lèi)和科學(xué)分析，從而獲得了方法的原理支撐文件庫(kù)和技術(shù)參數(shù)體系。在此基礎(chǔ)上，采集工業(yè)復(fù)雜超高濃度的有機(jī)廢水，設(shè)計(jì)中試處理方案，進(jìn)行擴(kuò)大和中試。在中試獲得成功的基礎(chǔ)上，完成了2，5-呋喃二甲酸、抗氧劑1425和5-乙酰基-3-氯亞氨基二芐等11個(gè)工業(yè)化產(chǎn)品生產(chǎn)工業(yè)廢水的處理工程。本文所用的廢水樣品都是實(shí)際生產(chǎn)的復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水。
廢水1號(hào)是安徽瑞賽生化科技有限公司的2，5-呋喃二甲酸的生產(chǎn)廢水。經(jīng)檢測(cè)，約含:1.0%~1.2%果糖、1.3%~1.5%瓊脂、1.0%~2.0%葡萄糖、3.0%~3.5%酵母膏、0.3%~0.5%乙酸丁酯、0.5%~0.8%石油醚、0.2%~0.3%1，2-二氯乙烷和0.1%~0.3%2，5-呋喃二甲酸等。該廢水為酸性，pH值為5.1，處理前COD值約233000~255000。
廢水2號(hào)是某化工企業(yè)生產(chǎn)抗氧劑1425的廢水，含有3.0%~5.0%甲醇、0.5%~0.8%二乙酯、1.5%~2.0%溶劑油、0.3%~0.5%2，6-酚、0.8%~1.0%甲醛、1.0%~2.0%二甲胺、0.3%~0.5%四氫呋喃和1.2%~2.3%抗氧劑1425等。該廢水為堿性，pH值為8.7，處理前COD值約296000~313000。
廢水3號(hào)是一家制藥企業(yè)的5-乙?；?/span>-3-氯亞氨基二芐的生產(chǎn)廢水，含有2%~3%甲醇、3%~3.5%乙醇、2.5%~3.8%醋酸、1.7%~2.0%甲苯、0.3%~0.5%水合肼、0.3%~0.6%亞氨基二芐、1.1%~1.5%5-乙?；?/span>-3-硝基亞氨基二芐和0.3%~0.6%5-乙?；?/span>-3-氨基亞氨基二芐等。該廢水為酸性，pH值為3.7，處理前COD值約285000~295000。
2.2 廢水COD值的測(cè)定
儀器:COD測(cè)定儀;型號(hào):COD-5c;上海精其儀器有限公司。按照COD測(cè)定儀的使用方法，進(jìn)行水樣處理前后COD的測(cè)定。
2.3 氨氮的測(cè)定
儀器：AN-N測(cè)定儀;型號(hào):WD9201p。按照氨氮測(cè)定儀的使用方法，進(jìn)行水樣處理前后氨氮的測(cè)定。
2.4萃取-水蒸汽精餾處理廢水的工藝
在裝有回流熱交換器、精餾填料塔節(jié)、油水自動(dòng)分離器和回流采出裝置的帶攪拌的10000L搪玻璃釜中，分別泵入8000L上述有機(jī)廢水。用共沸劑調(diào)節(jié)廢水pH值6~8(不同體系值不同)，分別加入乙酸乙酯、甲苯或三氯乙烷350L，開(kāi)啟攪拌約0.5h，停止攪拌靜置，待完全分層后，移走有機(jī)層300~400L。向分離有機(jī)層后的廢水，使用壓力為6kfg/cm2的飽和水蒸汽直接加熱。先緩慢加熱1h，從分離器采出冷凝低沸點(diǎn)含水有機(jī)物大約60kg。再調(diào)節(jié)蒸汽通入量，約30min后，釜中廢水沸騰，所產(chǎn)生的共沸蒸汽經(jīng)熱交換器冷凝，在分水器中油水分層，及時(shí)采出有機(jī)相，水相全回流。再過(guò)約1.0h后，蒸汽冷凝水中不再有油滴生成，改為全采出。再約0.5h后，停止加熱，取釜中水樣測(cè)COD和氨氮值。處理結(jié)束，釜中熱水經(jīng)熱交換器預(yù)熱待處理的廢水，排放釜中處理后的水約8500L。采出的有機(jī)物約530kg，經(jīng)干燥處理后，與萃取分離的有機(jī)層合并，經(jīng)精餾塔精餾分離獲得多種有機(jī)物，作為原料送入生產(chǎn)系統(tǒng)使用。萃取-水蒸汽精餾法，處理復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水的技術(shù)原理邏輯圖如圖1。
2.5 工藝影響因素及參數(shù)控制
萃取-水蒸汽精餾法的工藝參數(shù)有萃取劑和共沸劑的選擇、廢水的組成、蒸汽質(zhì)量、共沸時(shí)間和廢水酸堿性等。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，其工藝因素和控制參數(shù)見(jiàn)表1。
3、結(jié)果與討論
3.1 工藝參數(shù)的控制
對(duì)廢水1號(hào)的處理應(yīng)用，得出該方法的工藝參數(shù)為:1號(hào)廢水pH值為5.1，調(diào)節(jié)為6.5，COD值約233000~255000，氨氮值為65。使用乙酸乙酯為萃取劑，使用量為廢水體積3%~10%。設(shè)備及蒸汽條件為10m3搪玻璃釜，配40m2不銹鋼冷凝器，蒸氣壓力6kgf/m2，處理時(shí)間為3~6h。
向釜中注入8m3上述廢水，加入乙酸乙酯350L，在20~40℃攪拌萃取0.5h，靜置分層，并移走有機(jī)層。向水相加入純堿20kg，用直接蒸汽加熱達(dá)到80~83℃時(shí)，出現(xiàn)共沸蒸汽。調(diào)節(jié)進(jìn)汽量，繼續(xù)蒸餾至無(wú)油滴產(chǎn)生時(shí)，改為全采出。取釜中水樣，檢測(cè)達(dá)標(biāo)時(shí)，停止蒸餾。水處理后COD值低于100，每噸廢水需要蒸氣300~400kg。
實(shí)際中對(duì)不同的有機(jī)廢水系統(tǒng)，通過(guò)針對(duì)性的控制操作，可以得出:方法操作彈性大、適應(yīng)性廣、處理效果好(表2)。
3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析
在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，廢水的處理，總是負(fù)的經(jīng)濟(jì)效益。企業(yè)為了廢水的處理達(dá)標(biāo)，需要建設(shè)專(zhuān)用的廢水處理裝置。在運(yùn)行中還要投入輔助原料、人力和水電汽等，這些都給企業(yè)帶來(lái)負(fù)的效益。本文所研究的廢水處理方法，可以極大降低水處理裝置的投入，并可以將廢水中的有機(jī)物拿出來(lái)，經(jīng)處理成為原材料，再送回生產(chǎn)中利用，一般都可以產(chǎn)生正的經(jīng)濟(jì)效益。本文所涉及的廢水1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)，在處理過(guò)程中，去除輔料水電汽消耗、人工和設(shè)備折舊等成本后，每噸廢水分別產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益為+43、+22、+13元。
4、結(jié)語(yǔ)
萃取-水蒸汽精餾法，采取先萃取和后水蒸汽直接加熱精餾的處理技術(shù)，可以將廢水中的有機(jī)物取出來(lái)，并經(jīng)精餾后再利用，有效經(jīng)濟(jì)地解決超高濃度有機(jī)廢水處理的技術(shù)難題。研究萃取劑和共沸劑的選擇，以及處理的工藝技術(shù)參數(shù)，可以處理不同的復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水體系。該方法已經(jīng)多家生產(chǎn)企業(yè)有機(jī)廢水的處理，證明具有操作簡(jiǎn)捷易行、應(yīng)用范圍廣和經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)，是值得推廣應(yīng)用的工業(yè)復(fù)雜超高濃度有機(jī)廢水處理的新方法。（來(lái)源：淮北市環(huán)境監(jiān)察支隊(duì)，安徽瑞賽生化科技有限公司，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所）