廢水近零排放和資源化利用探索

文/劉江寧 霍偉旭 李向前 何樹明 晉平 張婷婷

廢水近零排放和資源化利用探索

文/劉江寧 霍偉旭 李向前 何樹明 晉平 張婷婷

含溴顏料廢水的納濾分鹽-反應(yīng)資源化案例分析——某蒽醌系顏料產(chǎn)品生產(chǎn)過程產(chǎn)生高COD、高色度，且同時含硫酸鈉、溴化鈉的混鹽廢水，處理難度很大。基于對該顏料產(chǎn)品反應(yīng)工藝、廢水水質(zhì)的詳細(xì)分析，開發(fā)了如下處理路線：偶合反應(yīng)去除大部分COD-活性炭吸附脫色-納濾分離硫酸鈉和溴化鈉-溴化鈉氯化反應(yīng)產(chǎn)溴回用于工藝-硫酸鈉、氯化鈉鹽水分別蒸發(fā)出鹽；整個過程實現(xiàn)溴元素資源化利用的同時，又做到廢水近零排放。

顏料廢水的水質(zhì)情況

某一蒽醌系顏料產(chǎn)品生產(chǎn)過程產(chǎn)生高COD、高色度，且同時含硫酸鈉、溴化鈉的混鹽廢水。廢水主要組成（W%）為：硫酸鈉（2.4%）、溴化鈉（0.96%）、能明確辨別的蒽醌類物質(zhì)（0.25%）等。COD值約6 000 mg/L、色度約10 000倍、pH約12，外觀為深紅黑色。由指標(biāo)數(shù)據(jù)可以看出，該廢水水質(zhì)復(fù)雜，且含有較多的鹽分，有比較大的處理難度。

圖1顏料廢水原水外觀

圖2 廢水處理流程示意

廢水處理技術(shù)路線的開發(fā)

經(jīng)過詳細(xì)分析檢測，該顏料產(chǎn)品廢水中COD、色度主要由未反應(yīng)完畢的蒽醌類原材料導(dǎo)致。根據(jù)我們對蒽醌類物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的掌握，結(jié)合該顏料產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程，并綜合考慮廢水處理過程的一次投資、長期運行費效比等因素，開發(fā)了如圖2的處理技術(shù)路線。

原水處理

首先對原水進行蒸發(fā)，濃縮5倍。因原水中無機鹽總含量約3.36%，仍有較大的濃縮空間，且濃縮能夠起到減少廢水體積、減少pH調(diào)節(jié)過程化學(xué)藥品的消耗量的作用，并有利于后續(xù)的反應(yīng)處置。

蒸發(fā)液偶合反應(yīng)

蒸發(fā)濃縮液調(diào)節(jié)pH至酸性，外加藥劑進行偶合反應(yīng)，并進行過濾。本步操作的目的，是利用該顏料產(chǎn)品所用蒽醌類原材料的性質(zhì)，進行偶合反應(yīng)生成固體物質(zhì)并做固液分離處理，去除廢水中的蒽醌類雜質(zhì)，圖3為偶合反應(yīng)處理后的廢水外觀。

活性炭吸附

經(jīng)過偶合反應(yīng)處理，廢水仍然殘留一定的COD和色度，用活性炭吸附處理，可以將COD降低到100以內(nèi)，同時去除色度，活性炭吸附脫色后的廢水外觀如圖4。

圖3 偶合反應(yīng)處理后的廢水外觀

圖4 活性炭吸附脫色后的廢水外觀

圖5 納濾分鹽裝置

納濾分鹽

活性炭吸附處理后的廢水，COD和色度都已經(jīng)降低至允許的范圍，向后進入納濾分鹽工序。在本工序選用高分離效果型號的納濾膜，利用納濾膜截留二價鹽、允許一價鹽通過的分離能力，實現(xiàn)溴化鈉和硫酸鈉鹽的高精度分離。膜的透過側(cè)得到高純度的溴化鈉溶液，膜的截留側(cè)得到高純度的硫酸鈉溶液。

氯化反應(yīng)回收溴素

將溴化鈉鹽溶液進行氯化反應(yīng)，得到溴素，并返回到顏料產(chǎn)品的溴代反應(yīng)工段作為原材料使用，水相則變?yōu)槁然c鹽水。

鹽水處理

硫酸鈉鹽水、氯化鈉鹽水分別進行蒸發(fā)。采用MVR蒸發(fā)，分別得到硫酸鈉鹽和氯化鈉鹽，蒸發(fā)凝水作為循環(huán)水補水，實現(xiàn)廢水的近零排放。

圖6 MVR蒸發(fā)裝置

工程運行費用情況

廢水蒸發(fā)工序采用MVR技術(shù)，噸水平均耗電低于37 kWh。納濾分鹽工序，噸水耗電低于5 kWh。廢水中的溴元素實現(xiàn)資源化回用，噸水回收溴素約7.4 kg，以當(dāng)前市價計，約220元。基于溴元素的資源化回用，整個廢水處理直接運行費用體現(xiàn)為正效益。

本文作者劉江寧、霍偉旭、李向前、何樹明、晉平來自彩客科技（北京）有限公司；張婷婷來自北京化工大學(xué)環(huán)境催化與分離過程研究中心。