復雜超高濃度有機廢水處理方法的研究

馬明超 王萍 胡曉 王理想 孫永先 胡曼曼 張偉 王玉成

摘要：研究了萃取 水蒸汽精餾處理復雜超高濃度有機廢水的方法：通過萃取，將有機廢水中的高沸物、易溶于水和不能形成共沸的有機物等萃取出來，再加入助沸劑和水蒸汽直接加熱精餾，去除剩余有機物和萃取劑;萃取物和水蒸汽精餾采出物，經精餾塔精餾分離，獲得了可再利用的有機物。實踐證明：該方法操作簡捷和經濟效益好，已成功用于多家企業生產中復雜超高濃度有機廢水的處理，是值得推廣的新方法。

關鍵詞：萃取水蒸汽精餾;復雜超高濃度有機廢水;綜合水處理方法

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0022-03

1引言

隨著物質生活水平的日益提高，人們對優越環境的追求也愈加強烈。黨的“十九大”報告強調堅持人與白然和諧共生，堅定走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路。然而，現實中我國每年約有1/3的工業廢水和90%以上的生活污水未經處理就排入水域，其中，有油脂、皮革、化工及食品等行業排出的COD在幾萬至幾十萬mg/L的超高復雜有機廢水。這些廢水危害極大，嚴重影響水體附近人民的生活。現代生化工業產品生產，經常產生復雜超高濃度有機廢水，不僅含有大量有毒有機物，而且成分復雜，使用常規污水處理方法很難湊效。本文所研究的復雜超高濃度有機廢水的處理方法，旨在處理常規水處理法不能處理的復雜超高濃度有機廢水，期待為解決環保技術問題作一份貢獻。

目前，超高濃度有機廢水的處理方法 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處理的手段應用于廢水處理。生物處理法是利用微生物的代謝作用來分解、轉化水中的有毒有害化學物質和其他各種超標組分的生物技術。生化法是目前超高濃度有機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。所使用的反應器 有膜一爆氣生物反應器和厭氧接觸膜膨脹床反應器等。但微生物的通用性不強、生化條件較苛刻，特別是有毒性的有機物會使微生物中毒死亡等，極大限制了該技術的應用。另外，采用組合型工藝技術 在有機廢水處理方面獲得較為滿意的效果。金虎等 研究了搖動床生物膜反應器和活性污泥法組合處理高濃度有機廢水，出

水COD平均祛除率基本保持在95%以上。張曉娟等 采用酯化反應一共沸精餾組合法處理環己醇、環己酮生產裝置產生的甲酸廢水中的COD，祛除率達到96%以上。王萍等 研究了高濃度有機廢水的處理方法，將高濃度有機廢水的處理技術提高到新的水平。唐麗華等 研究了反應一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。

目前工業有機廢水的處理，特別是復雜超高濃度有機廢水的處理技術存在較大的局限性，主要存在工藝過程復雜、外加物量大和費用高等問題。以氨基酸生產廢水為例，目前較為理想的單位水量成本至少在550～630元/m?以上，而且水處理設施的投資也較高。人們尋求工藝操作彈性大、設施較為簡單和運行成本低，且能達到國家污水排放高標準的工藝技術是耽誤之急。王理想等 所研制的共沸一水蒸汽蒸餾處理有機廢水的方法，使廢水中的有機物形成共沸物.再冷凝分離.達到廢水處理的目的。該方法雖然能夠有效地處理一些簡單高濃度有機廢水，但對于復雜超高濃度有機廢水的處理還達不到滿意的效果。

本文描述了“萃取一水蒸汽精餾處理超高濃度有機廢水的方法”，通過萃取去除廢水中不能形成共沸或高沸點有機物等，再加入助沸劑和水蒸汽直接加熱精餾，先精餾出低沸點有機物，再采用共沸一水蒸汽精餾法，去除殘余有機物。該方法處理了COD值高達幾十萬的2，5—呋喃二甲酸合成工藝廢水、抗氧劑1425產生的廢水及5—乙?；?—氯亞氨基二芐的生產廢水，取得了令人滿意的結果，既能將廢水簡單處理達標，又可以產生新的經濟效益。

2應用實例

2.1復雜超高濃度有機廢水的水質分析

為了探討復雜超高濃度有機廢水處理的方法，進行了一系列的模擬試驗及數據測試，并將數據進行系統分類和科學分析，從而獲得了方法的原理支撐文件庫和技術參數體系。在此基礎上，采集工業復雜超高濃度的有機廢水，設計中試處理方案，進行擴大和中試。在中試獲得成功的基礎上，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個工業化產品生產工業廢水的處理工程。本文所用的廢水樣品都是實際生產的復雜超高濃度有機廢水。

廢水1號是安徽瑞賽生化科技有限公司的2，5-呋喃二甲酸的生產廢水。經檢測，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號是某化工企業生產抗氧劑1425的廢水，含有3.O%- 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.O%～2.O%二甲胺、0.3%-0.5%四氫l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號是一家制藥企業的5-乙?；?3-氯亞氨基二芐的生產廢水，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%5一乙?；?3-硝基亞氨基二芐和0.3%-0.6%5-乙酰基-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值的測定

儀器：COD測定儀;型號：COD-5c;上海精其儀器有限公司。按照COD測定儀的使用方法，進行水樣處理前后COD的測定。

2.3 氨氮的測定

儀器：AN-N測定儀;型號：WD9201p;上海精其儀器有限公司。按照氨氮測定儀的使用方法，進行水樣處理前后氨氮的測定。

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、油水自動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上述有機廢水。用共沸劑調節廢水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，開啟攪拌約0.5h，停止攪拌靜置，待完全分層后，移走有機層300～400L向分離有機層后的廢水，使用壓力為6kfg/c㎡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含水有機物大約60kg。再調節蒸汽通入量，約30min后，釜中廢水沸騰，所產生的共沸蒸汽經熱交換器冷凝，在分水器中油水分層，及時采出有機相，水相全回流。再過約l.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COD和氨氮值。處理結束，釜中熱水經熱交換器預熱待處理的廢水，排放釜中處理后的水約8500L采出的有機物約530kg，經干燥處理后，與萃取分離的有機層合并，經精餾塔精餾分離獲得多種有機物，作為原料送入生產系統使用。萃取一水蒸汽精餾法，處理復雜超高濃度有機廢水的技術原理邏輯圖如圖1。

2.5工藝影響因素及參數控制

萃取一水蒸汽精餾法的工藝參數有萃取劑和共沸劑的選擇、廢水的組成、蒸汽質量、共沸時間和廢水酸堿性等。經實際應用，其工藝因素和控制參數見表1。

3結果與討論

3.1工藝參數的控制

對廢水1號的處理應用，得出該方法的工藝參數為：1號廢水pH值為5.1，調節為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%。設備及蒸汽條件為10m?搪玻璃釜，配40㎡不銹鋼冷凝器，蒸氣壓力6kgf/㎡，處理時間為3--6h。

向釜中注入8H13上述廢水，加入乙酸乙酯350L， 在20--40℃攪拌萃取0.5h，靜置分層，并移走有機層。向水相加入純堿20kg，用直接蒸汽加熱達到80--83℃時，出現共沸蒸汽。調節進汽量，繼續蒸餾至無油滴產生時，改為全采出。取釜中水樣，檢測達標時，停止蒸餾。水處理后COD值低于100，每噸廢水需要蒸氣300--400kg。

實際中對不同的有機廢水系統，通過針對性的控制操作，可以得出：方法操作彈性大、適應性廣、處理效果好（表2）。

3.2經濟效益分析

在實際工業生產中，廢水的處理，總是負的經濟效益。企業為了廢水的處理達標，需要建設專用的廢水處理裝置。在運行中還要投入輔助原料、人力和水電汽等，這些都給企業帶來負的效益。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物拿出來，經處理成為原材料，再送回生產中利用，一般都可以產生正的經濟效益。本文所涉及的廢水1號、2號和3號，在處理過程中，去除輔料水電汽消耗、人工和設備折舊等成本后，每噸廢水分別產生經濟效益為+43、+22、+13元。

4結語

萃取一水蒸汽精餾法，采取先萃取和后水蒸汽直接加熱精餾的處理技術，可以將廢水中的有機物取出來，并經精餾后再利用，有效經濟地解決超高濃度有機廢水處理的技術難題。研究萃取劑和共沸劑的選擇，以及處理的工藝技術參數，可以處理不同的復雜超高濃度有機廢水體系。該方法已經多家生產企業有機廢水的處理，證明具有操作簡捷易行、應用范圍廣和經濟效益好等特點，是值得推廣應用的工業復雜超高濃度有機廢水處理的新方法。