一種高效環保處理乙醛廢水的方法

胡 盼，陳軍，胡千平

（安徽國星生物化學有限公司，安徽省雜環化學實驗室，安徽馬鞍山 243100）

乙酸作為一種重要的有機化工原料，廣泛應用于輕紡、醫藥、染料、香料、農藥等行業，但這些行業在生產過程中會產生不同濃度的廢醋酸，若不進行回收利用或處理方法不當，會造成污染，增加生產成本；如果進行有效的處理，對防治污染、經濟效益、持續發展等有著重要意義[1-2]。因此，為實現乙酸廢水的達標排放，尋找一種經濟環保且處理量相對較大的廢水處理方法非常重要。

乙醛廢水主要是乙醇催化氧化合成乙醛時產生的乙酸廢水，為解決車間廢水高COD的問題，將現有廢水經過樹脂吸附后COD從8 000 mg/kg降解到100 mg/kg以下，將吸附出水生化處理補充碳源，或者循環利用，然后利用液堿作為脫附劑對樹脂再生。在進水前通過對水的預處理過程降低了對廢水指標的要求，不僅處理成本低，且處理量大，能達到每天1 000噸的處理量，且能產生20%的醋酸鈉副產品15噸左右，樹脂再生所用水能無限循環，且不影響第二次的吸附效果，很大程度上為公司廢水處理系統減負，且連續自動化控制能保證設備在穩定狀態下運行，保證產品具有穩定的成分和濃度，樹脂再生時也不必中斷正常生產。

目前，乙酸廢水的處理方法主要有加堿中和后直接進行生化處理、膜分離處理、樹脂吸附等處理方法。膜分離技術投資大，膜國產率低，價格昂貴，而且膜壽命短；分離裝置要求穩流、穩壓氣體，操作要求高，不適用于工業上處理大規模的乙酸廢水；加堿直接中和后進行生化處理不僅不能達到國家一級排放標準，且公司生化系統壓力大。本文系統研究了樹脂吸附法處理乙醇催化氧化合成乙醛生產過程中產生的乙酸廢水,考查了吸附-脫附的影響因素,并優化了工藝參數,廢水經生化處理達到國家一級排放標準。該工藝操作簡單，運行穩定可靠，處理量大，處理后的廢水可以直接套用，實現了污水零排放，且成功地回收了廢水中的有用物質乙酸鈉，給企業帶來了經濟效益，達到了降本增效且環保的目的[3]。

1 實驗材料和方法

1.1 廢水來源及水質

實驗所用廢水來自乙醇催化氧化合成乙醛生產過程中產生的乙酸廢水。水質情況見表1。

表1 水質情況

1.2 實驗材料

TG628A光電分析天平（上海析域儀器設備有限公司）；BT100-1L多通道蠕動泵（廣州航信科學儀器有限公司）；pHS-25酸度計（上海金科雷磁儀器廠）；HP1056、HP1058大孔弱堿性吸附樹脂（江蘇海普科技有限公司）；20%液堿（德州市德城區吉祥孵化設備廠）。

1.3 實驗方法

1.3.1 廢水預處理

原廢水偏酸性,略渾濁,過濾器過濾后即為樹脂吸附水樣。

1.3.2 靜態吸附實驗

準確稱量一定量的干燥至恒重的樹脂置于250 mL帶玻璃塞的錐形瓶內，加入100 mL的乙酸廢水，將錐形瓶放在水浴恒溫振蕩器中，在一定溫度下，以100 r/min的轉速振蕩6 h，使吸附達到平衡，篩選出最佳的吸附樹脂。

1.3.3 動態吸附實驗

樹脂吸附實驗在自制的小型玻璃吸附柱內進行，如圖1所示。吸附柱內徑為25 mm，高度為34 cm。在吸附柱中加入體積為250 mL的樹脂，采用上部進水，下部出水的方式。將乙酸廢水分別以2BV/h、4BV/h、6BV/h（BV為柱體積，1BV=250 mL）的流速（蠕動泵BT100-1L）通過吸附柱，對吸附流出液定時收集并測定COD、pH，繪制穿透曲線。

圖1 樹脂吸附實驗

1.3.4 樹脂的脫附

離子交換樹脂是一種具有離子交換功能的高分子材料，在溶液中它能與本身的離子與溶液中同號離子進行交換，且離子的交換作用是可逆的。當樹脂吸附飽和時，可以通過適當濃度的無機酸或堿進行洗滌，達到再生的目的。為了節約脫附劑，使脫附劑得到充分利用，選用質量分數為20%的NaOH溶液進行樹脂的脫附實驗，然后再采用一定量的自來水或者去離子水清洗樹脂至出水pH為中性。

2 結果與討論

2.1 處理不同體積廢水出水COD的影響

將乙酸廢水4 BV/h（BV為柱體積，1 BV=250 mL）的流速（蠕動泵BT100-1L）通過吸附柱，對吸附流出液定時收集并測定COD（原水COD為8 000 mg/L）。

表2 處理體積對出水COD的影響

實驗結果表明，隨著處理體積的增大，出水COD也隨之變高，當處理量達到32 BV時，出水COD有急劇上升的趨勢，也就是說體積在30 BV時，樹脂達到吸附飽和。綜合處理成本、處理體積、處理效果等多方面考慮，處理量為30 BV比較合適。

2.2 進水溫度對出水COD的影響

將乙酸廢水4 BV/h（BV為柱體積，1 BV=250 mL）的流速（蠕動泵BT100-1L）通過吸附柱，處理量為30 BV，在不同的進水溫度下對吸附流出液定時收集并測定COD（原水COD為10 000 mg/L）。

表3 進水溫度對出水COD的影響

實驗結果表明，隨著進水溫度的升高，出水COD也隨之變高。綜合處理成本、處理效果、降本增效等多方面考慮，吸附進水溫度可以控制在30℃左右。

2.3 水洗出水pH對樹脂再生的影響

表4 水洗出水pH對樹脂再生的影響

經過大量實驗證明，當水洗出水pH控制在8～9，套用水套用后吸附出水能穩定在800～1 000之間。

2.4 脫附速率對樹脂再生的影響

表5 脫附速率對樹脂再生的影響

經過大量實驗證明，當水洗速率控制在1.5～2 BV/h時，套用水套用后吸附出水能穩定在80～100之間。為了和吸附用時對應，確定最佳的吸附速率為1.5 BV/h。

2.5 樹脂脫附實驗

表6 樹脂吸附量和脫附率

測定HP1056、HP1058兩種樹脂對乙酸溶液的平衡吸附量Q1，于298 K下將樹脂浸入2 mol·L-1的NaOH溶液中解析0.5 h，待達到平衡后濾出樹脂，取濾液測定解析液離子濃度Q2，計算脫附率η，重復實驗3次。樹脂吸附量和脫附率如表6所示。實驗結果表明，樹脂的脫附率大于98%，重復實驗3次脫附率基本穩定，說明該樹脂的解吸能力比較強，重復使用性良好，可選用2 mol·L-1NaOH溶液對吸附飽和的HP1056、HP1058樹脂進行解析，實現高濃度醋酸鈉的回收、對外銷售和樹脂的再生與重復利用，能夠達到降本增效的目的。

3 結論

（1）本文研究的乙酸廢水處理方法的最適宜工藝條件為：最佳投加量為3.00 g/L；pH維持原水值；在323 K下，最佳吸附流速為1.5 BV/h；單柱廢水處理量為30 BV/批。

（2）離子交換大孔吸附樹脂HP-1056和HP-1058對乙酸具有良好的吸附-脫附性能，經樹脂吸附工藝處理后，出水無色透明，廢水中的COD從8 000 mg/kg降到100 mg/kg以下，去除率均超過98%,吸附出水進一步經過生化處理，出水水質達到國家一級排放標準。

（3）使用質量分數為20%的NaOH溶液對樹脂進行脫附，最佳脫附流速為1.5 BV/h。樹脂脫附后的濃縮液可以對外銷售，達到降本增效的目的。