苯氨基乙腈生產(chǎn)廢水處理技術(shù)

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口的增加，水資源的消耗量不斷增大，由此造成的水污染也越來越嚴重。在各類水污染中，高濃度有機廢水危害巨大，尤其是染料化工廢水，有毒有害物質(zhì)濃度高，可生化性差，一般處理方法難以奏效，引起了各國學(xué)者的重視。本文在實驗室條件下對苯胺基乙腈生產(chǎn)廢水的處理技術(shù)進行了系統(tǒng)研究。苯胺基乙腈是一種染料中間體，其最終產(chǎn)品靛藍粉主要用于牛仔布染色。在苯胺基乙腈生產(chǎn)過程中產(chǎn)生含苯胺基乙腈、苯胺、氰化物等高濃度高毒性高氨氮有機廢水，可生化性較差。通過氣質(zhì)譜定性分析得知廢水中含有大量結(jié)構(gòu)中帶有苯環(huán)的物質(zhì)，如苯胺基乙腈、苯胺、苯胺基脲等，這些物質(zhì)對微生物都有很大的毒性。若要通過微生物降解法處理該廢水，必須對廢水進行至少十倍以上的稀釋，這造成處理構(gòu)筑物和設(shè)備的基建投資增大，經(jīng)濟上不合適。因此，本文設(shè)計了以萃取、吸附、氨吹脫為主的物理化學(xué)預(yù)處理方法，大幅度消減廢水中的有毒有害物質(zhì)，提高廢水的可生化性，然后再以生化法處理使之達到了排放標(biāo)準(zhǔn)。在分析廢水中的有機物組成和性質(zhì)的基礎(chǔ)上，選擇了以甲苯為萃取劑，三級逆流萃取處理該廢水。廢水中的主要污染物苯胺和CODCr去除率分別為92％和52％。并以稀硫酸為反萃劑，比較成功地再生了甲苯，再生后的甲苯對苯胺的萃取能力為新鮮甲苯的99.4％。為了廢水處理后可以回用，進行了活性炭吸附試驗。實驗結(jié)果顯示，活性炭對苯胺和COD的吸附規(guī)律可以以Freundlich等溫方程式和Langmuir等溫方程式來描述。吸附后的廢水經(jīng)小試實驗表明可以回用。高濃度的氨氮會限制微生物的活性，本文利用吹脫法進行脫氨實驗，實驗結(jié)果顯示在pH>12，溫度高于40℃條件下，在較短的時間里，氨氮的脫除率可達90％以上。在后續(xù)的生物處理實驗中，本文采用適合水質(zhì)波動較大、處理水量較小的序批式活性污泥法（SBR），在進水CODCr濃度低于1600mg/L時，SBR系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)良的處理性能，反應(yīng)器出水經(jīng)泥水分離后可以達到國家綜合廢水二級排放標(biāo)準(zhǔn)。在實驗的基礎(chǔ)上，本文對此廢水做了簡單的工藝設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】：苯胺基乙腈 萃取 吸附 吹脫 SBR

1.1 水資源危機

1.1.1 世界水資源危機

國際分析家預(yù)測，21世紀是水的世紀。水資源危機早已成為世界各國所關(guān)注的一個重要問題。早在1977年聯(lián)合國水事會議就已提出警告：“石油危機以后的下一個危機就是水的危機�！�1987年聯(lián)合國發(fā)表了《世界水資源綜合評估報告》，向全世界發(fā)出了淡水資源短缺的警報，指出“缺水問題將嚴重制約下個世紀的經(jīng)濟和社會發(fā)展，并導(dǎo)致國家間的沖突，甚至爆發(fā)戰(zhàn)爭�！边@些警告或警報今天看來決不是危言聳聽。

世界的水危機已嚴重制約人類的可持續(xù)發(fā)展。如今，全世界目前有15億人未能喝上安全的飲用水，24億人缺乏充足的用水衛(wèi)生設(shè)施。聯(lián)合國警告，到2025年世界將有近一半人口生活在缺水地區(qū)，北非和西亞尤為嚴重。自1970年以來，由于全世界人口的激增，世界人均供水量已經(jīng)減少了1/3。自1980年以來，全球用水量增長了3倍多，估計目前年用水量已經(jīng)達到4340億立方米�？傊�，水資源日益匱乏使得各國爭奪越演越烈，其爭端勢必越來越頻繁。

1.1.2 中國水資源危機

1.1.2.1 水量危機

中國的水危機早已敲響了警鐘。我國是一個水資源貧乏的國家，水資源總量居世界第6位，2002年人均水資源量2180立方米約為世界人均的1/4，排在世界第121位，是世界13個貧水國家之一。在全國669個城市中，缺水城市達400多個，其中嚴重缺水的城市114個，日缺水1600萬噸，每年因缺水造成的直接經(jīng)濟損失達2000億元，全國每年因缺水少產(chǎn)糧食700-800億噸。據(jù)專家分析，到2010年，我國將進入嚴重缺水期；到2030年，我國人均用水量將下降到1760立方米，臨近國際公認的警戒線，全國缺水將達400-500億立方米。如今，我國水資源供需矛盾進一步加劇并達到白熱化，水資源危機已成為所有資源問題中最為嚴重的問題之一，前景令人十分擔(dān)憂！

1.1.2.2 水質(zhì)危機

水資源是量與質(zhì)的高度統(tǒng)一，21世紀我國不光面臨著水量的危機，同時水質(zhì)危機更加嚴重，甚至因水質(zhì)問題所導(dǎo)致的水資源危機大于水量危機。目前，無論是地表水還是地下水，我國的水質(zhì)污染非常嚴重。根據(jù)全國2003年對全國109700公里河流進行的評價，符合《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的Ⅰ、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)只占29.4%，符合Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的占33.0%，屬于Ⅳ、Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的占20.3%，超Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的占16.9%。如果將Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)作為污染統(tǒng)計，則我國河流長度有70.6%被污染，約占監(jiān)測河流長度的2/3以上，可見我國地表水資源污染非常嚴重。

我國地下水資源污染也不容樂觀。“八五”期間水利部組織有關(guān)部門完成了《中國水資源質(zhì)量評價》，其結(jié)果表明，我國北方五省區(qū)和海河流域地下水資源，無論是農(nóng)村（包括牧區(qū)）還是城市，淺層水或深層水均遭到不同程度的污染，局部地區(qū)（主要是城市周圍、排污河兩側(cè)及污水灌區(qū)）和部分城市的地下水污染比較嚴重，污染呈上升趨勢。具體而言，根據(jù)北方五省區(qū)（新疆、甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙古）1995眼地下水監(jiān)測井點的水質(zhì)資料，在69個城市中，Ⅰ類水質(zhì)的城市不存在，Ⅱ類水質(zhì)的城市只有10個，只占14.5%，Ⅲ類水質(zhì)城市有22個，占31.9%，Ⅳ、Ⅵ類水質(zhì)的城市有37個，占評價城市總數(shù)的53.6%，即1/2以上城市的城市地下水污染嚴重。

進入21世紀，雖然隨著我國環(huán)境治理力度加大，水質(zhì)惡化的勢頭有所控制，但從總體上來判斷，水質(zhì)惡化的趨勢不可避免，從空間上，將由大陸向海洋，從城市到農(nóng)村擴展，如果不采取有利的措施，一些城市、地區(qū)或流域甚至全國可能發(fā)生水質(zhì)危機，可以說，水質(zhì)危機危害遠遠超過水量危機。

1.2 水污染現(xiàn)狀

我國水污染主要來源于工業(yè)及城市廢水的排放，農(nóng)業(yè)施用化肥、農(nóng)藥、有機肥的流失以及固體廢料的淋溶。2002年全國廢污水排放總量631億噸（不包括火電直流冷卻水），其中工業(yè)廢水占61.5%，生活污水占38.5%。

廢水中的污染物種類根據(jù)對環(huán)境造成污染危害的不同，大致可分為固體污染物、需氧污染物、營養(yǎng)性污染物、酸堿污染物、有毒污染物、油類污染物、生物污染物、感官性污染物、熱污染等。目前，來自化學(xué)、石化、造紙、食品、制革和紡織工業(yè)以及未經(jīng)處理的生活污水中的有機污染物，是河流和其它水體點源污染的主要來源。水體中有機污染物是指以碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸等形式存在的天然有機物質(zhì)及某些人工合成的有機物質(zhì)。有機污染物進入水體后，使水體中的物質(zhì)組成發(fā)生了變化，破壞了原有的物質(zhì)平衡狀態(tài)。在有氧即溶解氧水平較高的情況下，排入水體的有機污染物質(zhì)，通過物理、化學(xué)、物理化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)，而被分離和分解，使水體基本或完全恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。但是， 如果排入到水體中的有機污染物質(zhì)含量較高，大量消耗了水中的溶解氧，超過了水體自我凈化能力，這時有機污染物便轉(zhuǎn)入?yún)捬醺瘮�狀態(tài)，產(chǎn)生H2S、甲烷氣等還 原性氣體，使水中動植物大量死亡，水體變黑變混，發(fā)生惡臭，嚴重污染地球生 態(tài)環(huán)境。化學(xué)需氧量（COD）是表示水體中有機污染物相對含量的重要指標(biāo)之一。 通常根據(jù)水體中的CODCr大小把污水分為低濃度有機廢水（CODCr ≤ 500mg/L）、 中等濃度有機廢水（500mg/L ≤ CODCr ≤2000mg/L）、高濃度有機廢水（CODCr> 2000mg/L）。其中高濃度有機廢水對環(huán)境的危害最大。高濃度有機廢水具有污染 物含量高、危害嚴重、處理工藝復(fù)雜、投資運行費用高等特點。由于采用常規(guī)的 廢水處理方法難以凈化或無法滿足凈化處理的技術(shù)和經(jīng)濟要求，使得這類高濃度 有機廢水成為現(xiàn)階段國內(nèi)外環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的一個難題［1］。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

1.3 高濃度有機廢水處理方法

對于高濃度有機廢水處理，應(yīng)根據(jù)有機污染物的物理化學(xué)性質(zhì)、生物可降解性 等來選擇有效的處理方法。根據(jù)有機物是否具有生物毒性，以及是否被微生物降 解，通�？梢苑譃橐韵聨最悾海�1）無生物毒性，易降解的，包括大多數(shù)有機物； （2）無生物毒性，難降解的，有木質(zhì)素、纖維素、烷基苯磺酸鈉、聚乙烯醇等； （3）有生物毒性，可生物降解的，有鄰氯酚、甲醛、苯酚、硝基化合物等；（4） 有生物毒性，難生物降解的，有多氯聯(lián)苯、吡啶等。對于易生物降解高濃度有機 廢水（淀粉加工廢水、釀造廢水、屠宰廢水等）一般采用高效厭氧反應(yīng)器來生物 降解，如上流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）、膨脹顆粒污 泥床（EGSB）、內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器（IC）等；對于有生物毒性可降解的有機物大多采 用馴化后的微生物進行生物降解；對于有生物毒性又難于降解的一般是采取物理 化學(xué)方法直接降解或去除，或者采用物理化學(xué)法提高廢水的可生物降解性，然后 再利用微生物降解法。目前，主要應(yīng)用的是物化法去除廢水中的難降解有機物或 提高有機污染物的可生化性，然后再利用厭氧、好氧或厭氧+好氧的方法進一步消 減水體中的有機污染物。

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