探討在處理工業(yè)廢水中樹脂吸附劑的應用
【www.mrvz.cn南京純水設備】吸附樹脂在處理工業(yè)廢水/ 液方面也有著廣泛的應用. 如對廢水中苯類或酚類化合物、C7H6O3、萘磺酸等有機物均具有很好的吸附、回收凈化作用. 吸附樹脂用于處理高濃度、難降解的有機工業(yè)廢水已受到世界各國的重視. 我國在從化工生產(chǎn)廢水中高效吸附并回收酚類、胺類、有機酸類、硝基物、鹵代烴等方面,取得了重大進展。
1 吸附樹脂的背景及結(jié)構(gòu)性能
吸附樹脂就是樹脂吸附劑，是在離子交換樹脂的基礎上發(fā)展起來的。20世紀70年代，隨著大孔離子交換樹脂的發(fā)展，大孔吸附樹脂應運而生。吸附樹脂是一種不含離子交換基團的高交聯(lián)度體型高分子珠粒，其內(nèi)部擁有許多分子水平的孔道，提供擴散通道和吸附場所。南京工業(yè)純水處理設備特別是新型樹脂的問世，使其在農(nóng)藥，醫(yī)藥，化工和廢水處理等方面獲得極有價值的應用。
與以往的吸附劑(活性炭、分子篩、氧化鋁等) 相比,吸附樹脂的性能非常突出,主要是吸附量大,容易洗脫,有一定的選擇性,強度好,可以重復使用。特別是可以針對不同的用途,設計樹脂的結(jié)構(gòu),因而使吸附樹脂成為一個多品種的系列,在多個重要領域顯示出優(yōu)良的吸附分離性能。
吸附樹脂的優(yōu)良性能,使其在有機污水的處理方面成為一種不可取代的分離材料。苯酚廢水、農(nóng)藥廢水、染料廢水是難于治理的幾種有機污水。用樹脂法吸附廢水中的這些污染物,不僅可消除污染,還可通過洗脫實現(xiàn)資源的回收利用。
2 吸附樹脂在處理工業(yè)廢水中的應用
2.1 樹脂吸附法處理C7H6O3甲酯生產(chǎn)廢水
C7H6O3甲酯又名冬青油，在自然界廣泛存在，是鹿蹄草、小當藥油的主要成分。還存在于晚香玉、檞樹、伊蘭伊蘭、丁香茶等的精油中。是一種用途廣泛的香料、溶劑和精細化學品中間體。工業(yè)上主要是以C7H6O3和甲醇為原料在濃H2SO4的催化作用下進行酯化反應而得。目前我國多數(shù)廠家均采用間歇反應過程，需在高醇酸比、高硫酸用量的條件下進行，除了生成目標產(chǎn)物C7H6O3甲酯以外還生成少量副產(chǎn)物5-磺基C7H6O3，并產(chǎn)生大量高濃度有機廢水，該廢水至今未能有效治理，造成了嚴重的環(huán)境污染。樹脂吸附法已成功用于處理多種高濃度化工廢水。采用樹脂吸附法處理某廠的C7H6O3甲酯生產(chǎn)廢水，廢水經(jīng)預處理去除甲醇后通過樹脂吸附去除廢水中大量的5-磺基C7H6O3及C7H6O3。其中5-磺基C7H6O3是重要的醫(yī)藥中間體、可用于制造表面活性劑、染料、有機催化劑和可作為多種金屬的的指示劑，有很大的回收價值。該實驗經(jīng)篩選優(yōu)選NDA-99 樹脂處理該廢水。
實驗結(jié)果表明， NDA-99樹脂吸附-脫附性能穩(wěn)定，可去除大部分的有機污染物，上柱液CODcr 去除率接近60%，脫附率接近100%。而且樹脂在使用過程中無破碎現(xiàn)象，機械強度良好。廢水試樣經(jīng)樹脂吸附處理后，出水無色透明，CODcr 由原來的57000~59000 下降至6300 (mg/L)左右。
2.2 樹脂吸附法處理磺胺脒生產(chǎn)廢水
磺胺脒生產(chǎn)廢水一般呈黑紅色,其pH ≥11 ,COD 13000mg/ L 以上, 磺胺含量在17 ～22g/ L ,NaNO3 含量為230g/ L ,Na2CO3 為60g/L ,還有NaOH 和未知反應產(chǎn)生的少量有機物。
以江西某化工廠磺胺脒生產(chǎn)廢水為例,針對該廢水的生產(chǎn)特點,研究了利用大孔吸附樹脂處理磺胺脒生產(chǎn)廢水的工藝流程及其最佳工藝條件,并對廢水治理的經(jīng)濟效益進行了評估。
多次試驗結(jié)果表明,樹脂對該廢水的最佳處理量為13 倍樹脂體積的廢水,樹脂的工作吸附量為191g/ L ,磺胺的累計吸附率為88122 %;用5 %的NaOH 溶液進行解吸,約用3倍樹脂體積的解吸劑就達到完全解吸,解吸率為97156 % ,磺胺回收率約86 %.
采用大孔樹脂吸附法處理磺胺脒生產(chǎn)廢水能有效地回收磺胺和硝酸鈉,帶來客觀的經(jīng)濟效益據(jù)對該工廠的調(diào)查,每生產(chǎn)1t 磺胺脒產(chǎn)生315m3 廢水,按1m3 廢水計算如下:本研究磺胺的回收率是86 % ,預期大型生產(chǎn)時磺胺的回收率不會低于90 %。南通純水處理設備以下分析僅按磺胺回收率80 %、NaNO3 的回收率以95 %計,則每m3 磺胺脒生產(chǎn)廢水可回收磺胺(SN)1318kg ,NaNO321815kg,同時能大幅度減少廢水中所含物質(zhì)對環(huán)境的污染，經(jīng)上述工藝處理后的廢水經(jīng)石家莊市環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測, 依據(jù)《污水綜合排放標準》(GB897821996) ,廢水中COD 去除率達86 % ,全鹽量減少95 % ,環(huán)境效益顯著.
該處理工藝技術可行、操作簡單、運行成本低、環(huán)境和經(jīng)濟效益顯著,處理效果穩(wěn)定,宜于推廣.
2.3 樹脂吸附法處理吐氏酸生產(chǎn)廢水
吐氏酸(Tobias2acid ,即2 - 萘胺- 1 - 磺酸) 是合成多種偶氮染料、色酚、J 酸和γ酸等萘衍生物的重要前體,通常以β- 萘酚為原料,在低溫條件下經(jīng)磺?；?、堿中和和胺基化,最后經(jīng)酸解反應而制得。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生含吐氏酸及其前體的深紅色酸性有毒廢水,造成嚴重而長期的水環(huán)境污染
采用XDX- 1 大孔吸附樹脂對吐氏酸生產(chǎn)廢水進行動態(tài)吸附處理, 研究影響吸附的各種因素。結(jié)果顯示,該樹脂對廢水中濃度達14000mg/ L 的吐氏酸及其前體具有良好的吸附能力,廢水經(jīng)串聯(lián)二級吸附以后吐氏酸及其前體的濃度降低98% ,COD 降低86%;采用堿性甲醇溶劑解吸,解吸效率達到98% ,精餾解吸液回收的吐氏酸及其前體可返回生產(chǎn)車間,處理后廢水經(jīng)生化處理即可達到排放標準。
2.4 超高交聯(lián)吸附樹脂處理有機化工廢水研究
2.4.1新型超高交聯(lián)吸附樹脂開發(fā)及去除水中有機物研究
對各種化學修飾樹脂的合成研究是開發(fā)新型超高交聯(lián)樹脂的方向之一。例如,在樹脂結(jié)構(gòu)表高交聯(lián)樹脂的方向之一。例如,在樹脂結(jié)構(gòu)表面引入羥甲基和苯甲?；鶊F,或用乙?；袜忯然郊柞；鶊F修飾超高交聯(lián)聚苯乙烯,以獲得所需的吸附性能。南京實驗室純水處理設備將AmberliteXAD - 4 樹脂用卟啉進行修飾后,得到一種新型化學修飾高分子吸附樹脂。由于在樹脂結(jié)構(gòu)中引入卟啉分子后,增強了吸附劑與吸附質(zhì)之間的π- π作用,這種化學修飾樹脂對苯酚、氯代苯酚的吸附能力大大增強。
近年來,國內(nèi)外學者在新型超高交聯(lián)吸附劑的合成方法、機理研究和應用方面取得了很多創(chuàng)新性成果。Tsyurupa MP等研究表明超高交聯(lián)聚苯乙烯比一般大孔網(wǎng)狀聚合物對油脂、苯酚、氯代苯酚、染料、脂肪酸等具有較高的吸附量,對其它結(jié)構(gòu)中有疏水作用的有機物也都有較好的吸附效果。這類吸附劑對脫附劑的適應能力較強,通?？捎脽崴⒄魵?、有機溶劑、酸堿溶液等進行再生。
2.4.2在處理有機化工廢水中的應用研究
近年來,國內(nèi)在樹脂吸附法去除有機化工廢水中各種有機物方面做了很多理論和應用研究工作。南京大學環(huán)境學院有用超高交聯(lián)吸附樹脂CHA - 111 處理C6OHCl5鈉生產(chǎn)廢水。廢水中C6OHCl5鈉含量為10000～15000 mgPL ,CODcr 約11000mgPL ;廢水經(jīng)樹脂吸附處理,批處理量為12BV(BV為樹脂床體積) ; 吸附出水中C6OHCl5含量≤1. 1mgPL ,去除率> 99 %;CODcr 總?cè)コ省?span>80 %;脫附液經(jīng)酸化后可回收C6OHCl5,實現(xiàn)了廢水中原料的資源化。
大量的研究工作表明,超高交聯(lián)樹脂吸附法處理有機化工廢水具有以下特點:
(1) 吸附效率高,容易脫附再生;
(2) 工藝簡單,操作簡便,無需高溫高壓;
(3) 樹脂性能穩(wěn)定,使用壽命長(4～5 年) ;
(4) 固液容易分離,在水體中不會引入新的污染物;
(5) 適用范圍寬,廢水中有機物濃度從幾個到幾萬毫克升,以及極性有機物和非極性有機物均可用此法進行處理,并且亦適應用于非水體系中;
(6) 在治理廢水的同時,可實現(xiàn)廢物資源化,運行費用低,廠家容易接受,便于推廣。實踐證明,用超高交聯(lián)樹脂吸附法處理有毒有機工業(yè)廢水是一項非常實用的污染治理技術,特別適合于組分相對單一的高濃度有機化工廢水的處理,能夠?qū)崿F(xiàn)廢水治理與資源回收相結(jié)合,必將有著更廣闊的應用前景。
3 總結(jié)建議
吸附樹脂在工業(yè)廢水處理中的應用還有很多，它的發(fā)展還深遠影響極大地促進了相關學科和應用領域的發(fā)展。如上所述,在環(huán)保領域的應用,極大地提高了處理工業(yè)廢水的技術水平。發(fā)展至今,不僅多孔樹脂的品種增多、質(zhì)量提高、應用規(guī)模和范圍大大地擴展,其在醫(yī)藥、食品添加劑、化工催化、科學技術和國民經(jīng)濟中重要性也日益增大。特別是在中草藥有效成分的提取、純化方面已成為不可缺少的關鍵技術,對中藥的振興、實現(xiàn)中藥現(xiàn)代化正在發(fā)揮重要的作用。
但吸附樹脂也存在一些缺點，如近年來，不少人提出了“大孔樹脂使用安全問題”,主要是致孔劑和降解物的毒性。南京反滲透純水處理設備2000 年11 月,國家藥品審評中心組織召開了”大孔吸附樹脂分離純化技術專題討論會”. 有關專家就大孔吸附樹脂的規(guī)格標準、殘留物限量、安全性、前處理及再生合格的評價標準等問題提出許多建設性的意見與建議.建議從以下三個方面入手:
1) 加強對大孔樹脂從生產(chǎn)到應用各環(huán)節(jié)的監(jiān)控. 對大孔樹脂的生產(chǎn),應從生產(chǎn)原料和制造工藝技術的優(yōu)化來改善產(chǎn)品的質(zhì)量. 對食品、醫(yī)藥等應用行業(yè),可以采用“良好生產(chǎn)規(guī)范”(GMP) 和“危害分析與關鍵控制點”(HACCP) 的管理技術,解決生產(chǎn)和流通中的品質(zhì)控制問題.
2) 加強大孔樹脂吸附基礎理論的研究,發(fā)展安全高效的吸附劑.
3) 發(fā)展樹脂殘留物、裂解物或其它相關有害物質(zhì)的快速檢測技術,使大孔樹脂吸附分離工藝向自動化控制方向發(fā)展,以確保質(zhì)量穩(wěn)定.
所以，吸附樹脂還有很大的發(fā)展前景，特別是在工業(yè)廢水處理方面，將更具廣泛性，對于增加可利用水資源，改善水環(huán)境具有很重要意義。
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