0 引言
高浓度有机废水是指COD达2000mg/L以上的废水, 如石油/化工废水、焦化废水、制药废水、纺织/印染废水、食品加工废水等, 其具有的特点是有机物浓度高、成分复杂、色度高和强酸强碱性。目前对这些废水处理工艺技术的研究是污水处理领域的热点和难点, 相关领域研究者进行了广泛的实验研究, 探索出了有效处理高浓度有机废水的工艺方法。
目前对这些高浓度有机废水多以生物处理技术研究为主, 但是基于不同有机废水组分不同, 且某些含有生物难降解有机物及抑制微生物活性的物质, 单独使用生物处理技术难以达到理想的降解程度, 而且处理难度大, 因此需要采用组合工艺[1,2]采用物化法对高浓度有机废水处理的研究也日渐增多, 如有厌氧水解法、稀释法、蒸汽气提法、高效气浮除油技术、三相分离技术、混凝沉淀法、焚烧法、Fenton试剂法等[3,4], 大部分方法仍处于实验室研究阶段, 而某些工业化应用程度高的方法如焚烧法则存在能耗高、资源浪费和二次污染的缺点。
研究符合节能、增效、环保理念的大规模工业化处理高浓度有机废水的工艺技术是未来的发展趋势。精馏工艺能分离出废水中各个组分, 得到生产需求的目标产品, 且精馏装置占地面积小, 投资费用低, 和操作简单, 且处理过程无污染排放, 符合节能、增效和环保理念。目前, 采用普通精馏法处理高浓度有机废水的研究鲜有报道, 本文将专述国内外以精馏法处理高浓度有机废水的研究进展, 从废水资源化角度分析精馏预处理的优缺点。
1 精馏工艺的特点
精馏法是利用液体中各组分的挥发度差异, 借助回流的工程手段, 分别在塔顶和塔底或者侧线获得易挥发组分和难挥发组分, 从而得到高纯度的目标产物。精馏操作只需合适的热能和冷却剂就能得到高纯度产品, 操作简单;适用于各种浓度物料的分离, 应用广泛, 作为主要分离方法的地位不会动摇[5]。
2 精馏法处理有机废水的应用
比利特R指出, 如果有机废水污染物浓度高, 系统相对挥发度大, 有机污染物分子中的碳原子数多, 采用综合废水处理 (精馏及生物净化) 的费用比单纯在生物净化装置内处理经济适用[6]。通过精馏预处理实现高浓度有机废水的分离、回收和综合利用, 能够提高废水的可生化性, 为后续的生物处理奠定基础, 实现良好的环境效益和经济效益。
2.1 普通精馏法处理有机废水
闫光绪等[7]对抚顺石化公司腈纶化工厂丙烯腈装置产生的一段急冷废水采用精馏法进行了实验研究。此厂一段急冷废水包含乙腈、丙烯腈、聚合物等有机物, CODCr达124594mg/L, CN-279.78mg/L, BOD5/CODCr值0.15, 废水的可生化性差。精馏法处理后CODCr降至5881mg/L, CN-20.6mg/L, BOD5/CODCr值0.31, 废水的可生化性得到改善。精馏塔底所得重组分可作燃料, 侧线馏出水可采用二级生化法处理, 塔顶轻组分能并入后续工艺管线, 可产生良好的经济效益。
精馏法与处理此类废水常用的其它三种方法包括焚烧法、加压水解——生化处理法和湿式氧化法比较, 具有设备投资少、能耗低的优点[7], 但是其缺点是馏出水腈化物含量远超出《污水综合排放标准GB 8978-1996》中总腈化物三级标准2mg/L[8], 还需要后续的工艺处理装置。
丁禄彬[9]对山东淄博某农药厂生产中产生的农药有机废水采用自主研制的减压——精馏装置回收其中含有的N, N-二甲基甲酰胺 (简称DMF) , DMF回收率达82.47%, 且回收DMF后的农药废水毒性和有机物含量降低, 减轻了后续废水处理的压力。他采用高级氧化法对后续农药废水进行降解处理, CODCr、NH3-N、TOC (总有机碳) 大幅降低, 满足企业的排放要求。
杨宗政等[10]采用二次精馏工艺处理4, 6—二硝基邻仲丁基苯酚 (DNBP) 废水, 此废水具有的特点是COD达2×104mg/L、色度高于1×104倍、PH小于1, 经处理后COD降至60mg/L以下, 并且精馏塔釜残液中的H2SO4和DNBP得到回收利用。
可见, 通过回收利用有机废水中的目标污染物和后续废水处理工艺相结合的组合工艺处理方式符合清洁生产的理念, 可提高企业的经济效益并创造良好的环境效益。但是, 王科等[11]也指出我国当前对丙烯腈废水处理现状:基础研究少而缺乏基础实验数据, 工艺设计盲目性大, 实际建成的设备不能充分利用而造成经济和资源浪费。因此, 应根据各种废水处理技术的优缺点, 针对主要污染物展开基础实验研究, 并从废水资源化角度考虑工业化后的经济性分析。
2.2 共沸精馏法处理有机废水
当待分离的组分为共沸溶液体系或者其挥发度非常接近时, 采用普通精馏方法难以分离或需要的理论板数非常多, 且回流比较大, 使设备费用和操作费用过大而不经济, 可采用共沸精馏[12,13]。在精馏塔内, 共沸剂能与体系中一种或几种物质形成新的共沸物并从塔顶分离出来, 而塔釜得到纯物质。
屈文江[14]以正己烷为共沸剂, 采用共沸精馏法回收制药废水中的乙醇, 分析了共沸剂的添加方式、共沸剂与水的质量比和回流比对回收乙醇的影响, 提出了最优操作参数, 塔釜所得残液几乎全部是水, 可以直接排放。
张晓娟等[15]采用酯化反应¬——共沸精馏组合法降低甲酸废水中的COD, 并回收甲酸正丁酯或甲酸异戊酯。该工艺处理后甲酸废水COD从1.5×105~1.6×105mg/L降至500mg/L以下, COD去除率达99%以上, 且甲酸回收率高于90%。
李晓萍[16]对糠醛废水中乙酸通过电渗析和萃取——共沸精馏制备出工业以及乙酸, 解决了糠醛废水直排对水环境造成的污染, 又获得非常重要的有机化工原料乙酸。
王春蓉[13]阐述了共沸精馏的特点、分类及共沸剂的选择, 介绍近年来共沸精馏技术的应用研究进展, 指出特别是非均相间歇共沸精馏具有设备简单、共沸剂用量小、效率高、操作灵活等优点, 但是共沸精馏过程机理和操作控制还有待进一步深化研究。
3 结语
目前, 高浓度有机废水普遍采用生物法处理, 但是单纯的生物法已无法将某些难生物降解的废水处理到污水排放标准指标范围内;另外, 从废水资源化角度分析, 生物法不能将废水中的有价值组分回收利用。采用精馏工艺或者精馏与其它技术结合处理有机废水既可实现废水资源化利用, 又能满足后续的生物法处理条件, 可达到出水水质国家污水排放标准, 创造良好的环境效益和经济效益。某些有机废水只需精馏法即可达到污水排放标准, 更能突出表现精馏法的操作简单、占地面积小、分离效果好的优点。
但是, 因有机废水生产行业不同而组成不同、差别大、组分复杂, 大部分精馏工艺实验研究只针对特定行业废水, 重点研究工艺处理方法的可行性, 缺乏系统的基础实验数据和精馏法与其它工艺组合的优化设计试验, 更加缺乏污染物回收处理成本及维护管理费用等综合经济可行性评价, 因此, 今后的试验研究应以废水资源化利用角度, 综合考虑环境效益和经济效益的循环经济发展思路, 优化组合工艺实现资源回收和污水综合治理。
摘要：高浓度有机废水处理是污水处理领域研究的热点和难点。本文专述了国内外采用精馏工艺处理高浓度有机废水的研究进展情况, 从废水资源化利用角度分析了采用精馏工艺处理高浓度有机废水的优点。
关键词：有机废水,普通精馏,共沸精馏,资源化利用
参考文献
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