糠醛生產廢水循環利用新工藝分析

喬建芬 郭朝華 趙耀武

（1山西輕工職業技術學院，太原 030013） （2中國日用化學工業研究院，太原 030001）（3安陽福士德化工機械有限公司，安陽 455000）

·工藝技術·

糠醛生產廢水循環利用新工藝分析

喬建芬1*郭朝華2趙耀武3

（1山西輕工職業技術學院，太原 030013） （2中國日用化學工業研究院，太原 030001）（3安陽福士德化工機械有限公司，安陽 455000）

通過分析糠醛生產廢水的產生，比較不同廢水處理工藝的經濟技術性，提出了廢水循環利用新工藝方案。

糠醛生產；廢水治理；循環利用；效果

隨著我國經濟快速發展和產業升級，國家對環境保護和污染治理的要求越來越高，尤其在節能減排和環保執法方面更加重視。三廢能否達標排放關系到企業的生存和發展。采用玉米芯提取糠醛要產生大量工藝廢水，糠醛廢水的處理有多種辦法和措施，但多數不理想不徹底。經過多年的實踐，我們將糠醛廢水回收變為蒸汽循環利用，可達到環保零排放的要求，又能為企業降低成本，增加效益，是糠醛生產企業治理污染的理想選擇。

1 糠醛生產廢水的產生

糠醛生產廢水來源于生產過程中初餾廢水和精制中和、洗鍋水，該廢水含有醋酸和糠醛等有機物，COD較高，按日產10 t糠醛、原液質量分數5.9%，精制廢水按噸醛0.3 t計，則日產廢水=（10÷0.059）＋（10×0.3）＝172.5（t），pH 值 3 ～ 4，溫度80℃～90℃。

2 不同廢水處理工藝經濟技術性比較

2.1 糠醛生產廢水治理工藝路線

目前，環保部門認可的糠醛生產廢水治理工藝主要有生化法和循環利用法。物理化學法處理效果因COD仍在400 mg/L以上，達不到排放要求。

2.2 生化法處理工藝

2.2.1 工藝介紹

該工藝是將90℃的廢水降溫后，加堿中和至中性，然后進入上流式厭氧污泥反應器由厭氧菌進行分解其中的部分有機酸，再進入裝有曝氣系統的好氧池由好氧菌進行生物接觸氧化，分析合格后進入沉淀池和濾渣池。廢水分析合格后才可外排。污泥定期清理外運。

2.2.2 工藝流程

2.2.3 生化法的優缺點

生化法工藝采用厭氧好氧細菌分解處理，在嚴格工藝操作和準確分析條件下能夠達到合格排放的要求，但其存在以下幾方面的缺點：①建設周期長，占地面積大。建設周期一般需3個月左右，占地面積需400 m2～600 m2，處理過程不易控制。②處理程序和工藝復雜、分析指標多、處理費用大。需要購買燒堿、厭氧菌、好氧菌。熱量損失大，每噸廢水損失293 MJ熱量。③菌群繁殖和生存條件要求高，尤其在冬季，一旦菌群因操作不慎造成大量死亡，需重新購買菌種，重新培養，嚴重的造成廢水超標排放，影響生產。④菌群培養時間長，好氧菌需培養3個月，厭氧菌需培養1個月，才能發揮分解處理功能。⑤土建設施需嚴格防滲施工，一旦滲漏，將造成成菌種流失，需重新防滲處理和購買菌種，造成浪費。⑥年產3 000 t糠醛，污水處理設施需投資130萬元，且運行費用偏高，僅中和1噸廢水，至少需要13 kg燒堿。

2.3 廢水循環利用新工藝

2.3.1 工藝介紹

廢水循環利用新工藝是結合糠醛生產特點總結出來的有效辦法，利用生產余熱對90℃的廢水再加熱，利用蒸汽對預熱廢水蒸發，將廢水變為符合生產需要的二次蒸汽直接用于水解生產，達到在糠醛水解生產內部的循環利用，且通過自控系統控制，確保二次蒸汽的質量。

2.3.2 工藝流程

2.3.3 工藝特點

該工藝有效克服了生化法處理的弱點，而且充分發揮了有利于糠醛生產的優點。①安裝速度快，設備占地面積小。安裝時間僅需15 d，占地面積40 m2～60 m2。②廢水變蒸汽用于生產，廢水不外排，處理完全徹底，達到零排放。③有效利用余熱，將余熱變為生產需要的熱能，節省燃料。直接利用生產余熱將90℃的廢水加熱到120℃。蒸汽冷凝水可提高鍋爐供水水溫，利于穩定鍋爐氣壓，節省燃料，利于生產穩定。④軟水和廢水循環利用，減少了地下水用量和軟水耗鹽量，節水、節電、節鹽。⑤廢水蒸氣中的醋酸直接參與反應，節省部分硫酸；廢水中的糠醛重新回到生產系統，可回收部分糠醛。⑥用水解汽預熱廢水，相當于增加原液冷凝換熱面積，有利于提高糠醛收率和產量。⑦該工藝設計有自動清洗系統，可有效防止因結垢影響換熱效果。⑧該工藝設計為自動化操作，安全性高，節省人力，運行過程中不需要化學原料和分析藥品。⑨二次蒸汽和一次蒸汽壓差0.1 MPa～0.2 MPa，能夠滿足生產工藝要求。⑩年產3 000 t糠醛需投資280萬左右，運行成本較低。

鑒于上述比較分析，廢水循環利用工藝更加符合糠醛生產的特點和要點，能夠達到環保要求的廢水零排放，符合企業要求的技術經濟性原則。

3 廢水治理方案

3.1 工藝廢水總量

工藝廢水包括初餾廢水和精制廢水。該公司經過技術改造，糠醛日產量由原來的6 t提高到10 t，糠醛原液質量分數為5.9%，每噸醛精制廢水為0.3 t，則工藝廢水日總量為=（1÷0.059） ×10+10×0.3＝172.5 t。

3.2 工藝廢水處理方式

工藝廢水中含有質量分數約2%的醋酸，醋酸是糠醛生產中的催化劑，使用廢水拌酸用于水解生產過程，即可節約部分硫酸消耗，又節省資源。根據糠醛生產工藝特點，采取以下處理方法：172.5 t廢水中的34.5 t用于水解拌酸用水；另外138 t廢水采用循環利用法生產二次蒸汽重新回用于水解生產，減少地下水用量，節約水資源。

3.3 工藝計算

3.3.1 計算依據

糠醛日產量10 t，原液質量分 數5.9%，醛汽壓力0.4 MPa，溫度142℃，廢水日產量172.5 t，溫度90℃，其中138 t實行蒸發循環利用。

鍋爐蒸汽：壓力1.0 MPa，179.04℃，沸騰水的焓757.7 KJ/kg，潛熱2 015.5 KJ/kg。

二次蒸汽：壓力0.8 MPa，溫度169.61℃，沸騰水的焓716.7 KJ/kg，潛熱2 085.8 KJ/kg。

不銹鋼導熱系數1 500，溫差4.93℃。

廢水每小時流量5.75 t（日廢水量138 t）。

3.3.2 熱力學計算

a） 加熱5.75 t廢水需熱量：Q1＝1 476.3 MJ/h；

b） 生產5.75 t蒸汽需熱量：Q2＝11 993.2 MJ/h；

c）則需換熱面積：

熱損按6%計，實際需蒸汽量為：

6.46×（1＋6%）＝6.84（t）

e）蒸汽冷凝熱水數量為：

6.84×85%＝5.82（t）

f）由計算可知：此工藝每小時多耗蒸汽1.09 t，蒸汽冷凝水比二次蒸汽每小時多0.07 t。生產系統水汽基本平衡。

4 效果評估

結合已運行生產企業的經驗，該工藝可以達到以下處理效果：

a）操作系統自動控制，廢水閉路循環重新利用，完全實現工藝廢水零排放，達到環保要求。

b） 回收部分糠醛，節省鹽、硫酸、電、水。每年節水4萬t，節鹽102 t，節硫酸80 t，糠醛增產110 t。

c） 節省化學原料（生化法每噸廢水需13 kg燒堿）、分析費用和人力成本。

5 投資及回收

根據該項目設備材質要求、處理規模，投資金額需280萬元，正常運行2年內可收回投資。

［1］ 國家醫藥管理局上海醫藥設計院.化工工藝設計手冊（上）［M］.2版.北京：化學工業出版社，1996.

［2］ 劉愛民.化工單元操作技術［M］.北京：高等教育出版社，2007：56-63.

［3］ 王紹良.化工機械設備［M］.北京：化學工業出版社，2008：188-199.

Study on noveltechnology offurfuralwastewater recycling

QIAOJian-fen1*GUOChao-hua2ZHAOYiao-wu3
1（Shanxi light industrytechnical college，Taiyuan 030013，China）2（China research institute ofdailychemical industry，Taiyuan 030001，China）3（Anyangfushide chemical machineryCo.,Ltd.,，Anyang 455000，China）

Sources and production of furfural wastewater were investigated.The economic technological analysis on different wastewater treatments were carried out.Novel technologyoffurfural wastewater recyclingwas provided.

furfural technology；wastewater treatment；recycling；effect

TS275.1

A

1673-6004（2011）04-0033-03

*喬建芬，女，1966年出生，1987年畢業于天津輕工業學院（現天津科技大學）化學工程專業，碩士，副教授。

2011-10-23