堿化/蒸發(fā)/汽提組合工藝處理制藥廢水的研究

朱兆友，張方坤，陳新德，禹繼志

(青島科技大學(xué)化工學(xué)院,山東 青島 266042)

作者以制藥廢水為研究對(duì)象，針對(duì)其高COD、高NH3-N和有機(jī)物難降解的特征，提出堿化、蒸發(fā)和汽提工藝組合的處理方法，并考察了組合工藝對(duì)COD、NH3-N的去除效果及對(duì)廢水可生化性的改善效果，擬為處理高COD、高NH3-N及難降解有機(jī)廢水提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)水樣取自某制藥廠離心反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水。廢水COD濃度約33 420 mg·L-1，NH3-N濃度約3500 mg·L-1，密度0.994 g·cm-3,pH值5～6；廢水中的有機(jī)物主要為醋酸銨、醋酸、呋喃、呋喃鹽、少量乙醇及其它大分子有機(jī)物中間體等。

氫氧化鈉，分析純。

HH-6型化學(xué)耗氧量測(cè)定儀；DWG-800A型氨氮自動(dòng)檢測(cè)儀，上海雷磁儀器廠；BOD5測(cè)定儀，美國(guó)HACH公司；JA2003N型電子精密天平；JJ-1A型自動(dòng)攪拌器，江蘇金壇金城國(guó)盛實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1.2 原理及裝置

根據(jù)廢水中各成分的理化性質(zhì)，采取堿化、蒸發(fā)和汽提組合工藝去除COD及NH3-N。由于影響實(shí)驗(yàn)水樣COD值的主要成分是醋酸、醋酸銨、呋喃和呋喃鹽，因此先進(jìn)行堿化，不僅可將醋酸銨和呋喃鹽轉(zhuǎn)化為醋酸鈉和呋喃，而且可初步去除廢水中的部分NH3-N；堿化后將廢液蒸發(fā)，可去除廢水中的鹽并大大降低COD，蒸出液汽提分離出的呋喃可以回收再利用。該組合工藝的優(yōu)點(diǎn)是在有效降低廢水COD及去除NH3-N的同時(shí)，可以進(jìn)一步回收利用醋酸鈉和呋喃[7～10]。

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。

V01.儲(chǔ)液罐 V02.回收罐 E01.蒸發(fā)器 T01.汽提塔 P01，P02.泵

1.3 分析與檢測(cè)

采用重鉻酸鉀(K2Cr2O7)法測(cè)定CODCr。COD去除率=(COD0-COD1)/COD0×100%,式中COD0、COD1分別為處理前后廢水的CODCr值。

采用氨氮自動(dòng)檢測(cè)儀測(cè)定NH3-N。NH3-N去除率=[(NH3-N)0-(NH3-N)1]/(NH3-N)0×100%，式中(NH3-N)0、(NH3-N)1分別為處理前后廢水的NH3-N值。

采用BOD5測(cè)定儀測(cè)定BOD5。

以上研究的開(kāi)展依據(jù)高職公共英語(yǔ)教學(xué)實(shí)情，將EOP融入公共英語(yǔ)教學(xué)，以生態(tài)語(yǔ)言學(xué)為指導(dǎo)開(kāi)展師資建設(shè)及教學(xué)內(nèi)容、方法、評(píng)價(jià)等改革，實(shí)現(xiàn)融入EOP后的高職公共英語(yǔ)教學(xué)生態(tài)再平衡，以提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生職場(chǎng)英語(yǔ)運(yùn)用能力。

2 結(jié)果與討論

2.1 堿化工藝處理對(duì)廢水COD及NH3-N的去除效果

取200 mL廢水，在常溫下以轉(zhuǎn)速100 r·min-1攪拌20 min進(jìn)行堿化處理，考察不同初始pH值下廢水COD及NH3-N的變化，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 堿化工藝處理對(duì)廢水COD和NH3-N的去除效果

由圖2可以看出，隨著廢水初始pH值的增大，廢水中COD幾乎不變，而NH3-N降低。當(dāng)pH值為12時(shí)，NH3-N降至2378 mg·L-1，NH3-N去除率為32.1%；此后廢水中的NH3-N基本不變。因此，調(diào)節(jié)pH值為12，即NaOH加量為20 g·L-1時(shí)，COD和NH3-N的去除效果最佳。這是因?yàn)?，隨著pH值的增大，廢水中的醋酸、醋酸銨轉(zhuǎn)化為醋酸鈉，生成的氨水易分解，而影響COD值的有機(jī)物并沒(méi)有去除，使得NH3-N有很大程度的降低，而COD值卻沒(méi)有變化。這表明，對(duì)廢水的堿化處理只能去除部分NH3-N，需要采用其它工藝來(lái)進(jìn)一步處理。

2.2 蒸發(fā)工藝處理對(duì)廢水COD及NH3-N的去除效果

蒸發(fā)器可以采用一效、二效甚至多效蒸發(fā)器相結(jié)合的方法[11，12],以達(dá)到節(jié)能的目的。

取200 mL堿化處理后的廢水進(jìn)一步蒸發(fā)，考察蒸發(fā)量對(duì)蒸發(fā)液COD及NH3-N的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 蒸發(fā)工藝處理對(duì)廢水COD和NH3-N的去除效果

由圖3可以看出，隨著蒸發(fā)量的增加，蒸發(fā)液中NH3-N大幅下降，當(dāng)蒸發(fā)量超過(guò)50%時(shí)，NH3-N變化很小。這主要是因?yàn)椋S著蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行，溫度不斷升高，使廢水中的氨水分解，廢水中的氨量逐漸減少。

由圖3還可以看出，隨著蒸發(fā)量的增加，蒸發(fā)液中的COD逐漸降低，當(dāng)蒸發(fā)量超過(guò)80%時(shí)，蒸發(fā)液中的COD基本穩(wěn)定。這主要是由于，蒸發(fā)量較少時(shí)，低沸點(diǎn)易揮發(fā)組分先蒸出，使得蒸發(fā)液中的COD很高；隨著蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行，高沸點(diǎn)有機(jī)物逐漸蒸出，蒸發(fā)液中的COD不再變化。綜合COD、NH3-N的去除效果，確定80%為最佳蒸發(fā)量，此時(shí)廢水中未轉(zhuǎn)化成鹽的有機(jī)物基本都進(jìn)入蒸發(fā)液，且NH3-N在蒸發(fā)液中也達(dá)到了穩(wěn)定。如對(duì)于COD為33 420 mg·L-1、NH3-N為2378 mg·L-1的堿化處理液，當(dāng)蒸發(fā)量為80%時(shí)，COD降至3648 mg·L-1、NH3-N降至248 mg·L-1，COD、NH3-N的去除率分別為89.1%、89.6%。

2.3 汽提工藝處理對(duì)廢水COD及NH3-N的去除效果

對(duì)蒸發(fā)后的蒸發(fā)液做進(jìn)一步汽提處理。從汽提塔塔頂進(jìn)料，塔底通蒸汽，進(jìn)料結(jié)束后繼續(xù)通蒸汽穩(wěn)定20 min，調(diào)節(jié)回流比，考察汽提量對(duì)塔釜出水COD以及NH3-N的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 汽提工藝處理對(duì)廢水COD和NH3-N的去除效果

由圖4可以看出，對(duì)于COD為3648 mg·L-1、NH3-N為 248 mg·L-1的蒸發(fā)液，當(dāng)汽提量為0.5%時(shí)，出水NH3-N降到最低，但COD仍較高；當(dāng)汽提量為1.0%時(shí)，出水COD(188 mg·L-1)接近臨界最佳，COD最終去除率達(dá)到99.4%，效果良好，出水NH3-N(52.8 mg·L-1)較低，NH3-N最終去除率達(dá)到98.5%。綜合考慮，當(dāng)汽提量為1.0%時(shí)對(duì)廢水COD和NH3-N的處理效果最好。經(jīng)進(jìn)一步分析，塔頂出液主要為呋喃、水以及少量的乙醇，因此可以對(duì)塔頂出液中呋喃采用恒沸精餾[9]、加鹽萃取精餾[10]等方法進(jìn)行回收再利用。

2.4 組合工藝對(duì)廢水可生化性的影響

組合工藝也極大提高了廢水的可生化性，其中汽提過(guò)程將不易降解的呋喃分離出,從而使出水BOD5/COD值由0.12提高到0.52。表明組合工藝對(duì)廢水的可生化性也有顯著改善效果。

3 結(jié)論

(1)堿化/蒸發(fā)/汽提組合工藝在處理制藥廢水時(shí)表現(xiàn)出較高的效能，在NaOH加量為20 g·L-1、蒸發(fā)量為80%、汽提量為1.0%的條件下，當(dāng)進(jìn)水COD約33 420 mg·L-1、NH3-N約3500 mg·L-1時(shí),總?cè)コ史謩e達(dá)到了99.4%、98.5%，最終出水的COD為188 mg·L-1、NH3-N為52.8 mg·L-1，達(dá)到《制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21907-2008)。同時(shí)， 出水BOD5/COD值由0.12提高到0.52， 可生化性顯著提高。

(2)針對(duì)蒸發(fā)過(guò)程耗能的問(wèn)題，需要綜合考慮加入熱集成、多效蒸發(fā)等工藝，從而達(dá)到節(jié)能的目的；汽提之后的含有呋喃的塔頂溶液可以進(jìn)一步回收利用。

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