2，4-D 農(nóng)藥生產(chǎn)工藝及廢水處理改造工程案例分析

楊世永，宋寶增

（1.煙臺(tái)市萊州環(huán)境監(jiān)控中心，山東 萊州 261400；2.中國(guó)工程物理研究院，四川 綿陽(yáng) 621000）

1 項(xiàng)目背景

山東某農(nóng)藥企業(yè)生產(chǎn)2，4-D 原藥（2，4-二氯苯氧乙酸）及其衍生物等產(chǎn)品。2，4-D化學(xué)式為C8H6Cl2O3，主要用作除草劑和植物生長(zhǎng)劑。原2，4-D 生產(chǎn)工藝中和、成鹽、縮合分步反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低下。廢水萃取工藝存在除酚效率不高、油水分離不徹底、溶劑損失易造成二次污染等缺陷。傳統(tǒng)三效蒸發(fā)裝置處理高鹽廢水，蒸汽消耗量大，處理成本過(guò)高。基于以上原因，需對(duì)原有生產(chǎn)工藝及污水處理工程進(jìn)行改造。

2 技改前2，4-D 原藥生產(chǎn)工藝及污水處理工藝

以2，4-二氯苯酚為起始原料，2，4-二氯苯酚與氫氧化鈉經(jīng)中和反應(yīng)得到2，4-二氯苯酚鈉；氯乙酸與氫氧化鈉經(jīng)中和反應(yīng)得到氯乙酸鈉。2，4-二氯苯酚鈉與氯乙酸鈉縮合反應(yīng)得到2，4-二氯苯氧乙酸鈉。2，4-二氯苯氧乙酸鈉與鹽酸酸化反應(yīng)得到2，4-二氯苯氧乙酸粗品，經(jīng)洗滌、壓濾、烘干得到產(chǎn)品2，4-二氯苯氧乙酸。

縮合工序產(chǎn)生堿性廢水和酸化工序產(chǎn)生的酸性廢水混合后，加入鹽酸調(diào)節(jié)pH 至1～2，使2，4-二氯苯酚、2，4-二氯苯氧乙酸析出。酸析后的廢水再經(jīng)過(guò)萃取進(jìn)一步去除酚類物質(zhì)，選用N-503-煤油作萃取劑，30%液堿作反萃取劑。萃取后廢水進(jìn)入污水處理站中和池，經(jīng)中和、初沉、隔油、氣浮等物化處理，進(jìn)入三效蒸發(fā)裝置除鹽。蒸發(fā)冷凝液與生活污水混合，再經(jīng)厭氧、好氧生化處理，最后經(jīng)化學(xué)除磷、沉淀，放入貯水池。部分廢水回用于生產(chǎn)，部分排入園區(qū)污水處理廠。

3 技改前存在問(wèn)題分析

3.1 萃取工藝

廢水預(yù)處理萃取工藝存在的主要問(wèn)題，一是萃取效率不高，萃取后廢水含酚在20 mg/L 以上，加大了后期生化處理負(fù)擔(dān)；二是油水分離不徹底、溶劑損失易造成二次污染問(wèn)題。

3.2 三效蒸發(fā)

據(jù)有關(guān)資料介紹，1 t/h 氯化鈉溶液的蒸發(fā)濃縮，三效蒸發(fā)裝置理論蒸汽消耗量為284.289 kg/h[1]，考慮到三效蒸發(fā)設(shè)備的熱損失，企業(yè)蒸發(fā)1 t 高鹽廢水實(shí)際蒸汽消耗量約400 kg。燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽成本按300 元/t 計(jì)算，蒸發(fā)1 t 高鹽廢水蒸汽費(fèi)用為120 元。該企業(yè)全年處理高鹽廢水約3 萬(wàn)t，三效蒸發(fā)每年消耗的蒸汽費(fèi)用為360 萬(wàn)元。

MVR 蒸發(fā)設(shè)備啟動(dòng)后正常運(yùn)行時(shí)，理論上不再需要外來(lái)蒸汽的供給，只需要壓縮機(jī)耗費(fèi)一定的電能即可。MVR 蒸發(fā)1 t 高鹽廢水大約耗電80 kW·h，工業(yè)用電價(jià)格按0.8 元/（kW·h）計(jì)算，蒸發(fā)1t 廢水費(fèi)用為64 元，該企業(yè)MVR 蒸發(fā)高鹽廢水每年節(jié)約費(fèi)用168 萬(wàn)元。

4 技改后生產(chǎn)工藝及污水處理工藝

4.1 技改后生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污環(huán)節(jié)

2，4-D 原藥生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污環(huán)節(jié)見圖1。

圖1 技改后2，4-D 裝置生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污環(huán)節(jié)

反應(yīng)基本原理是2，4-二氯苯酚在氫氧化鈉存在下與氯乙酸縮合生成2，4-二氯苯氧乙酸鈉，再酸化成2，4-二氯苯氧乙酸。

1）溶解：將定量的水加入溶解釜，投入氯乙酸溶解，配成70%氯乙酸水溶液。

2）縮合：將2，4-二氯苯酚和酸化工序產(chǎn)生的氯乙酸鈉溶液加入到縮合釜中，加入液堿（總量80%），升溫至100～110℃，同時(shí)滴加液堿（總量20%）進(jìn)行縮合反應(yīng)。反應(yīng)完畢后，降溫至45℃以下，放入2，4-二氯苯氧乙酸鈉中轉(zhuǎn)罐，進(jìn)行壓濾。濾餅轉(zhuǎn)入鈉鹽溶解罐，加水溶解，待下步酸化。鈉鹽壓濾水（W1），去酸析、樹脂吸附處理。壓濾廢氣（G1）送入四級(jí)堿洗塔處理，堿洗水（W2）送入縮合工序。

3）酸化：將氯乙酸水溶液轉(zhuǎn)到酸化釜中，加入2，4-二氯苯氧乙酸鈉溶液，使2，4-二氯苯氧乙酸結(jié)晶析出，壓濾脫水后得到2，4-二氯苯氧乙酸粗品。粗品經(jīng)壓縮空氣吹掃、清水洗滌去除雜質(zhì)后，進(jìn)行鼓膜壓濾，得2，4-二氯苯氧乙酸濕粉。壓濾廢水去縮合釜回用，水洗廢水送至鈉鹽溶解罐去溶解2，4-二氯苯氧乙酸鈉。壓濾廢氣（G2）送入送入四級(jí)堿洗塔處理，堿洗水（W2）送入縮合工序。

4）烘干：將2，4-二氯苯氧乙酸濕粉先壓縮空氣吹掃，再進(jìn)入烘干機(jī)干燥后得2，4-二氯苯氧乙酸產(chǎn)品。烘干廢氣（G3）經(jīng)布袋除塵后送入三級(jí)堿洗塔處理，堿洗水（W2）送入縮合工序。

4.2 技改后污水處理工藝

技改后污水處理工藝流程見圖2。

圖2 技改后污水處理工藝流程

技改后生產(chǎn)廢水預(yù)處理酸析工藝不變，淘汰原有萃取工藝，改用特種樹脂吸附工藝。淘汰原有三效蒸發(fā)裝置，改用MVR 蒸發(fā)裝置。

4.2.1 酸析

將2，4-二氯苯氧乙酸鈉壓濾水送入酸析釜，加入鹽酸，調(diào)節(jié)pH 至1～2，使2，4-二氯苯酚及2，4-二氯苯氧乙酸析出，壓濾渣送回縮合工序。

4.2.2 樹脂吸附

技改工程共設(shè)計(jì)樹脂吸附塔7 個(gè)，兩級(jí)吸附。其中，1#、2#、3#、4#塔并聯(lián)組成一級(jí)，5#、6#、7# 塔并聯(lián)組成二級(jí)。單塔尺寸為Φ1 200 mm×6 000 mm，單塔有效容積6.9 m3，單塔裝填6 m3特種樹脂。一級(jí)4 個(gè)吸附塔和二級(jí)3 個(gè)吸附塔吸附、再生交替使用。

1）吸附：將酸析后的廢水打入樹脂吸附塔。一級(jí)吸附控制流速5.6 mL，廢水含酚處理至20 mg/L 以下；二級(jí)吸附控制流速5.6 mL，廢水含酚處理至2 mg/L 以下。兩級(jí)吸附除酚效率99%以上。

2）再生：當(dāng)一級(jí)吸附塔出水含酚上升至20 mg/L時(shí)，進(jìn)行樹脂再生。二級(jí)吸附塔出水含酚上升至2 mg/L時(shí)進(jìn)行樹脂再生。先放空吸附塔，用壓縮空氣吹掃，用22.4 mL 2%液堿解吸樹脂，流速控制在0.5 BV/h。解吸完畢，先用壓縮空氣吹掃，再用22.4 mL 清水沖洗，流速控制在5.6 mL/h。水洗完畢，用壓縮空氣吹掃。解吸堿液投到縮合工序，清洗廢水用于配置解吸堿液。

4.3 運(yùn)行效果

2，4-D 原藥生產(chǎn)工藝技改后，采用一步法縮合（中和、成鹽、縮合一步完成）、低溫酸化、空氣吹掃烘干等工藝，縮短反應(yīng)時(shí)間，生產(chǎn)效率大幅提高。

技改后，污水處理各階段出水水質(zhì)及接管標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 污水處理各階段出水水質(zhì)及接管標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)該企業(yè)與化工園區(qū)污水處理廠簽訂的接管合同，污水處理站排水pH、CODCr、BOD5、總磷、氨氮五項(xiàng)指標(biāo)需要滿足合同要求（見表1 接管標(biāo)準(zhǔn)），其他污染物指標(biāo)滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)山東某農(nóng)藥廠2，4-D 原藥生產(chǎn)工藝及污水處理改造工程進(jìn)行了分析，通過(guò)采用一步縮合、低溫酸化、空氣吹掃烘干等工藝，生產(chǎn)效率大幅提高。將原有廢水萃取工藝淘汰，改用特種樹脂吸附工藝，廢水含酚質(zhì)量濃度由300 mg/L 降到2 mg/L 以下。利用MVR 蒸發(fā)裝置替代原有三效蒸發(fā)裝置，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。生產(chǎn)廢水和生活污水經(jīng)過(guò)處理后，污水處理站出水達(dá)到化工園區(qū)污水處理廠接管合同要求。

考慮到含酚廢水可生化性較差，接管標(biāo)準(zhǔn)要求較高，建議在生化處理前，增加電催化+Fenton 高級(jí)氧化工藝。電催化氧化和Fenton 氧化工藝單獨(dú)使用，均能生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，實(shí)現(xiàn)酚類物質(zhì)的降解。電化學(xué)與Fenton 技術(shù)聯(lián)用，電-Fenton 法降解苯酚工藝的操作成本低于傳統(tǒng)Fenton 法，可以更有效地用于含酚廢水的處理[2]。