一种苯胺类废水的处理方法
技术领域
本发明涉及工业废水技术领域,具体涉及一种苯胺类废水的处理方法。
背景技术
苯胺俗称阿尼林油,是一种具有芳香气味的无色油状液体,它是芳香胺类最有代表性的物质,暴露在空气中或日光下易变成棕色,具有长期残留性、生物蓄积性、被美国EPA列为优先控制的129种污染物之一,国家规定的工业废水中苯胺类物质的三级排放标准为5mg/L。作为染料工业中最重要的中间体之一,苯胺毒性很大,且在环境中性质稳定,不易降解;苯胺废水极难处理,如随意排放会对水体造成严重污染。
作为工业中最重要的中间体之一,生产过程中残留的苯胺是苯胺废水的主要来源。苯胺是一种重要的有机化工原料,广泛应用与燃料、农业、医药、军工等行业。国内众多染料厂、农药厂、制药厂及其它化工厂在生产过程中都会产生各类苯胺废水。在农药工业中用于生产许多杀虫剂、杀菌剂如DDV、除草醚、毒草胺等;苯胺是橡胶助剂的重要原料,用于制造防老剂甲、防老剂丁、防老剂RD及防老剂4010、促进剂M、808、D及CA等;也可作为医药磺胺药的原料,同时也是生产香料、塑料、清漆、胶片等的中间体;并可作为炸药中的稳定剂、汽油中的防爆剂以及用作溶剂;其它还可以用作制造对苯二酚、2-苯基吲哚等。在染料工业中可用于制造酸性墨水蓝G、酸性媒介BS、酸性嫩黄、直接橙S、直接桃红、靛蓝、分散黄棕、阳离子桃红FG和活性艳红X-SB等;在有机颜料方面有用于制造金光红、金光红G、大红粉、酚菁红、油溶黑等;在印染工业中用于染料苯胺黑。例如苯胺在制成苯胺黑的过程中,苯胺氧化合成聚苯胺(吲哒胺结构),聚苯胺与硝基苯高温缩合(吖嗪结构)生产最终产物(李文祺,颜料苯胺黑1#的合成工艺研究)。在此过程中,残留的苯胺是废水的主要污染物质。
苯胺在染料工艺上是染液的主要成分之一,苯胺与盐酸、水按照一定比例混合成甲液,与醋酸、氯酸钠、硫酸铜、氯化铵、水合成的乙液混合形成染液(曹振宇,中国近代合成染料生产及染色技术发展研究);
苯胺呈碱性,与酸易生成盐。其氨基上的氢原子可被烃基或酰基取代,生成二级或三级苯胺及酰基苯胺。当苯胺进行取代反应时,主要生成邻、对位取代产物。苯胺与亚硝酸反应生成重氮盐,由此盐可制成一系列苯的衍生物和偶氮化合物
苯胺废水不易处理,主要体现在以下几个方面:
1、苯胺毒性高,难生物降解,致使生物处理系统难以稳定运行且效率较低;
2、染料厂所产生的苯胺废水中苯胺浓度可达数千,而我国规定的污水排放标准中苯胺类物质的最高允许排放浓度为5.0mg/L;
3、苯胺废水含有较多NaCl、Na2SO4等无机盐,浓度可达20%~30%;
4、苯胺类废水具有很强的酸性或碱性,不仅增加废水处理费用,且加大废水中盐含量;
5、苯胺废水色深,胺基等活泼基团易发生反应,增强废水色度。
现有苯胺废水处理技术主要有:
1)物理法:包括吸附法、萃取法、膜分离法等。吸附法一般需再处理且成本较高,再生困难,存在二次污染的问题;萃取法对胺含量较高的废水可以进行回收,而对于稀溶液则要用络合萃取法进行回收,且萃取法中有机溶剂可能会造成环境的二次污染,它只是对污染物的一个物理转移过程,并不是真正意义上的净化降解过程;液膜法处理苯胺废水工艺过程较复杂,且乳状液膜需制乳、破乳等工序,分离过程中的乳液溶胀和破裂限制了内相浓缩液浓度的进一步提高,且基建投资和运转费用较高,需要定期的化学清理,并且其浓缩废水处理较为困难。
2)化学法:包括超声波降解法、臭氧氧化法、湿式氧化法等。氧化法有多种,一些高级氧化技术如臭氧氧化法、湿式氧化法、光催化氧化法及超临界水氧化法,其对苯胺废水的处理效果较好,但压力,停留时间,及臭氧浓度不好控制,对苯胺去除率影响较大,且成本偏高,二次污染问题严重;超声波降解法与臭氧氧化法耗能巨大,噪音严重;湿式氧化法设备费用大,系统的一次性投资高,且易产生毒性较强的中间产物。
3)生物法:在现代的生物技术处理过程中,好氧生物氧化,兼氧生物降解及厌氧消化降解被广泛应用,但由于苯胺难以降解,生物技术处理苯胺废水存在很多限制。
赵大为等人(赵大为,Fenton-混凝法处理苯胺废水)运用Fenton与PAC联用处理苯胺废水,COD去除率为78.4%,色度去除率94.8%;有实验(赵文婕,苯胺废水处理方法的研究)单独应用芬顿氧化法处理苯胺废水,处理效果不理想,COD去除率59.4%,苯胺去除率90.3%;用二氧化氯氧化法,COD去除率仅为25%,苯胺去除率73.5%(香杰新,US/O3/TiO2/UV氧化处理苯胺废水实验研究)。
公开号为CN1600696A的中国专利文献公开一种硝基苯萃取法处理苯胺废水的方法,用硝基苯作为萃取剂来处理苯胺废水,产生的含少量硝基苯的水相作为硝基苯生产中粗硝基苯碱洗用水,废水处理效果不理想,要进行生化处理。
香杰新等人进行的US/O3/TiO2/UV氧化处理苯胺废水实验研究,采用四种氧化技术联用,但该技术实施起来造价高,反应条件苛刻,且臭氧浓度不好控制,过大过小均会导致处理效率的下降。
公开号为CN1769206A的中国专利文献公开了一种利用合成的大孔高分子聚合物固定化微生物强化SBR处理苯胺类生产废水的方法,该方法主要是将作为载体的合成的大孔高分子聚合物投加到含活性污泥的生物反应器,提高生物处理对COD的去除率,但其主要针对较低浓度COD苯胺废水,对高浓度COD苯胺废水不可行。
公开号为CN101570371A的中国专利文献公开一种高铁酸钾去除废水中苯胺的预处理工艺方法及设备。高铁酸钾需要制备来得,提高了反应药剂的成本,且该发明所需处理设备复杂。
公开号为CN103708584A的中国专利文献公开了一种苯胺废水处理工艺,包括电解苯胺废水的过程,阴极材料为不锈钢,阳极为导电聚苯胺电极。但其各参数未有详尽介绍,且该法耗能较高,处理高浓度苯胺废水较为困难。
因此寻求一种能有效处理高浓度苯胺废水方法就显得尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种苯胺类废水的处理方法,经缩聚反应-Fenton-NaClO氧化技术联用,显著降低苯胺类废水的COD及苯胺含量、处理效果显著,且无固废产生、不会引起二次污染。
一种苯胺类废水的处理方法,包括如下步骤:
(1)调节苯胺类废水呈酸性,加热至40~100℃后与甲醛溶液混合,经缩聚反应后,调节至中性或碱性,过滤得到回收产物和上清液Ⅰ;
(2)调节步骤(1)分离得到的上清液Ⅰ的pH值为2~6,经Fenton反应后,调节pH值至7~10进行絮凝,过滤得到上清液Ⅱ;
(3)向步骤(2)分离得到的上清液Ⅱ中加入NaClO溶液,30~50℃下充分反应后过滤。
作为优选,步骤(1)中,先向苯胺类废水中加入吸附剂进行吸附分离,再调节废水pH为2~5,进一步优选为3~4。
所述的缩聚反应采用保温反应,优选的温度为70~80℃。
作为优选,甲醛溶液的质量分数为37~40%,优选为37%。
作为优选,以苯胺类废水的体积为基准,甲醛的加入量为0.1~30g/L;进一步优选,甲醛的加入量为0.1~10g/L。甲醛稍过量有利于后续Fenton反应中脱色和有机物的降解。
以邻苯二胺废水为例,反应步骤(1)经缩聚反应后,得到苯并咪唑,可以用于合成维生素B12等药物和制备高分子化合物等。
Fenton(芬顿)氧化:H2O2在Fe2+的催化作用下生产羟基自由基,其具有强氧化性,Fenton试剂能氧化某些难降解及有毒性的物质;Fenton试剂在处理有机废水时能产生铁水络合物,同样能起到絮凝作用。
作为优选,所述芬顿反应采用的试剂由Fe2+和质量分数为30%的H2O2组成。以上清液Ⅰ的体积为基准,H2O2的加入量为0.5~5g/L。进一步优选,以上清液Ⅰ的体积为基准,H2O2的加入量为1~3g/L。
作为优选,絮凝0.5~2h后,加入吸附搅拌过滤。
NaClO(次氯酸钠)氧化:NaClO具有氧化性与漂白性,能将有机物降解为无毒的CO2、H2O等物质。作为优选,NaClO溶液的有效氯含量为5~10%;进一步优选,NaClO溶液的有效氯含量5~5.2%,氧化反应后加入吸附剂吸附、助滤。再进一步优选,以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯加量为0.01~2g/L。更优选为0.2~0.5g/L。
本发明中吸附剂可以采用活性炭、硅藻土、分子筛中的一种或几种;吸附剂形式可采用粉末状或固定式的;固定式的可采用板式、柱式或负载式。本发明中吸附剂的加量均为1g/L(以加试剂之前的废水体积为基准)。
所述的苯胺类废水的处理方法尤其适用于苯胺废水的处理,优选的步骤为:
(2)先向苯胺废水中加入吸附剂进行吸附后分离,调节溶液pH值为3-4,加热至70~80℃后与质量分数为37%~40%的甲醛溶液搅拌缩聚,反应后调节溶液至中性,过滤得到MDA和上清液Ⅰ;
以苯胺废水的体积为基准,甲醛的加入量为15~20g/L。
(3)调节步骤(1)分离得到的上清液Ⅰ的pH值为4,经Fenton反应后,调节pH为7~9,再经絮凝0.5~2h后、加入吸附剂搅拌过滤得到上清液Ⅱ;
所述Fenton反应采用的试剂由Fe2+和质量分数为30%的H2O2组成;以上清液Ⅰ的体积为基准,H2O2的加入量为1~3g/L;Fenton反应温度保持在40~50℃。
(3)向步骤(2)分离得到的上清液Ⅱ中加入有效氯为5%~5.2%的NaClO溶液,30~40℃下反应0.5~2h后加入吸附剂吸附、助滤;
以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯加入量为0.2~2g/L。
步骤(1)经缩聚反应后,分离得到的固体为4,4-二氨基二苯基甲烷(MDA),MDA可用于生产绝缘材料、染料、二异氰酸酯、聚氨酯橡胶、H级粘合剂、环氧树脂固化剂等;也是橡胶抗氧剂和防老剂,合成MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)的中间体,也用于测定钨和硫酸盐。
经本方法处理后的苯胺废水COD<500mg/L,苯胺浓度<3mg/L。COD去除率达99%以上,苯胺去除率达98%以上,出水达到国家《污水综合排放标准(GB8978-1996)》排放标准。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
1、本发明将氧化技术有效连用,提高系统对有机物氧化降解的能力,该方法工艺流程简单,运行成本低,所需药剂易得廉价,处理效果显著,所得MDA可资源化利用,且不会引起二次污染,经过处理后即可达到国家《污水综合排放标准(GB8978-1996)》排放标准。
2、本发明中利用甲醛与苯胺类的缩聚反应,不仅解决了苯胺类废水处理时易产生二次污染的问题,同时副产可利用的有机物。
2、本发明中的处理方法严格按照缩聚反应-Fenton-NaClO氧化这一顺序进行,改变处理顺序或仅采用其中的两种处理工序进行该苯胺类废水的处理,均无法得到本发明的处理效果。
3、本发明的三个工艺缺一不可,且相互协同,苯胺类废水经处理后,COD去除率达99.3%,苯胺去除率达98%以上,出水达到达到国家《污水综合排放标准(GB8978-1996)》排放标准。
4、本发明对于多种苯胺类废水,均能达到好的效果。药剂用量可依据水质情况而定。
附图说明
图1为实施例1中苯胺废水的处理流程。
具体实施方式
实施例1
向苯胺废水(原始COD为24800mg/L,苯胺浓度为8211mg/L)中加入1g/L活性炭粉(以原始废水体积为基准)搅拌吸附0.5小时,过滤后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ以浓盐酸调节pH至3并加热至70℃后,加入6g/L(以上清液Ⅰ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至7絮凝过滤,得到MDA及清液Ⅱ。MDA的质量约为清液Ⅰ质量的1%,MDA的纯度为96.8%,清液Ⅱ的COD为1300mg/L;将清液Ⅱ的pH调节至4,Fenton反应1小时后将pH调至8进行絮凝,过滤得到滤液的COD为600mg/L,向滤液中加0.3g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应0.5小时后过滤得到滤液。滤液的COD为15mg/L,苯胺类浓度小于0.1mg/L。
实施例2
向苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)中加入1g/L活性炭粉(以原始废水体积为基准)搅拌吸附0.5小时,过滤后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ以浓盐酸调节pH至3并加热至70℃后,加入4g/L(以上清液Ⅰ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至7絮凝过滤,得到固体及清液Ⅱ,得到固体产物占上清液Ⅰ质量的0.75%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为2010mg/L;将清液Ⅱ的pH调节至4,Fenton反应1小时后将pH调至8进行絮凝并加活性炭粉搅拌脱色,过滤得到滤液滤液透明清亮、COD为712mg/L,向滤液中加0.3g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应0.5小时后过滤得到滤液。滤液透明清亮、COD为30mg/L,苯胺类浓度为0.14mg/L。
实施例3
向苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)中加入1g/L硅藻土(以原始废水体积为基准)搅拌吸附0.1小时,过滤后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ以浓盐酸调节pH至5并加热至80℃后,加入4g/L(以上清液Ⅰ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至8絮凝过滤,得到固体及清液Ⅱ,固体产物占上清液Ⅰ质量的0.60%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为4709mg/L;将清液Ⅱ的pH调节至4,Fenton反应1小时后将pH调至8进行絮凝,过滤得到滤液透明略黄、COD为1060mg/L,向滤液中加0.3g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应0.5小时后过滤得到滤液。滤液透明清亮、COD为177mg/L,苯胺类浓度为2.21mg/L。
实施例4
向苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)中加入1g/L硅藻土(以原始废水体积为基准)搅拌吸附0.1小时,过滤后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ以浓盐酸调节pH至5并加热至80℃后,加入4g/L(以上清液Ⅰ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至8絮凝过滤,得到固体及清液Ⅱ,固体产物占上清液Ⅰ质量的0.60%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为4709mg/L;将清液Ⅱ的pH调节至3,Fenton反应1.5小时后将pH调至9进行絮凝,过滤得到滤液透明略黄、COD为760mg/L,向滤液中加0.4g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应0.5小时后过滤得到滤液。滤液透明清亮、COD为57mg/L,苯胺类浓度为0.21mg/L。
实施例5
苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)以0.6m/min的速度通过吸附柱后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ以浓盐酸调节pH至3并加热至90℃后,加入10g/L(以上清液Ⅰ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至8絮凝过滤,得到固体及清液Ⅱ,得到固体产物占上清液Ⅰ质量的0.92%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为1200mg/L;将清液Ⅱ的pH调节至5,Fenton反应1小时后将pH调至8进行絮凝并加活性炭粉搅拌脱色,过滤得到滤液滤液透明清亮、COD为412mg/L,向滤液中加0.1g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应0.5小时后过滤得到滤液。滤液透明清亮、COD为40mg/L,苯胺类浓度为0.11mg/L。
对比例1
向苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)中加入1g/L活性炭粉(以原始废水体积为基准)搅拌吸附0.5小时,过滤后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ以浓盐酸调节pH至3并加热至70℃后,加入4g/L(以上清液Ⅰ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至7絮凝过滤,得到固体及清液Ⅱ,得到固体产物占上清液Ⅰ质量的0.75%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为2010mg/L;将清液Ⅱ的pH调节至4,向滤液中加0.3g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应0.5小时后过滤得到滤液。滤液透明清亮、COD为1345mg/L,Fenton反应1小时,反应后絮凝,得滤液COD为612mg/L,苯胺类浓度为2.1mg/L。
对比例2
向苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)中加入1g/L活性炭粉(以原始废水体积为基准)搅拌吸附0.5小时,过滤后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ用浓盐酸调节pH至4左右,Fenton反应1小时后将pH调至8絮凝,过滤得到清液Ⅱ。清液Ⅱ调节pH至3并加热至70℃后,加入4g/L(以上清液Ⅱ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至7絮凝过滤,得到固体及清液Ⅲ,得到固体产物占上清液Ⅲ质量的0.75%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为2010mg/L;将清液Ⅲ的pH调节至9,向滤液中加0.3g/L的有效氯(以上清液Ⅲ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应1小时后过滤得到滤液。滤液COD为1500mg/L,苯胺类浓度为16mg/L。
对比例3
向苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)中加入1g/L活性炭粉(以原始废水体积为基准)搅拌吸附0.5小时,过滤后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ用浓盐酸调节pH至4左右,Fenton反应1小时后将pH调至8絮凝,过滤得到清液Ⅱ。清液Ⅱ中加0.3g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应1小时后过滤得到清液Ⅲ,清液Ⅲ调节pH至3并加热至70℃后,加入4g/L(以上清液Ⅲ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至7絮凝过滤,得到固体及清液,得到固体产物占上清液Ⅲ质量的0.75%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为6000mg/L,苯胺类浓度为58mg/L。
对比例4
向苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)中加入1g/L活性炭粉(以原始废水体积为基准)搅拌吸附0.5小时,过滤后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ以浓盐酸调节pH至3并加热至70℃后,加入4g/L(以上清液Ⅰ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至7絮凝过滤,得到固体及清液Ⅱ,得到固体产物占上清液Ⅰ质量的0.75%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为2010mg/L;将清液Ⅱ的pH调节至4,向滤液中加0.3g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应0.5小时后过滤得到滤液。滤液透明清亮、COD为800mg/L,苯胺类浓度为1.8mg/L。
对比例5
苯胺类混合废水(原始COD约为20000mg/L)以0.6m/min的速度通过吸附柱后得到清液Ⅰ;清液Ⅰ以浓盐酸调节pH至3并加热至90℃后,加入10g/L(以上清液Ⅰ的体积为基准)甲醛溶液(甲醛溶液的质量分数为37%),保温搅拌反应1小时后将pH调至7絮凝过滤,得到固体及清液Ⅱ,得到固体产物占上清液Ⅰ质量的0.92%经检测表明为可回收化合物,上清液的COD为2200mg/L;将清液Ⅱ的pH调节至3,进行2小时铁炭微电解后,将pH调节至9搅拌絮凝0.5小时后过滤,得到的滤液中加0.1g/L的有效氯(以上清液Ⅱ的体积为基准,NaClO的有效氯为5%),氧化反应0.5小时后过滤得到滤液。滤液COD为4000mg/L,苯胺类浓度为82mg/L。