CN115350555B - 一种bdo基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法，采用的协同处理系统由相互协同的废气处理子系统和废水处理子系统组成，废气处理子系统包括依次通过管路连接的深冷冷凝器、吸附均化器、生物洗涤塔和强化生物氧化塔，高浓度废气冷凝后的凝液和液氮气化后的氮气回用到BDO基生物降解塑料生产线；废水处理子系统包括依次通过管路连接的吸附脱附塔、生物处理池。本发明所公开的处理方法可回收高价的四氢呋喃，无传统废气焚烧法的防火间距要求，减少焚烧法产生的碳排放，无需传统废水工艺的高级氧化预处理，废气和废水协同治理，安全性好，减少投资和运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及废气和废水的回收处理技术领域，特别涉及一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法。
背景技术
BDO(1，4-丁二醇)是生产二元酸二元醇聚酯系列(包括聚对苯二甲酸-共-己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)、聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST)、聚丁二酸-共-己二酸丁二醇酯(PBSA)等)可生物降解塑料的重要原料。以PBAT为例，PBAT是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具 PBA(聚己二酸丁二醇酯)和PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的特性，既有较好的力学性能，也有较好的延展性和断裂伸长率，还具有优良的生物降解性，是一种性能优异的全物可降解塑料。PBAT生产原料来源简便、生产成本低，是当前产业关注的热点。
PBAT的生产过程是以己二酸(AA)、对苯二甲酸(PTA)、丁二醇(BDO)为单体，按照一定比例经过酯化和缩聚反应合成。反应过程中部分BDO发生环化脱水反应生成四氢呋喃(THF)。每生产1吨PBAT，约有0.1吨的四氢呋喃副产品产生，因此PBAT生产线一般同时配备四氢呋喃精馏回收装置，从酯化和缩聚反应产生的四氢呋喃水混合物中回收工业用四氢呋喃(GB /T 24772-2009)。为了生产的需要，在酯化和缩聚反应段，需要氮气进行惰化。在酯化和缩聚反应段，会产生高浓度的含四氢呋喃的尾气，典型成分浓度如下：四氢呋喃4-6％，水7-8％，氮气余量，典型废气温度为40℃；在四氢呋喃回收段，也会产生高浓度的含四氢呋喃的尾气，典型成分浓度如下：四氢呋喃5-6％，水3-4％，氮气余量，典型废气温度为30℃。对于该两股含较高浓度四氢呋喃的尾气，目前常用的处理方式是送焚烧炉焚烧，虽然能够达标排放，但造成了宝贵的四氢呋喃的浪费，而且焚烧法也不符合理念。这种催化氧化炉或蓄热式氧化炉或直燃炉为明火地点，要求较大的防火间距，有较大的火灾爆炸风险，限制了其使用。在生产中还会产生低浓度废气，目前一般采用焚烧法处理，由于低浓度废气VOCs含量低，热值低，需要消耗助燃燃料，运行费用高。
PBAT生产过程中从排气淋洗塔和THF回收精馏塔也会排出高浓度的含四氢呋喃和BDO 的废水，典型的排气淋洗塔废水成分如下：四氢呋喃含量：0.8wt％；COD 20000mg/L；典型的THF回收精馏塔废水成分如下：丁二醇:0.5wt％，四氢呋喃:300ppm，正丁烯醇等:微量，COD 15000mg/L，这两股废水一般排往污水站进行处理。由于四氢呋喃的毒性，污水处理流程往往需要进行高级氧化、芬顿(Fenton)氧化、铁碳床过滤等预处理。CN 204022629 U公开了四氢呋喃废水和吡啶类废水的处理系统，包括依次连接的第一Fenton氧化池、铁碳微电解处理池、配水池、活性污泥曝气池、第二Fenton氧化池、厌氧生物滤池、好氧生物滤池、过硫酸盐活化强氧化反应器、絮凝反应池和沉淀池；CN 206298492 U公开了一种用于处理含四氢呋喃废水的废水处理子系统，包括依次连接的铁碳微电解反应器、Fenton氧化反应器、混凝沉淀池、中间水池、水解酸化池、膜生物反应器。以上的四氢呋喃废水处理方法造价高，流程长，而且浪费了宝贵的四氢呋喃资源，在废水的好氧曝气法处理过程中四氢呋喃会从水中转移到空气中造成二次污染。除此之外，PBAT生产过程中还会排放低浓度废水，一般进行传统的生化处理。
BDO基可生物降解塑料制造的过程中同时会产生高浓度和低浓度的含四氢呋喃的废水和废气，以往的方式局限于对废气和废水分别进行破坏性处理，废气以焚烧法为主，废水以高级氧化预处理和生物处理联用的方式为主，造价昂贵，造成宝贵的资源的浪费，而且造成碳排放。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法，以达到可回收物料、安全、无防火间距要求、可同时使废气和废水达标排放，投资和运行费用低廉的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法，采用一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理系统，该协同处理系统包括废气处理子系统和废水处理子系统，所述废气处理子系统包括依次通过管路连接的深冷冷凝器、吸附均化器、生物洗涤塔和强化生物氧化塔，所述深冷冷凝器连接有液氮罐和BDO基生物降解塑料生产线，所述吸附均化器连接BDO基生物降解塑料生产线，所述强化生物氧化塔连接有营养液罐；所述废水处理子系统包括依次通过管路连接的吸附脱附塔和生物处理池，所述吸附脱附塔连接有蒸汽管线、吸附均化器和BDO基生物降解塑料生产线，所述生物处理池连接曝气风机、生物洗涤塔、强化生物氧化塔和BDO基生物降解塑料生产线；
协同处理方法包括如下过程：
由BDO基生物降解塑料生产线排出的高浓度废气通入深冷冷凝器，液氮通入深冷冷凝器，高浓度废气中的易凝结VOCs组分被低温液氮冷凝为凝液，液氮气化为氮气，凝液和氮气共同回用到BDO基生物降解塑料生产线；深冷处理后的不凝气和来自BDO基生物降解塑料生产线的低浓度废气合并进入吸附均化器，对来气进行吸附或脱附，使得出气浓度均化；之后与来自生物处理池的曝气尾气共同进入生物洗涤塔，在生物洗涤塔中生物洗涤液的洗涤下，易溶的VOCs组分进入生物洗涤液，被悬浮态微生物分解去除，进入生物处理池进行深度处理，同时，曝气尾气中的氧气提供了生物洗涤塔中微生物所需的氧源；生物洗涤塔的出气进入强化生物氧化塔，难溶性的VOCs组分在此被附着态的微生物分解去除，之后通过排气筒排出；
由BDO基生物降解塑料生产线排出的高浓度废水进入吸附脱附塔，吸附废水中的污染物，吸附饱和后进行蒸汽脱附，脱附液回用到BDO基生物降解塑料生产线，脱附不凝气连接到吸附均化器入口，之后进入后续的废气处理子系统；吸附之后的废水和来自BDO基生物降解塑料生产线的低浓度废水合并进入生物处理池进行生物处理，通过曝气风机提供空气，以满足生物处理池中微生物的需氧量，产生的曝气尾气连接到生物洗涤塔，以处理曝气尾气，并为废气处理子系统的微生物提供所需的氧气；
强化生物氧化塔所需的营养液从营养液罐喷洒到强化生物氧化塔内附着态微生物上，多余部分作为渗滤液流入到生物处理池，为生物处理池和生物洗涤塔中悬浮态的微生物提供营养。
进一步的技术方案中，所述生物处理池还连接有生活污水池，生活污水池的生活污水进入生物处理池，一方面生活污水得到净化，另一方面生活污水提供了生物处理池中悬浮态的微生物所缺少的营养。
通过上述技术方案，本发明提供的一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法具有如下有益效果：
1、本发明采用深冷法回收高浓度废气中的污染物(主要为四氢呋喃和BDO)，采用吸附法回收废水中的污染物(主要为四氢呋喃和BDO)，回收废气和废水中的污染物返回BDO基生物降解塑料生产线，化废为宝，具有良好的经济性；避免了废气焚烧法造成的浪费和碳排放，避免了高浓度废水进行高级氧化预处理时的费用。
2、本发明以价廉易得的低温液氮为冷源，液氮气化后的氮气十分纯净，可以直接回用到 BDO基生物降解塑料生产线，具有良好的经济性；冷凝操作启动速度快，冷凝温度低，可以获得-100～-160℃低温，比传统的机械制冷的-50～-70℃的温度，冷凝去除效果更好，而且储存的液氮可以方便地调节流量以适应冷量的需求。
3、本发明中，对于少量深冷不凝气和低浓度废气以及曝气尾气，进入生物洗涤塔和强化生物氧化塔，在微生物作用下，在常温常压条件下VOCs被空气中的氧气氧化为二氧化碳和水，不会形成焚烧法容易产生的氮氧化物等二次污染，无防火间距的要求,安全性好。
4、本发明对废气处理和废水处理进行了协同统筹安排，废气处理子系统可以同时处理废水设施的曝气尾气，并充分利用曝气尾气中的氧气。废水处理子系统接纳废气处理子系统的渗滤液，极大降低了废气和废水单独处理时的投资和运行费用。
5、本发明对生活污水处理和生产废水处理进行了协同统筹安排，生活污水与生产废水协同处理，既处理了生活污水，又利用生活污水补充了生产废水处理中微生物所需的营养素，减少营养素的投加量，极大降低了生活污水和生产废水单独处理时的投资和运行费用。
5、本发明所用的方法为降温而非升温、所用液氮和氮气为惰性气体，所用的生物催化氧化为常温常压温和条件下反应，相较于高温的热氧化法和投加化学药剂的高级氧化法，其安全性要好得多。
6、本发明首先考虑的是回收物料，而非焚烧的方式破坏，有利于减少二氧化碳的排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理系统示意图。
图中，1、BDO基生物降解塑料生产线；2、液氮罐；3、营养液罐；4、蒸汽管线；5、生活污水池；6、曝气风机；7、深冷冷凝器；8、吸附均化器；9、生物洗涤塔；10、强化生物氧化塔；11、吸附脱附塔；12、生物处理池；13、园区污水厂或市政污水厂；14、排气筒； A、高浓度废气；B、低浓度废气；C、氮气；D、凝液；E、液氮；F、营养液；G、高浓度废水；H、低浓度废水；I、脱附液；J、脱附不凝气；K、蒸汽；L、生活污水；M、空气；N、曝气尾气；O、生物洗涤塔进液；P、生物洗涤塔回液；Q、渗滤液。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理系统，该协同处理系统包括废气处理子系统和废水处理子系统。
一、废气处理子系统
废气处理子系统包括依次通过管路连接的深冷冷凝器7、吸附均化器8、生物洗涤塔9和强化生物氧化塔10。
深冷冷凝器7连接有液氮罐2，由液氮罐2提供低温液氮E；同时深冷冷凝器7连接BDO 基生物降解塑料生产线1，BDO基生物降解塑料生产线1排出的高浓度废气A首先进入深冷冷凝器7。深冷冷凝器7可采用目前市面销售的深冷冷凝器。
吸附均化器8连接BDO基生物降解塑料生产线1，BDO基生物降解塑料生产线1排出的低浓度废气B与深冷处理后的高浓度废气A合并进入吸附均化器8。吸附均化器8内部装有活性炭、分子筛、树脂等吸附剂，这些吸附剂在进气浓度较高时，起吸附作用，降低出气浓度；在进气浓度较低时，起脱附作用，提高出气浓度，起到了消峰填谷的作用。
吸附均化器8连接有生物洗涤塔9，吸附均化器8出气进入生物洗涤塔9，在生物洗涤塔 9内VOCs废气中的易溶组分被被循环流动的生物洗涤液吸收，并进行生物降解。
强化生物氧化塔10连接有营养液罐3，由营养液罐3提供塔内生物所需的营养液F。强化生物氧化塔10连接排气筒14，处理后的废气达标后由排气筒14排放。强化生物氧化塔10 内部有高效复合生物填料，具有高的比表面积、良好的pH缓冲能力、湿度保持能力和养分保持能力，易于挂膜，不易堵塞，使得微生物在填料表面生长。营养液F通过强化生物氧化塔10内顶部的喷淋系统向填料上喷洒，强化生物氧化塔10底部开设出液口，多余的营养液作为渗滤液Q流入到生物处理池12。在强化生物氧化塔10内VOCs废气中的难溶组分被被附着态微生物吸收吸附，并进行生物降解。
二、废水处理子系统
废水处理子系统包括依次通过管路连接的吸附脱附塔11和生物处理池12。
吸附脱附塔11还连接BDO基生物降解塑料生产线1，BDO基生物降解塑料生产线1排出的高浓度废水G先进入吸附脱附塔11，对高浓度废水G中含有的四氢呋喃、BDO等进行吸附处理。
吸附脱附塔11连接有蒸汽管线4，由蒸汽管线4提供脱附所需的蒸汽K。吸附脱附塔11 还连接吸附均化器8，脱附的不凝气进入吸附均化器8，之后进入废气处理子系统。吸附脱附塔11内部有活性炭、分子筛、树脂等吸附剂。吸附脱附塔11上开设蒸汽入口，当吸附饱和之后，通入蒸汽K，进行脱附。脱附液I通过底部出口回到BDO基生物降解塑料生产线1。脱附不凝气J通过顶部出气口连接到吸附均化器8入口，之后进入废气处理子系统。
生物处理池12为密闭的处理池，内部池水中培养有微生物。
生物处理池12设置进水口连接BDO基生物降解塑料生产线1，BDO基生物降解塑料生产线1排出的低浓度废水H与经过吸附处理后的高浓度废水G合并后进入生物处理池12。
生物处理池12内部设置曝气装置，曝气装置通过管路连接曝气风机6，通过曝气风机6 提供空气M，以满足生物处理池12中微生物的需氧量。
生物处理池12顶部设置出气口连接生物洗涤塔9，曝气尾气N进入生物洗涤塔9进行处理；生物处理池12和生物洗涤塔9之间设有生物洗涤塔进液O、生物洗涤塔回液P循环管路，将生物洗涤液在生物处理池12和生物洗涤塔9二者之间循环。
生物处理池12设置进水口，还连接强化生物氧化塔10，强化生物氧化塔10内多余的营养液F作为渗滤液Q流入到生物处理池12。
生物处理池12设置进水口连接生活污水池5，生活污水池5的生活污水L进入生物处理池12，一方面生活污水L得到净化，另一方面生活污水L提供了生物处理池12中悬浮态的微生物所缺少的营养。
生物处理池12设置出水口连接生物洗涤塔9和园区污水厂或市政污水厂13。
本发明提供了一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法，包括如下过程：
由BDO基生物降解塑料生产线1排出的高浓度废气A通入深冷冷凝器7，液氮E通入深冷冷凝器7，高浓度废气A中的易凝结VOCs组分被低温液氮E冷凝为凝液D，液氮E气 C化为氮气C，凝液D和氮气C共同回用到BDO基生物降解塑料生产线1；深冷处理后的不凝气和来自BDO基生物降解塑料生产线1的低浓度废气B合并进入吸附均化器8，对来气进行吸附或脱附，在来气浓度较高时起吸附作用，在浓度较低时起脱附作用，使得出气浓度均化；之后与来自生物处理池12的曝气尾气N共同进入生物洗涤塔9，在生物洗涤塔9中生物洗涤液的洗涤下，易溶的VOCs组分进入生物洗涤液，被悬浮态微生物分解去除，进入生物处理池12，同时，曝气尾气N中的氧气提供了生物洗涤塔9中微生物所需的氧源；生物洗涤塔9的出气进入强化生物氧化塔10，难溶性的VOCs组分在此被附着态的微生物分解去除，之后通过排气筒14排出。
由BDO基生物降解塑料生产线1排出的高浓度废水G进入吸附脱附塔11，对高浓度废水G中含有的四氢呋喃、BDO等进行吸附处理，吸附饱和后由蒸汽管线4提供蒸汽K进行蒸汽K脱附再生，脱附液I(主要为四氢呋喃和水的混合物)回用到BDO基生物降解塑料生产线1，脱附不凝气J连接到吸附均化器8入口，之后进入废气处理子系统；吸附之后的废水和来自BDO基生物降解塑料生产线1的低浓度废水H合并进入生物处理池12进行生物处理，通过曝气风机6提供空气M，以满足生物处理池12中微生物的需氧量，产生的曝气尾气N 连接到生物洗涤塔9，之后进入废气处理子系统进行处理以处理曝气尾气N，并为废气处理子系统的微生物提供所需的氧气；为了对生活污水L进行处理并提供生产废水处理所需的营养，将生活污水池5的生活污水L连接到生物处理池12，对生活污水L和生产污水进行合并处理，达标后的出水排往园区污水厂或市政污水厂13。
强化生物氧化塔10所需的营养液F从营养液罐3喷洒到强化生物氧化塔10内附着态微生物上，多余部分作为渗滤液Q流入到生物处理池12，为生物处理池12和生物洗涤塔9中悬浮态的微生物提供营养。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法，采用一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理系统，其特征在于，该协同处理系统包括废气处理子系统和废水处理子系统，所述废气处理子系统包括依次通过管路连接的深冷冷凝器、吸附均化器、生物洗涤塔和强化生物氧化塔，所述深冷冷凝器连接有液氮罐和BDO基生物降解塑料生产线，所述吸附均化器连接BDO基生物降解塑料生产线，所述强化生物氧化塔连接有营养液罐；所述废水处理子系统包括依次通过管路连接的吸附脱附塔和生物处理池，所述吸附脱附塔连接有蒸汽管线、吸附均化器和BDO基生物降解塑料生产线，所述生物处理池连接曝气风机、生物洗涤塔、强化生物氧化塔和BDO基生物降解塑料生产线；
协同处理方法包括如下过程：
由BDO基生物降解塑料生产线排出的高浓度废气通入深冷冷凝器，液氮通入深冷冷凝器，高浓度废气中的易凝结VOCs组分被低温液氮冷凝为凝液，液氮气化为氮气，凝液和氮气共同回用到BDO基生物降解塑料生产线；深冷处理后的不凝气和来自BDO基生物降解塑料生产线的低浓度废气合并进入吸附均化器，对来气进行吸附或脱附，使得出气浓度均化；之后与来自生物处理池的曝气尾气共同进入生物洗涤塔，在生物洗涤塔中生物洗涤液的洗涤下，易溶的VOCs组分进入生物洗涤液，被悬浮态微生物分解去除，进入生物处理池深度处理，同时，曝气尾气中的氧气提供了生物洗涤塔中微生物所需的氧源；生物洗涤塔的出气进入强化生物氧化塔，难溶性的VOCs组分在此被附着态的微生物分解去除，之后通过排气筒排出；
由BDO基生物降解塑料生产线排出的高浓度废水进入吸附脱附塔，吸附废水中的污染物，吸附饱和后进行蒸汽脱附，脱附液回用到BDO基生物降解塑料生产线，脱附不凝气连接到吸附均化器入口，之后进入后续的废气处理子系统；吸附之后的废水和来自BDO基生物降解塑料生产线的低浓度废水合并进入生物处理池进行生物处理，通过曝气风机提供空气，以满足生物处理池中微生物的需氧量，产生的曝气尾气连接到生物洗涤塔，以处理曝气尾气，并为废气处理子系统的微生物提供所需的氧气；
强化生物氧化塔所需的营养液从营养液罐喷洒到强化生物氧化塔内附着态微生物上，多余部分作为渗滤液流入到生物处理池，为生物处理池和生物洗涤塔中悬浮态的微生物提供营养。
2.根据权利要求1所述的一种BDO基可生物降解塑料生产中排污的协同处理方法，其特征在于，所述生物处理池还连接有生活污水池，生活污水池的生活污水进入生物处理池，一方面生活污水得到净化，另一方面生活污水提供了生物处理池中悬浮态的微生物所缺少的营养。
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