5-氯水杨酸生产废水预处理技术研究与工程实践

2020-07-15朱兆坚郭孝虎阮志伟肖若雯张炜铭

环境科技 2020年3期

王宁，朱兆坚，周兵，郭孝虎，阮志伟，肖若雯，张炜铭

（1.江苏南大环保科技有限公司国家环境保护有机化工废水处理与资源化工程技术中心，江苏南京 210046；2.南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏南京 210023）

0 引言

5-氯水杨酸是一种重要的医药及染料中间体，该产品是将水杨酸溶解于脱水后的氯苯中进行氯化反应，再经过冷却、洗涤、过滤、干燥等工序制得，产品生产废水主要包括了洗涤废水、离心干燥水、洗釜水等，废水的CODCr质量浓度高达5 000 ~ 7 000 mg/L，特征污染物主要为水杨酸、氯化苯、5-水杨酸等，属于典型的难以生物降解废水[1]。针对该类废水的强化预处理方法主要分为催化氧化法、萃取法及树脂吸附法等，其中催化氧化法存在处理效果不稳定、运行成本高、二次污染严重等；萃取法存在操作环境较差、安全问题突出、残留萃取剂严重影响后续生化处理效果等。相比而言，树脂吸附法针对该股废水的强化预处理效果显著[2-6]；处理出水的B/C 从0.05 提高至0.32，并且能够对其中特征污染物进行资源化回收利用。本次研发过程中利用了江苏南大环保科技有限公司的纳米级树脂考察对该股废水吸附、再生等性能，并优化得出最佳工艺参数，为工程设计提供依据。

1 实验部分

1.1 实验试剂和仪器

主要仪器：玻璃吸附柱Ф16 ×320 mm（实验室自制）；安捷伦1200 型高效液相色谱仪（安捷伦）；THZ-C 型恒温震荡器（太仓光明实验分析仪器）、pH-25 型 pH 计（上海雷磁仪器厂）、恒温水槽（金坛实验仪器厂）、NDA-100 纳米级吸附树脂（江苏南大环保科技有限公司）、实验废水（厂家提供）。

1.2 实验方法

1.2.1 实验废水水质及分析方法

5-氯水杨酸生产废水水质状况及分析方法见表1。

表1 5-氯水杨酸生产废水水质状况及分析方法 mg·L-1

1.2.2 静态吸附行为研究

将5-氯水杨酸生产废水定量稀释后，分别量取100 mL 加入装有0.20 g NDA100 树脂的锥形瓶中，在298 K 和200 r/min 的转速条件下振荡24 h，使其达到吸附平衡，然后分别测量各个样品的CODCr质量浓度（mg/L）；平衡吸附质量比 qe（mg/g）和平衡质量浓度Ce（mg/L）利用CODCr浓度进行计算。

2 结果与讨论

2.1 吸附等温线

采用Langmuir 方程和Freundlich 方程分别对NDA-100 树脂吸附5-氯水杨酸生产废水的吸附等温曲线进行拟合，见图1。拟合得到的方程为：

Langmuir 方程主要表征单分子层吸附规律性；Freundlich 方程主要表征是多分子层吸附规律性，由拟合结果可知，NDA-100 纳米树脂对5-氯水杨酸生产废水的吸附更加符合Freundlich 方程，进而可表明NDA-100 纳米级树脂对该股废水的吸附存在优惠吸附行为。

图1 5-氯水杨酸废水树脂吸附等温线

2.2 实验研究参数

基于实验研究结果及实际废水的水量水质特点，优化得出5-氯水杨酸废水强化预处理工程化设计参数如下：预处理方式：过滤；吸附温度：常温；吸附处理模式：采用双柱串联吸附（另一柱再生）连续运行方式；吸附流速：1.0 BV/h（BV 为树脂装填床层体积）；每批吸附处理量：40.0 BV；再生剂：1.0 BV 氯化苯 +2.0 BV 蒸汽（0.4 MPa）。

3 工程应用

3.1 废水水质水量

南通某企业5-氯水杨酸废水量约为70.0 t/d，考虑到水质水量的波动性，设计水量按照80.0 t/d 规模进行，具体进出水水质要求见表2。

表2 5-氯水杨酸生产废水设计进出水质 mg·L-1

3.2 废水树脂吸附预处理工艺流程

南通某公司5-氯水杨酸生产废水树脂吸附预处理工艺流程见图2。

图2 废水预处理流程

3.3 主要构筑物及设备型号

（1）原水收集池，1 座：设计尺寸为 L × B × H=4.0 m×4.0 m×5.5 m，有效容积为80.0 m3，水力停留时间为1.0 d，钢砼结构，玻璃钢防腐；配套设备废水提升泵 2 台：型号 IHF40-32-160，Q=6.3 m3/h，H=32.0 m，N=2.2 kW，1 用 1 备，变频电机。

（2）过滤器，2 台：Φ1.0 × 2.4 m，玻璃钢内衬 PE，级配不同规格的石英砂滤料；配套设备：反冲洗泵2台：型号 IHF50-32-160，Q=16.3 m3/h，H=30 m，N=4.0 kW，1 用 1 备，变频电机。

（3）树脂吸附塔，3 台：Φ1 200× 5 600 mm，有效容积（VN）=6.0 m3，钢衬PO，内装填纳米吸附树脂3.3 m3；配套设备：脱附液槽，1 个：Φ1 400 × 3 000 mm，VN=4.0 m3；冷凝器 1 台：换热面积约 60 m2，石墨材质；油水分离器1 台：设计尺寸为L×B×H=1.5 m × 1.5 m × 2.0 m，VN=3.5 m3，钢衬四氟材质；脱附泵 2 台：型号 IHF40-32-160，Q=6.3 m3/h，H=32.0 m，N=2.2 kW，1 用 1 备，变频电机。

（4）反冲洗水池，1 座：设计尺寸为 L × B × H=4.0 m × 2.0 m × 5.5 m，VN 为 40.0 m3，钢砼结构，玻璃钢防腐；配套设备：输送泵2 台，型号IHF40-32-160，Q=6.3 m3/h，H=32.0 m，N=2.2 kW，1 用 1 备，变频电机。

3.4 运行处理效果

废水强化预处理工程调试运行期为20 d，各单元的运转情况正常，出水水质完全优于约定指标要求，废水的B/C 从0.05 提高至0.32 左右，为后续生化处理创造良好条件，各单元出水水质见表3。

表3 强化预处理各单元处理出水指标 mg·L-1

3.5 经济指标分析

该股废水通过以树脂吸附为核心的技术进行强化预处理后，不仅可以解除废水的生物毒性，同时还可以从废水中回收1.9 kg 水杨酸、0.5 kg 氯化苯及0.25 kg 5-氯水杨酸，吨水折合经济价值约31.5 元，单位废水处理费用约为15.0 元，扣除运行成本还略有盈余，实现了环境效益与经济效益的有效统一。