石化腈綸廢水的組分分析研究

林 敏，梁 晶，傘田田

(南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210048)

石化腈綸廢水的組分分析研究

林 敏，梁 晶，傘田田

(南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210048)

針對腈綸廢水難以處理達標的問題，利用德國GERSTEL一體化預(yù)處理平臺對水樣進行預(yù)處理，并采用美國Agilent氣-質(zhì)聯(lián)用設(shè)備（GC-MS）對廢水中的主要污染物進行了分析，最終發(fā)現(xiàn)該廢水中含有10種主要污染物，30%為雜環(huán)類化合物，50%為芳香族類化合物，20%為直鏈脂肪族類化合物，因此該廢水總體屬于難降解類廢水，成分的精確分析為廢水處理工藝的選擇提供了科學(xué)的保障。

腈綸廢水;組分分析; GC-MS

0 引言

目前我國腈綸廠生產(chǎn)工藝路線主要包括干法和濕法兩種工藝路線，兩種路線所產(chǎn)生的廢水有機物成分復(fù)雜，難以處理，如何對進行有效的是環(huán)保學(xué)者高度關(guān)注的問題。

腈綸廢水在預(yù)處理方面主要是去除難生物降解物質(zhì)，提高廢水的可生化性，為后續(xù)生化處理做準備，主要有物理化學(xué)法，如混凝、內(nèi)電解、氣浮、高級氧化、超聲波、膜過濾等。在腈綸廢水的生化處理研究方面，近年來學(xué)者一方面是培養(yǎng)馴化高效降解菌或活性污泥來有效的降解廢水中的有機物；另一方面是消除或減少對生化降解不利的影響因素，如硫酸根離子的去除，提高生化降解的效率；此外考察合適的處理工藝，去除廢水中的有機物[1]。

預(yù)處理一生化處理對腈綸廢水的處理雖然有一定的效果，但無論是實驗室試驗研究還是實際工程應(yīng)用，很難使腈綸廢水最終處理出水值達到國家的一級排放標準，值始終然居高不下，原因就在于腈綸廢水中復(fù)雜有機污染物過多，充分分析廢水有機物的成分，是進行下一步深度處理的關(guān)鍵因素。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗用水

腈綸廢水取自某石化企業(yè)腈綸事業(yè)部濕法腈綸車間，取樣點位設(shè)在車間排污管口處。取樣過程嚴格按照相關(guān)標準進行操作?？紤]到腈綸廢水中可能存在的光解物質(zhì)，因此將所取水樣盛于棕色試劑瓶中，瓶塞使用錫紙包裹，避免水樣受到污染。

1.2 實驗分析裝置及條件

美國安捷倫（Agilent）7890A/5975C型GC-MS氣-質(zhì)聯(lián)用儀，數(shù)據(jù)處理（工作站）：E.02.02.1431。德國Gerstel TDUCIS4多功能全自動樣品前處理平臺

1.2.1 GERSTEL TDU-CIS4分析條件

將水樣通過GERSTEL TDU-CIS4，初溫50℃，然后以20℃/min升至200℃保持10min；不分流模式，載氣流速為20mL/min,初溫為-48℃（冷凝聚集溫度），平衡0.2min，然后以12℃/s升至220℃保持10min。

1.2.2 GC-MS氣-質(zhì)聯(lián)用儀分析條件

（1）GC條件：色譜柱選用DB-5毛細安捷倫色譜柱（60m×0.32 mm×1.0μm）,He為載氣，升溫速率為12℃/ min，保持4min,氣化器工作溫度為280℃，進樣量為1μL.

（2）MS條件：電離方式為EI，電子轟擊能量為70eV,充電倍增管電壓為500V，掃描質(zhì)量為50-500u,掃描時間為1s。采用的升溫程序是40℃保持3min，再以8℃/min的升溫速率升高到270℃，保持5min。

2 樣品分析步驟

2.1 樣品預(yù)處理

將水樣通過GERSTEL TDU-CIS4，在上文所述的分析條件下進行初步的預(yù)處理，然后樣品自動進樣至Agilent 7890A/5975C型GC-MS聯(lián)用儀。

2.2 測定樣品

GC-MS聯(lián)用儀儀器開機2個小時后進行調(diào)諧，然后設(shè)定柱模式后，選擇進樣方式為不分流方式，在空白框內(nèi)輸入進樣口的溫度為220℃，然后選中左邊的所有方框。選擇隔墊吹掃流量模式標準，輸入隔墊吹掃流量為3mL/min。選中柱箱溫度為開左邊的方框；輸入柱子的平衡時間為0.25min。

編輯掃描方式質(zhì)譜參數(shù)和采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析后右鍵雙擊質(zhì)譜圖，得到此化合物的名稱。

3 廢水分析結(jié)果

按照上述的樣品分析步驟，對水樣成分進行分析，在不同的停留時間得到不同的圖譜，結(jié)果如下圖1所示。對圖1中的各種成分查閱標準圖譜，得出各種有機污染物的CAS號和相應(yīng)的命名,結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過GC-MS的分析后，可以看出，在腈綸廢水中30%為雜環(huán)類化合物，50%為芳香族類化合物，20%為直鏈脂肪族類化合物。從化學(xué)穩(wěn)定性上來講，芳香族類化合物由于苯環(huán)鍵長較平均，且可以產(chǎn)生共振結(jié)構(gòu),能量低,從而化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，難以進行化學(xué)反應(yīng)，生物降解的可能性也比較小。圖1和表1中的b、c、f均為雜環(huán)類化合物，由于有N等原子取代了苯環(huán)上C原子，環(huán)上各原子的電子云密度升高，雜環(huán)的活化性增強，因此這類物質(zhì)比芳香族化合物的化學(xué)穩(wěn)定性差，也更易通過氧化催化反應(yīng)進行降解，但仍不能被重鉻酸鉀氧化，按照國標法的COD監(jiān)測方法也不易檢出，從生化降解性能上講，仍屬于難降解類物質(zhì)。

圖1和表1中的a和d均為直鏈脂肪烴，化學(xué)活性高，分子量較小，易于生化降解。

綜合來說，腈綸廢水中易于生化降解的物質(zhì)不多，80%為難降解類物質(zhì)，因此在處理工藝的選擇上，直接的生化反應(yīng)并不能有效的去除腈綸廢水中的污染物。

選擇的預(yù)處理技術(shù)，無論上高級催化氧化還是其他方法，都必須要針對分析出來的芳香族類和雜環(huán)類物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，有的放矢，才能達到最佳的處理效果。

4 結(jié)語

（1）利用GERSTEL TDU-CIS4預(yù)處理平臺和Agilent 7890A/5975C型GC-MS氣質(zhì)聯(lián)用儀分析出腈綸廢水中主要含有乙基（3,3-二甲基丙烯基）醚、胞嘧啶、4-氨基-6-羥基嘧啶、2-壬烯-4-酮、鄰苯二甲酸二乙酯、2,5-二甲基-3-戊基吡嗪、2-甲基-4-甲氧基苯胺、(3,6-二甲基-3,6-二氫-2H-吡喃-2-基)-3-羥基異苯并呋喃-1-(3H)-酮、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸正丁異辛酯等10種主要污染物。

（2）經(jīng)分析得出，在腈綸廢水中30%為雜環(huán)類化合物，50%為芳香族類化合物，20%為直鏈脂肪族類化合物，因此，腈綸廢水屬于難降解廢水，必須采用合適的預(yù)處理技術(shù)對芳香族和雜環(huán)類物質(zhì)進行處理后，才能采用生化處理法，腈綸廢水的處理也才有可能達標。

圖1 腈綸廢水成分GC-MS分析結(jié)果圖

表1 腈綸廢水組成成分分析結(jié)果

f 56617-69-7 2,5-二甲基-3-戊基吡嗪g 102-50-1 2-甲基-4-甲氧基苯胺h 1005283-88-4 (3,6-二甲基-3,6-二氫-2H-吡喃-2-基) -3-羥基異苯并呋喃-1-(3H)-酮i 84-66-2 鄰苯二甲酸二乙酯j 84-78-6 鄰苯二甲酸正丁異辛酯

[1] 常風(fēng)民，蔣進元，王俊鈞，等.高效液相色譜法測定腈綸廢水中的特征污染物[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（9）.

[2] 張立東，李杰，王亞娥，等.生化去除腈綸廢水中氨氮的效果研究[J].中國給水排水，2015（19）：53-56.

[3] 魏健，宋永會，趙樂.MBR處理腈綸廢水的效能及微生物群落結(jié)構(gòu)分析[J].環(huán)境科學(xué)，2014（12）：4610-4617.

[4] 高靖雯，魏亮亮，趙慶良，等.Fenton法深度氧化濕法腈綸廢水二級生化處理出水[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014（1）：63-68.

[5] 張艷梅.高效菌強化腈綸廢水生化處理效果試驗研究[D].蘭州交通大學(xué)，2015.

[6] 王玉磊.某腈綸場污水處理提標改造技術(shù)方案研究[D].蘭州交通大學(xué)，2014.

Study on composition analysis of acrylic fiber wastewater

Lin Min, Liang Jing, San Tiantian
(Nanjing Polytechnic Institute, Nanjing 210048, China)

Aiming at the problem that acrylic wastewater could not meet the standard, the pretreatment of water sample was carried out by GERSTEL integrated pretreatment platform, and the main pollutants in the wastewater were analyzed by GC-MS. It was found that the waste water contained 10 main pollutants, 30% heterocyclic compounds, 50% aromatic compounds and 20% linear aliphatic compounds. Therefore, the wastewater belongs to refractory wastewater, Accurate analysis for the wastewater treatment process selection provides a scientific guarantee.

acrylic fiber wastewater; component analysis; GC-MS

江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目；項目編號：201512920026H。

林敏（1992— ），女，江蘇南通人，研究方向：污染治理。