汽提精餾法處理富馬酸生產廢水的應用研究

曹 芹(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

孫 楠(凱普化學科技有限公司 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

王友喜(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

汽提精餾法處理富馬酸生產廢水的應用研究

曹 芹(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

孫 楠(凱普化學科技有限公司 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

王友喜(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

采用汽提精餾法對鎮(zhèn)江市某企業(yè)富馬酸高濃度有機廢水進行處理，進行了實驗室小試及工業(yè)化中試研究，確定最佳工藝條件。小試結果表明，回流比為0.5時，出水pH值為6.10，CODcr為189mg/L；中試結果表明：回流比為0.8時，出水pH值為5.98，CODcr為240mg/L。該工藝在高效處理高濃度富馬酸廢水的同時，實現(xiàn)了資源回收，具有廣闊的工業(yè)應用前景。

富馬酸；汽提 ；精餾

富馬酸又名反丁烯二酸，廣泛應用于生產不飽和聚酯樹脂、增塑劑、涂料、藥物中間體、食品添加劑等行業(yè)。近年來，隨著國內工業(yè)經濟的不斷發(fā)展，富馬酸作為重要的有機化工原料和精細化工產品，其需求量日益增多，產量逐年提高，但隨之亦帶來生產廢水總量不斷增大、難降解物濃度不斷增高的問題。目前，各生產廠家主要通過稀釋進行生化處理，但出水水質仍難以達標，鑒于此，富馬酸生產廢水亟待經濟有效的處置方法，以期解決企業(yè)生產燃眉之急。

目前，國內針對富馬酸生產廢水，研究較多的處理方法主要有催化氧化法、電化學法、厭氧水解法、離子交換樹脂法、膜分離法、鐵炭微電解法等。但上述處理方法普遍具有造價昂貴，處理廢水能耗高的缺點，離實現(xiàn)工業(yè)化還有很大差距；主要的問題是采用上述方法均無法回收廢水中的有價值成分，如富馬酸、馬來酸、化合態(tài)溴等，造成資源浪費，企業(yè)處理廢水無利潤，從而導致很多生產企業(yè)廢水處理系統(tǒng)開工率低，甚至出現(xiàn)表面治理暗地偷排的惡性事件，與綠色發(fā)展理念背道而馳。因此，本研究著眼于投資低、見效快，經濟效益、社會效益雙高的原則，結合企業(yè)生產特點采用汽提精餾法處理富馬酸生產廢水。從實驗室小試到模擬工業(yè)化中試，出水水質均達到污水綜合排放標準，為富馬酸生產企業(yè)廢水的處置提供了新的思路和技術支持。

1 實驗

1.1 富馬酸生產廢水主要污染物

利用在苯酐尾氣吸收洗滌塔的酸水中，加入催化劑硫脲(SC(NH2)2)，其中順丁烯二酸異構化反應生成反丁烯二酸，經冷卻、結晶、離心分離后的母液即為富馬酸生產廢水。產生的富馬酸廢水呈紅黑色，含有鄰苯二甲酸、苯甲酸、檸檬酸、苯酞、順丁烯二甲酸、反丁烯二甲酸、其他有機酸及硫脲等，廢水中的色度和CODcr主要來自于硫脲和有機酸。具體水質特點見表1。

表1 富馬酸生產廢水水質特點

1.2 實驗儀器

HH-6型化學耗氧量測定儀；安捷倫1260高效液相色譜儀。

1.3 實驗原理及方法

實驗采用汽提精餾的物理方法，無需添加任何化學藥劑。汽提法是在特定的負壓狀態(tài)下，讓廢水與水蒸汽直接接觸，依據富馬酸生產廢水中有機酸各組份的蒸汽壓不同，使有機酸各組分按一定比例擴散到氣相中去，從而達到從廢水中分離污染物的目的。各有機酸蒸汽壓見表2。

表2 有機酸蒸汽壓

在密閉容器內，一定溫度下，純組分液體的汽液兩相達到平衡狀態(tài)。由表2可知，在136℃的操作溫度下，順丁烯二酸的蒸汽壓最高，即相對揮發(fā)度最大。在精餾塔裝置中(見圖1.1)，原料從塔中部附近進料板連續(xù)進入塔內，沿塔向下流到蒸餾釜。釜中液體被加熱而部分汽化，蒸氣沿塔向上流動，與下降液體逆流接觸，因氣相溫度高于液相溫度，氣體部分冷凝，同時把熱量傳遞給液相，使液相部分汽化。因而，難揮發(fā)組分從氣相向液相傳遞，易揮發(fā)組分從液相向氣相傳遞，上升氣相的易揮發(fā)組分逐漸增多，難揮發(fā)組分逐漸減少；而下降液相中易揮發(fā)組分逐漸減少，難揮發(fā)組分逐漸增多。因此實驗以水為易揮發(fā)組分，順丁烯二酸為難揮發(fā)組分，采用簡易理論塔板數(shù)的計算方法得到最小理論塔板數(shù)，依照吉利蘭圖，確定回流比為0.5-1，經逐板法-Excel虛擬軟件反復驗證、確認，得到理論塔板數(shù)為30。

1.4 小試實驗

在玻璃精餾裝置上進行，塔柱內徑為6mm，高1200mm，內裝三角填料，填料高度1000mm，相當于30塊理論踏板數(shù)。塔釜采用500ml的三口磨口燒瓶。分鎦頭為7球玻管冷凝器。

小試實驗結果表明在回流比為0.5時，出水pH值為6.10，CODcr為189mg/L，達到《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)中COD二級排放標準限值300mg/L。

1.5 中試實驗

為進一步驗證小試研究成果的可靠性及實現(xiàn)工業(yè)化的可能性，利用鎮(zhèn)江聯(lián)成化學工業(yè)有限公司的苯酐裝置尾氣的吸收酸水生產富馬酸過程中產生的含有高濃度富馬酸的母液等酸水，經過以下幾個步驟處理：

(1)經蒸發(fā)結晶精餾塔分離后，水中PH值達到6，水中CODcr為500mg/L，送聯(lián)成化學公司苯酐水吸收塔繼續(xù)吸收洗滌苯酐生產尾氣；

(2)結晶器析出晶體經分析測試，其中富馬酸含量56％，鄰苯二甲酸含量2.5％，苯甲酸含量0.68％，順酸1.8％。

1.5.1 中試實驗裝置

中試實驗關鍵設備一覽表見表3，裝置圖見圖1。

本裝置包括：加熱室(1)、結晶器(2)、精餾塔(3)、冷卻器(4)、結晶受槽(5)、回流流量計(6)、餾出流量計(7)、離心機(8)和冷凝器(9)；

表3 中試關鍵設備一覽表

圖1 中試裝置圖

中試裝置是不銹鋼裝置，塔柱內徑是20mm，塔高1500mm，內裝θ填料，填料高度1200mm，相當于31塊理論板。塔釜采用2000ml不銹鋼釜。冷凝器采用不銹鋼套管。

高濃度富馬酸酸性廢水進入加熱室，經蒸汽預熱、蒸發(fā)后氣體進入精餾塔進行汽水分離，蒸發(fā)的氣體經塔頂冷凝器冷凝，后經回流流量計，回流比在0～100時，塔頂露點溫度穩(wěn)定在20℃～100℃，對冷凝后的液體進行出水檢驗，當餾出水pH值達到6時，可經餾出流量計出水，此時COD測定值在100 mg/L以下。蒸發(fā)殘液流入至結晶器中，經冷卻器冷卻結晶，含晶體的液體經旋液分離器分離后，進入結晶槽，含有結晶的液體經離心機分離后，結晶體為濾餅，濾液可循環(huán)進入加熱室中繼續(xù)蒸發(fā)。

1.5.2 中試工藝流程圖

如圖2所示工藝流程，實驗結果表明在回流比為0.8時，出水pH值為5.98，CODcr為240mg/L，達到排放標準。

3 結論

(1)小試實驗結果表明，在回流比為0.5時，出水pH值為6.10，CODcr為189mg/L；中試結果表明，回流比為0.8時，出水pH值為5.98，CODcr為240mg/L，處理效果顯著；

(2)本工藝無需添加任何化學試劑，不產生二次污染，綠色環(huán)保；

(3)無需購置樹脂、過濾膜、吸附劑等材料，不會產生更換及處置費用，經濟環(huán)保；

(4)本工藝僅需利用聯(lián)成化學工業(yè)有限公司的苯酐生產的反應余熱經余熱發(fā)電后回收的低壓蒸汽(2.5Pa)，處理每噸富馬酸生產廢水僅需電費12元，具有較好的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

圖2 中試工藝流程圖

〔1〕李學坤，張昆，高振等.富馬酸的合成及應用〔J〕.現(xiàn)代化工，2005，25：81-83.

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〔3〕王龍耀，陳波，王嵐等.電化學法深度處理富馬酸廢水研究〔J〕.工業(yè)水處理，2012，32(7)：46-48.

〔4〕吳遠遠，孟哲.富馬酸廢水分離與處理工藝的研究進展〔J〕.河北化工，2010，33(11)：6-8.

〔5〕付江海，任懷興，高竹梅.富馬酸母液資源化處理工藝的研究〔J〕.山東化工，2008，38(8)：4-6.

〔6〕李盛姬，范立海，陳歡林等.高濃廢水資源化處理與水回用的膜集成新技術〔J〕.現(xiàn)代化工，2007，27(2)：511-513.

〔7〕鄒華，張一波，程子波.鐵炭微電解一EGSB處理富馬酸生產廢水的研究〔J〕.工業(yè)水處理，2009，29(8)：25-28.

Research on the Treatment of Fumaric Acid-containing Wastewater by Stripping Distillation

CaoQin(Environment Monitoring Center Station of ZhenJiang City ZhenJiang JiangSu 212000)

Stripping distillation method was used to treat high concentration fumaric acid-containing wastewater in ZhenJiang city.The optimum process condition was found by test in laboratory and pilot study of industrialization.Result of test in laboratory showed that when the reflux ratio reached 0.5 and the pH value reached 6.10，the value of CODcrwas 189 mg/L.Result of test of pilot study of industrialization showed that when the reflux ratio reached 0.8，water pH value reached 5.98，CODcrwas 240 mg/L.The experimental results showed that the process of high concentration fumaric acid-containing wastewate treatment realized resource recovery and had wide industrial application prospect.

Fumaric acid Stripping Distillation

X703

A

1674-263X(2016)04-0091-03

2016-12-10

曹芹(1975-)，女，本科，高級工程師，從事環(huán)境監(jiān)測工作。