於扣紅，冒永生

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司PTA生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

PTA精制廢水處理工藝的優(yōu)化

於扣紅，冒永生

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司PTA生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

闡述了PTA精制廢水處理工藝即萃取-超濾-反滲透系統(tǒng)的原理以及該系統(tǒng)的運(yùn)行情況及出現(xiàn)的問題;分析了反滲透膜受損機(jī)理，并通過實(shí)驗(yàn)提出了解決方案;通過吸附操作來處理廢水中少量的PX，以達(dá)到保護(hù)膜的作用，從而優(yōu)化了廢水處理工藝;通過實(shí)驗(yàn)論證了方案的可行性。

PTA 精制廢水 膜 吸附

精對(duì)苯二甲酸(PTA)在精制過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，廢水中含有少量對(duì)甲基苯甲酸(PT酸)、PTA、Co、Mn等金屬離子以及微量其它有機(jī)物，目前都排入水處理裝置進(jìn)行處理。PT酸是對(duì)苯二甲酸(PX)氧化生產(chǎn)PTA的中間體，可作為原料進(jìn)一步氧化成為產(chǎn)品PTA;Co、Mn等金屬是氧化過程的催化劑主要成分，其價(jià)格十分昂貴。因此，將精制廢水直接處理排放，不僅增大了水處理負(fù)荷與費(fèi)用，同時(shí)也造成了資源的極大浪費(fèi)。生產(chǎn)廢水處理回用，不僅可減少水的排放，同時(shí)還可回收有用資源，是從源頭上減少污染的清潔生產(chǎn)技術(shù)，是化工生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 PTA精制廢水處理工藝的投用情況及問題

1.1 投用情況

目前，儀征化纖PTA生產(chǎn)裝置采用萃取-超濾-反滲透的組合膜分離方法來除去金屬離子和有機(jī)雜質(zhì)。廢水先經(jīng)預(yù)處理后使水中的PT酸含量下降，然后經(jīng)初濾除去水中的固體懸浮物，再送入超濾裝置，將超細(xì)的固體顆粒和可能存在的微量大分子有機(jī)物截留。透過液再經(jīng)反滲透分離將水中的金屬離子脫除。經(jīng)反滲透后的水可回用于打漿。超濾器的濃縮水取出部分回收Co金屬離子。具體工藝流程如圖1所示。

1.2 存在的問題

該系統(tǒng)運(yùn)行初期能夠達(dá)到預(yù)期效果，在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，雖然每周1次用脫鹽水進(jìn)行清洗，但是通過研究分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)廢水中的PX含量沒有明顯的變化，與進(jìn)該系統(tǒng)前含量相當(dāng)，沒有達(dá)到預(yù)期效果。

2 原因分析

通過將使用過的反滲透膜洗凈烘干，進(jìn)行電鏡掃描分析，其電鏡掃描圖如圖2所示。由圖2中可以清楚看出，反滲透膜表面有裂縫和溶解溶脹現(xiàn)象發(fā)生，說明反滲透膜表面已被機(jī)械損壞。通過對(duì)膜損壞的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)是由于萃余相中溶有少量的PX進(jìn)入超濾-反滲透膜系統(tǒng)，而反滲透膜材質(zhì)是聚酰胺，聚酰胺是不耐PX的，因此造成膜的損壞。

3 解決方案

通過實(shí)驗(yàn)證明反滲透膜不能截留PX分子，反而被PX污染，使得PTA精制廢水處理系統(tǒng)達(dá)不到預(yù)期效果。與某科研院校共同對(duì)膜進(jìn)行了進(jìn)一步的研究和分析，認(rèn)為通過吸附操作新工藝對(duì)廢水中少量的PX來進(jìn)行處理，可以有效地解決問題，并為后續(xù)超濾-反滲透工作做準(zhǔn)備。

通過與膜生產(chǎn)廠家溝通交流，目前尚無工業(yè)化的耐PX反滲透膜，因此需在廢水進(jìn)入超濾-反滲透膜之前將少量的PX除去。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用吸附的方法可以有效地除去少量的PX。因此，考慮在萃取與超濾-反滲透之間加入吸附操作，以除去少量的PX，即采用萃取-吸附-超濾-反滲透工藝處理PTA廢水。

圖1 廢水處理回用工藝流程

圖2 反滲透膜的電鏡掃描圖

4 優(yōu)化工藝的可行性分析

超濾-反滲透中試部分前期已經(jīng)運(yùn)行過，剛開始截留效果良好，但隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)反滲透膜對(duì)PX、有機(jī)酸及Co、Mn金屬離子的截留能力不斷下降，且反滲透膜破壞嚴(yán)重。這是由于萃取后萃余相中含有的少量PX損壞超濾-反滲透膜所導(dǎo)致的。因此擬采用吸附方案除去廢水中的少量PX，即采用萃取-吸附-超濾-反滲透工藝。吸附方案流程如圖3所示。

此方案是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出的。首先通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行吸附劑的篩選，取各種吸附劑各0.04 g，置于50 mL錐形瓶中，加入濃度為170 mg/L的PX水溶液57 g，在溫度為40℃，轉(zhuǎn)速為100 r/min條件下于恒溫水浴振蕩器內(nèi)振蕩24 h，此時(shí)吸附劑已吸附平衡。取樣加5.7 g甲苯萃取0.5 h，取上層1 μL進(jìn)行色譜分析，測(cè)定其平衡濃度Ce，并計(jì)算PX平衡吸附量Qe(見式(1))，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

式中:Qe為平衡吸附量，mg/g;

C0為初始溶液中PX濃度，mg/L;

Ce為吸附平衡時(shí)溶液中PX濃度，mg/L;

V為溶液體積，L;m為吸附劑質(zhì)量，g。

表1 不同吸附劑對(duì)PX的吸附結(jié)果

從表1中可以看出，在同樣的條件下，KC-8活性炭的吸附效果最好，故選KC-8活性炭進(jìn)行后續(xù)的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。

采用玻璃制作的固定床，其尺寸為內(nèi)徑6 mm，長(zhǎng)1 m，裝填10.5 g左右的KC-8活性炭。實(shí)驗(yàn)室中分別考察了廢水(PX濃度為170 μg/g)，流量為35 mL/min、50 mL/min時(shí)的吸附情況，其穿透曲線如圖4所示。實(shí)驗(yàn)過程中廢水原料預(yù)熱溫度為45 ℃，吸附柱保溫45℃。

圖3 PX吸附裝置流程圖

圖4 PX吸附穿透曲線

從圖4中可以看出，當(dāng)流量為35 mL/min(空塔流速:0.020 6 m/s)時(shí)，3.5 h 出現(xiàn)穿透點(diǎn)(初始濃度的5%)，15 h完全穿透;流量為50 mL/min(空塔流速:0.029 5 m/s)時(shí)，2.5 h 出現(xiàn)穿透點(diǎn)，11.5 h 完全穿透。完全穿透時(shí)，吸附柱內(nèi)吸附PX量如式(2)所示:

式中:Qt為PX吸附量，g/g;

t為時(shí)間，min;V為流量，mL/min;

C0為廢水的初始濃度，μg/g;

Ct為t時(shí)刻出口處PX濃度，μg/g;

m為KC-8的質(zhì)量，g。

按式(2)分別計(jì)算流量為35 mL/min、50 mL/min時(shí)，完全穿透時(shí)PX的吸附量，結(jié)果如表3所示。

表3 動(dòng)態(tài)吸附PX的吸附量

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于工廠處理80 t/h的廢水，只需要吸附塔直徑D=1.2 m，高度H=5 m，裝填活性碳質(zhì)量為W=2 170.368 kg。具體計(jì)算如下。

a)塔徑

以廢水在固定床內(nèi)的流速u=0.02 m/s來計(jì)算，處理量為80 t/h(80 m3/h)，其塔徑為:

b)塔高

以活性炭吸附能力0.2 g/g KC-8計(jì)，假設(shè)固定床穿透(塔出口處廢水中能檢測(cè)到PX)時(shí)間為36 h，原料廢水中PX濃度為60 μg/g，則36 h中原料廢水中PX的總質(zhì)量為:

80000×36×60×10-6=172.8 kg

則吸附這些PX所需活性炭的質(zhì)量為:

吸附塔中活性炭裝填密度(根據(jù)小試結(jié)果)為:

吸附床的高度為:

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可以將固定床設(shè)計(jì)為直徑D=1.2 m，高度H=5 m，所需吸附固定床高徑比是合理的，在工業(yè)上很容易實(shí)現(xiàn)，故PX吸附項(xiàng)目是可行的。

5 結(jié)論

a)通過實(shí)驗(yàn)研究，確定KC-8活性炭可作為有效回收PTA廢水處理工藝中少量PX的吸附劑。

b)小試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，吸附方案是可行的。通過設(shè)計(jì)計(jì)算，處理80 t/h的廢水，所需吸附塔直徑D=1.2 m，高度H=5 m，操作時(shí)采用一吸一脫的切換流程。為了搞清吸附脫附過程的放大效應(yīng)，進(jìn)行廢水處理量為10 t/h的吸附-脫附中試試驗(yàn)是非常必要的，為后續(xù)的工業(yè)化提供了更為詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

The optimization of PTA purificatioin wastewater handling process

Yu Kouhong，Mao Yongsheng
(Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd.，PTA production Center，Yizheng Jiangsu 211900，China)

Elaborate the principle of the PTA refining wastewater＇s recycling system，operational condition and existing problem of the system;to analyze the principle of impaired reveise osmosis membrane，through expriments put forward solution;through adsorption operiation handle a little PX of waste water，in order to achieve effect of protection the membrane.

PTA;refining wastewater;membrane;adsorbent

TQ245.12;X703

B

1006-334X(2012)02-0044-04

2012-02-09

於扣紅(1967-)，男，江蘇興化人，高級(jí)工程師，主要從事PTA技術(shù)開發(fā)及管理工作。