純水設(shè)備保養(yǎng)：吸附樹脂的背景及結(jié)構(gòu)性能
1吸附樹脂的背景及結(jié)構(gòu)性能
吸附樹脂就是樹脂吸附劑，離子交換樹脂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的20世紀(jì)70年代，隨著大孔離子交換樹脂的發(fā)展，大孔吸附樹脂應(yīng)運(yùn)而生。吸附樹脂是一種不含離子交換基團(tuán)的高交聯(lián)度體型高分子珠粒，其內(nèi)部擁有許多分子水平的孔道，提供擴(kuò)散通道和吸附場所。特別是新型樹脂的問世，使其在農(nóng)藥，醫(yī)藥，化工和廢水處置等方面獲得極有價值的應(yīng)用。
與以往的吸附劑(活性炭、分子篩、氧化鋁等)相比,吸附樹脂的性能非常突出,主要是吸附量大,容易洗脫,有一定的選擇性,強(qiáng)度好,可以重復(fù)使用。特別是可以針對不同的用途, 純水設(shè)備保養(yǎng)設(shè)計樹脂的結(jié)構(gòu),因而使吸附樹脂成為一個多品種的系列,多個重要領(lǐng)域顯示出優(yōu)良的吸附分離性能。
吸附樹脂的優(yōu)良性能,使其在有機(jī)污水的處置方面成為一種不可取代的分離資料。苯酚廢水、農(nóng)藥廢水、染料廢水是難于治理的幾種有機(jī)污水。用樹脂法吸附廢水中的這些污染物,不只可消除污染,還可通過洗脫實現(xiàn)資源的回收利用。
2吸附樹脂在處置工業(yè)廢水中的應(yīng)用
2.1樹脂吸附法處置磺胺脒生產(chǎn)廢水
磺胺脒生產(chǎn)廢水一般呈黑紅色,其pH≥11,COD13000mg/L以上,磺胺含量在1722g/L,NaNO3含量為230g/L,Na2CO3為60g/L,還有NaOH和未知反應(yīng)發(fā)生的少量有機(jī)物。
許月卿等以江西某化工廠磺胺脒生產(chǎn)廢水為例,針對該廢水的生產(chǎn)特點,研究了利用大孔吸附樹脂處置磺胺脒生產(chǎn)廢水的工藝流程及其最佳工藝條件,并對廢水治理的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了評估。
多次試驗結(jié)果標(biāo)明,樹脂對該廢水的最佳處置量為13倍樹脂體積的廢水,樹脂的工作吸附量為191g/L,磺胺的累計吸附率為88122%;用5%NaOH溶液進(jìn)行解吸,約用3倍樹脂體積的解吸劑就達(dá)到完全解吸,解吸率為97156%,磺胺回收率約86%.
采用大孔樹脂吸附法處置磺胺脒生產(chǎn)廢水能有效地回收磺胺和硝酸鈉,帶來客觀的經(jīng)濟(jì)效益據(jù)對該工廠的調(diào)查,每生產(chǎn)1t磺胺脒產(chǎn)生315m3廢水,按1m3廢水計算如下:本研究磺胺的回收率是86%,預(yù)期大型生產(chǎn)時磺胺的回收率不會低于90%.以下分析僅按磺胺回收率80%NaNO3回收率以95%計,則每m3磺胺脒生產(chǎn)廢水可回收磺胺(SN1318kg,NaNO321815kg,同時能大幅度減少廢水中所含物質(zhì)對環(huán)境的污染，經(jīng)上述工藝處置后的廢水經(jīng)石家莊市環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測,依據(jù)《污水綜合排放規(guī)范》GB897821996,廢水中COD去除率達(dá)86%,全鹽量減少95%,環(huán)境效益顯著.
該處理工藝技術(shù)可行、操作簡單、運(yùn)行利息低、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著,處置效果穩(wěn)定,宜于推廣.
2.2樹脂吸附法處置水楊酸甲酯生產(chǎn)廢水
水楊酸甲酯又名冬青油，自然界廣泛存在鹿蹄草、小當(dāng)藥油的主要成分。還存在于晚香玉、檞樹、伊蘭伊蘭、丁香茶等的精油中。一種用途廣泛的香料、溶劑和精細(xì)化學(xué)品中間體。工業(yè)上主要是以水楊酸和甲醇為原料在濃硫酸的催化作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)而得。目前我國多數(shù)廠家均采用間歇反應(yīng)過程，需在高醇酸比、高硫酸用量的條件下進(jìn)行，除了生成目標(biāo)產(chǎn)物水楊酸甲酯以外還生成少量副產(chǎn)物5-磺基水楊酸，并發(fā)生大量高濃度有機(jī)廢水，該廢水至今未能有效治理，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。樹脂吸附法已勝利用于處置多種高濃度化工廢水。故程秀梅，陳金龍等采用樹脂吸附法處理某廠的水楊酸甲酯生產(chǎn)廢水，廢水經(jīng)預(yù)處置去除甲醇后通過樹脂吸附去除廢水中大量的5-磺基水楊酸及水楊酸。其中5-磺基水楊酸是重要的醫(yī)藥中間體、可用于制造外表活性劑、染料、有機(jī)催化劑和可作為多種金屬的指示劑，有很大的回收價值。該實驗經(jīng)篩選優(yōu)選NDA -99樹脂處置該廢水。
實驗結(jié)果標(biāo)明，NDA -99樹脂吸附-脫附性能穩(wěn)定，可去除大部分的有機(jī)污染物，上柱液CODcr去除率接近60%脫附率接近100%而且樹脂在使用過程中無破碎現(xiàn)象，機(jī)械強(qiáng)度良好。廢水試樣經(jīng)樹脂吸附處置后，出水無色透明，CODcr由原來的57000~59000下降至6300mg/L左右。
2.3樹脂吸附法處置吐氏酸生產(chǎn)廢水
吐氏酸(Tobias2acid,即2-萘胺-1-磺酸)合成多種偶氮染料、色酚、J酸和γ酸等萘衍生物的重要前體,通常以β-萘酚為原料,低溫條件下經(jīng)磺酰化、堿中和和胺基化,最后經(jīng)酸解反應(yīng)而制得。純水設(shè)備保養(yǎng)生產(chǎn)過程中發(fā)生含吐氏酸及其前體的深紅色酸性有毒廢水,造成嚴(yán)重而長期的水環(huán)境污染
肖芳等采用XDX-1大孔吸附樹脂對吐氏酸生產(chǎn)廢水進(jìn)行動態(tài)吸附處置,研究影響吸附的各種因素。結(jié)果顯示,該樹脂對廢水中濃度達(dá)14000mg/L吐氏酸及其前體具有良好的吸附能力,廢水經(jīng)串聯(lián)二級吸附以后吐氏酸及其前體的濃度降低98%,COD降低86%;采用堿性甲醇溶劑解吸,解吸效率達(dá)到98%,精餾解吸液回收的吐氏酸及其前體可返回生產(chǎn)車間,處置后廢水經(jīng)生化處置即可達(dá)到排放規(guī)范。
2.4超高交聯(lián)吸附樹脂處置有機(jī)化工廢水研究
2.4.1新型超高交聯(lián)吸附樹脂開發(fā)及去除水中有機(jī)物研究
近年來,國內(nèi)外學(xué)者在新型超高交聯(lián)吸附劑的合成方法、機(jī)理研究和應(yīng)用方面取得了很多創(chuàng)新性效果。TsyurupaMP等研究標(biāo)明超高交聯(lián)聚苯乙烯比一般大孔網(wǎng)狀聚合物對油脂、苯酚、氯代苯酚、染料、脂肪酸等具有較高的吸附量,對其它結(jié)構(gòu)中有疏水作用的有機(jī)物也都有較好的吸附效果。這類吸附劑對脫附劑的適應(yīng)能力較強(qiáng),通常可用熱水、蒸氣、有機(jī)溶劑、酸堿溶液等進(jìn)行再生。
對各種化學(xué)修飾樹脂的合成研究是開發(fā)新型超高交聯(lián)樹脂的方向之一。例如,樹脂結(jié)構(gòu)表高交聯(lián)樹脂的方向之一。例如,樹脂結(jié)構(gòu)外表引入羥甲基和苯甲�；鶊F(tuán),或用乙酰基和鄰羧基苯甲�；鶊F(tuán)修飾超高交聯(lián)聚苯乙烯,以獲得所需的吸附性能。Min-WooJung等將AmberliteXA D-4樹脂用卟啉進(jìn)行修飾后,得到一種新型化學(xué)修飾高分子吸附樹脂。由于在樹脂結(jié)構(gòu)中引入卟啉分子后,增強(qiáng)了吸附劑與吸附質(zhì)之間的π-π作用,這種化學(xué)修飾樹脂對苯酚、氯代苯酚的吸附能力大大增強(qiáng)。
2.4.2處置有機(jī)化工廢水中的應(yīng)用研究
近年來,國內(nèi)在樹脂吸附法去除有機(jī)化工廢水中各種有機(jī)物方面做了很多理論和應(yīng)用研究工作。南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院有用超高交聯(lián)吸附樹脂CHA -111處置五氯酚鈉生產(chǎn)廢水。廢水中五氯酚鈉含量為1000015000mgPL,CODcr約11000mgPL;廢水經(jīng)樹脂吸附處置,批處理量為12BVBV為樹脂床體積);吸附出水中五氯酚含量≤1.1mgPL,去除率>99%;CODcr總?cè)コ?span>≥80%;脫附液經(jīng)酸化后可回收五氯酚,實現(xiàn)了廢水中原料的資源化。
大量的研究工作標(biāo)明,超高交聯(lián)樹脂吸附法處置有機(jī)化工廢水具有以下特點:
1吸附效率高,容易脫附再生;
2適用范圍寬,廢水中有機(jī)物濃度從幾個到幾萬毫克升,以及極性有機(jī)物和非極性有機(jī)物均可用此法進(jìn)行處置,并且亦適應(yīng)用于非水體系中;
3樹脂性能穩(wěn)定,使用壽命長(45年);
4工藝簡單,操作簡便,無需高溫高壓;
5固液容易分離,水體中不會引入新的污染物;
6治理廢水的同時,可實現(xiàn)廢物資源化,運(yùn)行費(fèi)用低,廠家容易接受,便于推廣。實踐證明,用超高交聯(lián)樹脂吸附法處置有毒有機(jī)工業(yè)廢水是一項非常實用的污染治理技術(shù),特別適合于組分相對單一的高濃度有機(jī)化工廢水的處置,能夠?qū)崿F(xiàn)廢水治理與資源回收相結(jié)合,必將有著更廣闊的應(yīng)用前景。
3結(jié)語
吸附樹脂在工業(yè)廢水處置中的應(yīng)用還有很多，純水設(shè)備保養(yǎng)發(fā)展還深遠(yuǎn)影響極大地促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。如上所述,環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用,極大地提高了處置工業(yè)廢水的技術(shù)水平。發(fā)展至今,不只多孔樹脂的品種增多、質(zhì)量提高、應(yīng)用規(guī)模和范圍大大地擴(kuò)展,其在醫(yī)藥、食品添加劑、化工催化、科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)中重要性也日益增大。特別是中草藥有效成分的提取、純化方面已成為不可缺少的關(guān)鍵技術(shù),對中藥的振興、實現(xiàn)中藥現(xiàn)代化正在發(fā)揮重要的作用。
但吸附樹脂也存在一些缺點，如近年來，不少人提出了大孔樹脂使用平安問題”,主要是致孔劑和降解物的毒性.2000年11月,國家藥品審評中心組織召開了大孔吸附樹脂分離純化技術(shù)專題討論會”.有關(guān)專家就大孔吸附樹脂的規(guī)格規(guī)范、殘留物限量、平安性、前處置及再生合格的評價規(guī)范等問題提出許多建設(shè)性的意見與建議.建議從以下三個方面入手:
1加強(qiáng)大孔樹脂吸附基礎(chǔ)理論的研究,發(fā)展平安高效的吸附劑.
2加強(qiáng)對大孔樹脂從生產(chǎn)到應(yīng)用各環(huán)節(jié)的監(jiān)控.對大孔樹脂的生產(chǎn),應(yīng)從生產(chǎn)原料和制造工藝技術(shù)的優(yōu)化來改善產(chǎn)品的質(zhì)量.對食品、醫(yī)藥等應(yīng)用行業(yè),可以采用“良好生產(chǎn)規(guī)范”GMP和“危害分析與關(guān)鍵控制點”HA CCP管理技術(shù),解決生產(chǎn)和流通中的品質(zhì)控制問題.
3發(fā)展樹脂殘留物、裂解物或其它相關(guān)有害物質(zhì)的快速檢測技術(shù),使大孔樹脂吸附分離工藝向自動化控制方向發(fā)展,以確保質(zhì)量穩(wěn)定.
所以，吸附樹脂還有很大的發(fā)展前景，特別是工業(yè)廢水處置方面，將更具廣泛性，對于增加可利用水資源，改善水環(huán)境具有很重要意義。
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