CN103359865B - 节能环保的硝化废水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了节能环保的硝化废水处理方法，来自中和反应锅的硝化物和硝化中和废水进入油水分离器，油水分离器下层的硝化物去后续硝化物工段，油水分离器上层的硝化中和废水进入冷却塔冷却后进入过滤器，硝化中和废水中结晶析出的硝基酚盐在过滤器中被回收，过滤后的过滤母液进入加热器被加热到中和反应锅需要的中和温度，加热后的含有足够碱的含酚量低的过滤母液与酸性硝化物在中和锅中中和。本发明利用硝基酚盐的溶解度与温度的关系，实现硝化废水中硝基酚盐的回收和硝化中和废水的处理，比吸附、浓缩、萃取等方法相比节能90%以上，与铁粉还原、吸附、萃取等方法相比，无辅助化学材料消耗，硝基酚盐的回收变废为宝，避免二次污染物转移。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理方法，特别是一种硝化生产过程中废水处理方法。
背景技术
硝化反应是化工生产过程中应用很广的反应单元。在苯、氯苯或者甲苯的硝化反应生产过程中，硝化反应完成后，需要将硝基化合物和酸相进行分离，为了便于后续处理，对酸性硝基化合物需要进行中和，使中间硝基物产物达到中性或略偏碱性。在中和过程中，部分硝基物发生水解反应生成硝基酚，同时硝基酚和碱反应生成硝基酚盐，硝基酚盐溶于水中，形成含硝基酚盐的硝化中和废水。
含酚废水是一种来源广泛、危害严重的工业废水。而硝基酚由于分子结构中含有强吸电子基硝基，使得苯环上电子云密度大大下降，稳定性增强，在自然界中难以降解，含硝基酚废水的处理目前依然是污水处理中的难题。因此研究和开发含硝基酚废水的处理工艺和装置具有重要的意义。
许多化工园区都建有污水集中处理装置，这类污水集中处理装置除了对进入***的污水的COD值有一定的要求外，对废水的组成更是有严格的要求，含有生物毒性的污水对集中处理装置的生物细菌有杀灭作用，因此，污水集中处理装置都要求污水生成单位对原污水进行预处理，否则不能进入统一的污水处理***。对含有硝基化合物的废水则严格拒之门外。
目前，已经有许多治理硝化废水的方法，典型的方法有：（1）浓缩法，采用蒸发的方法，将硝基酚浓缩成固体，固体产物去固体粉料处理厂处理或者将固体进行焚烧，由于废水中硝基酚含量一般都很低，浓缩时需要消耗大量的热量，废水处理的成本很高。另外，硝基酚在高温下是非常不稳定的化合物，蒸发浓缩过程中有***的危险。（2）还原法，该法将硝基酚中的硝基还原成氨基，通常采用铁粉还原工艺，将含有硝基酚的废水转化为含有氨基酚的废水，再进一步进行生化降解。前面已经指出，废水中硝基酚含量很低，为了使还原反应彻底，铁粉大量过量，还原过程中生成难于处理的铁泥，造成二次污染。（3）吸附法，选择一定的吸附剂，硝基酚吸附在吸附剂上，再通过解吸法解吸出硝基酚。（4）萃取法，该法通过选择适当的萃取剂，将废水中的硝基酚萃取出来。（3）、（4）两种工艺在解吸和萃取剂回收过程中普遍存在能耗高和吸附剂、萃取剂损耗高的问题。吸附法也存在报废的吸附剂的二次污染问题。（5）超临界催化氧化工艺，该法通常在温度大于400℃、压力大于20MPa条件下进行，即利用有机物在超临界水中的一些物理和化学特性，用特定的氧化剂将硝基酚氧化并降解为小分子的无机物。超临界法由于工艺在非常高的温度和压力下，设备的制造和运行要求较高。在高温和含有强氧化剂的条件下，工业化过程中面临设备和仪表的选材困难。另外，将硝化废水从常温加热到400℃需要消耗大量能源。（6）电化学催化裂解，该法效率较低，还难于工业化。
发明内容
针对现有硝化废水处理工艺中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种节能环保的硝化废水处理方法，将硝化废水中硝基酚或硝基酚盐以固体形式回收，同时硝化废水重复使用于硝化的中和过程，实现对硝化废水的节能环保处理。
本发明的基本原理是：硝基酚盐在水中有一定的溶解度，溶解度随着温度的升高而增加，溶解度随着温度的下降而减少；当温度低于硝基酚盐的饱和温度时，硝基酚盐就结晶析出。
大气环境温度或工业循环水温度通常在35℃以下，硝化物中和过程的温度与大气环境温度或工业循环水温度相比比较高，两者存在一定的温度差，利用这个温度差，将硝化中和废水冷却到接近或低于环境温度或者工业循环水的温度，硝化中和废水中硝基酚盐就会结晶析出，将结晶析出的硝基酚盐过滤，实现硝基酚盐的回收，同时将过滤母液加入中和需要的碱并升温到中和需要的温度重复用于中和过程。
向硝化废水中鼓入未达到饱和水的空气，未饱和的空气在与硝化废水接触过程中达到饱和，带走硝化废水中的部分水，硝化废水中的水进入空气过程中成为气态水，硝基酚或者硝基酚盐由于沸点很高，在鼓气过程中，硝基酚或者硝基酚盐仍然留在硝化废水中；水的汽化吸收部分热量从而降低硝化废水的温度，随着温度的降低，硝化废水的温度低于硝基酚盐的饱和温度，硝基酚盐析出。
本发明为达到上述目的，通过以下的技术方案来实现：来自中和反应锅的硝化物和硝化中和废水进入油水分离器，油水分离器下层的含酚硝化物去洗涤锅，洗涤锅中加入洗涤水洗去硝化物中的硝基酚盐，洗涤后的硝化物去后续硝化物工段；油水分离器上层的硝化中和废水即含酚废水与来自洗涤锅的含酚废水一起进入冷却塔，含酚废水从冷却塔的上部进入，从冷却塔的下部去过滤器，未饱和的空气从冷却塔的底部进入冷却塔在塔内饱和后从冷却塔的上部排入大气；含酚废水在冷却塔内冷却到一定的温度，冷却后的含酚废水进入过滤器，含酚废水中结晶析出的硝基酚盐在过滤器中被回收，过滤后的含酚量低的过滤母液进入加热器被加热到中和反应锅需要的中和温度，过滤母液在加热过程中补加中和需要的碱量；加热后的含有足够碱含量的含酚量低的过滤母液与酸性硝化物在中和锅中中和，实现硝基酚盐的回收与硝化中和废水的重复使用。
其中，冷却塔是板式塔或者填料塔或者空塔。
其中，硝基苯的中和温度在50-70℃，二硝基苯的中和温度在80-95℃。
本发明具有以下优点：（1）能耗低，过程中无大量水的相变热，比吸附、浓缩、萃取等方法相比节能90%以上；（2）与铁粉还原、吸附、萃取等方法相比，无辅助化学材料消耗；（3）硝基酚盐的回收率高，变废为宝，避免二次污染物转移；（4）污水处理量少；（5）所需的设备简单，投资省，操作容易。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图中：1 中和反应锅，2 油水分离器，3 冷却塔，4过滤器，5 加热器，6 洗涤锅。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步详细地描述本发明的技术解决方案。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。为了叙述简洁，本说明书略去了管道上常规的阀门、仪表等设置，本行业的普通技术人员可以依规范进行设计、调整或改进，也可以调整设备数量和布置形式，这些调整、改进都应视为本发明的保护范围。
如图1所示，来自中和反应锅1的硝化物与硝化中和废水进入油水分离器2，油水分离器2下层的含酚硝化物去洗涤锅6，洗涤锅6中加入洗涤水，洗涤后的硝化物去后续硝化物工段；油水分离器2上层的硝化中和废水即含酚废水与来自洗涤锅6的含酚废水进入含酚废水冷却塔3的上部并从冷却塔3的底部去过滤器4，同时从冷却塔3的底部鼓入未饱和的空气，未饱和的空气在冷却塔内与含酚废水逆流接触，空气饱和后从冷却塔3的上部排入大气并带走含酚废水中部分水；含酚废水在冷却塔3内被冷却到一定的温度，冷却后的含酚废水进入过滤器4，含酚废水中结晶析出的硝基酚盐在过滤器4中被回收，过滤后的过滤母液进入过滤母液加热器5被加热到中和反应锅1需要的中和温度，过滤母液在加热过程中补加中和需要的碱量；加热后的含有足够碱的含酚量低的过滤母液与酸性硝化物在中和反应锅1中中和，实现硝基酚盐的回收与硝化中和废水的重复使用。
其中，冷却塔3是填料塔或者板式塔或者空塔。
其中，硝基苯的中和温度在50-70℃，二硝基苯的中和温度在80-95℃。
实施例1：硝基苯生产过程中硝化中和废水的处理，按照以下步骤进行：
（1）酸性硝基苯与含有足够碱的含酚量低的过滤母液在中和反应锅中在70℃中和，部分硝基苯生成硝基酚，同时硝基酚与碱反应成为硝基酚盐，中和后的硝基苯与含酚废水一起进入油水分离器2，油水分离器2下层的含酚硝基苯进入洗涤锅6，洗涤锅6中加入洗涤水，洗涤后的硝化物进入后续工段；
（2）油水分离器2上层含酚废水与来自洗涤锅6中的含酚废水混合后进入冷却塔3的上部并从冷却塔3的底部去过滤器4，同时向冷却塔的底部鼓入未饱和的空气，未饱和的空气在冷却塔3内与含酚废水逆流接触，空气在冷却塔3内饱和后从塔顶排入大气，含酚废水被冷却到35℃，冷却后含酚废水中部分硝基酚盐硝结晶析出；
（3）冷却后的含酚废水进入过滤装置4，经过过滤回收结晶析出的硝基酚盐，过滤后的过滤母液进入加热器5；
（4）在加热器5中，过滤母液被加热到中和反应锅1所需的温度，过滤母液在加热过程中加入中和所需的碱；
（5）含有足够碱的含酚量低的过滤母液与酸性硝基苯在中和反应锅1中中和，实现硝化中和废水的重复循环利用并完成硝化中和废水的处理。
实施例2：苯硝化生产二硝基苯生产过程中硝化废水的处理，按照以下步骤进行：
（1）酸性二硝基苯与含有足够碱的含酚量低的过滤母液在中和反应锅中在95℃中和，部分二硝基苯生成硝基酚，同时硝基酚与碱反应成为硝基酚盐，中和后的含酚二硝基苯与含酚硝化中和废水一起进入油水分离器2，油水分离器2下层的含酚二硝基苯进入洗涤锅6，向洗涤锅6中加入洗涤水，洗涤后的二硝基苯进入后续工段；
（2）油水分离器2上层含酚废水与洗涤锅6中的含酚废水混合后进入冷却塔3的上部并从冷却塔3的底部去过滤器4，同时从冷却塔3的底部鼓入未饱和的空气，未饱和的空气在冷却塔3内与含酚废水逆流接触成为饱和湿空气并从冷却塔3的顶部排入大气，含酚废水被冷却到25℃，冷却后含酚废水中部分硝基酚盐硝结晶析出；
（3）冷却后的含酚废水进入过滤器4，经过过滤回收结晶析出的硝基酚盐，过滤后的过滤母液进入加热器5；
（4）在加热器5中，过滤母液被加热到中和反应锅1所需的温度，过滤母液在加热过程中加入中和所需的碱；
（5）加热后的含有足够碱含量的含酚量低的过滤母液与酸性二硝基苯在中和反应锅1中中和，实现硝化中和废水的重复循环利用并完成硝化中和废水的处理。
实施例3：苯硝化生产二硝基苯生产过程中硝化废水的处理，按照以下步骤进行：
（1）酸性二硝基苯与含有足够碱的含酚量低的过滤母液在中和反应锅中在85℃中和，部分二硝基苯生成硝基酚，同时硝基酚与碱反应成为硝基酚盐，中和后的含酚二硝基苯与含酚硝化中和废水一起进入油水分离器2，油水分离器2下层的含酚二硝基苯进入洗涤锅6，向洗涤锅6中加入洗涤水，洗涤后的二硝基苯进入后续工段；
（2）油水分离器2上层含酚废水与洗涤锅6中的含酚废水混合后进入冷却塔3的上部并从冷却塔3的底部去过滤器4，同时从冷却塔3的底部鼓入未饱和的空气，未饱和的空气在冷却塔3内与含酚废水逆流接触成为饱和湿空气并从冷却塔3的顶部排入大气，含酚废水被冷却到25℃，冷却后含酚废水中部分硝基酚盐硝结晶析出；
（3）冷却后的含酚废水进入过滤器4，经过过滤回收结晶析出的硝基酚盐，过滤后的过滤母液进入加热器5；
（4）在加热器5中，过滤母液被加热到中和反应锅1所需的温度，过滤母液在加热过程中加入中和所需的碱；
（5）加热后的含有足够碱含量的含酚量低的过滤母液与酸性二硝基苯在中和反应锅1中中和，实现硝化中和废水的重复循环利用并完成硝化中和废水的处理。
实施例4：氯苯硝化生产二硝基氯苯生产过程中硝化废水的处理，按照以下步骤进行：
（1）酸性二硝基氯苯与含有足够碱的含酚量低的过滤母液在中和反应锅中在80℃中和，部分二硝基氯苯生成硝基酚，同时硝基酚与碱反应成为硝基酚盐，中和后的含酚二硝基氯苯与含酚硝化中和废水一起进入油水分离器2，油水分离器2下层的含酚二硝基氯苯进入洗涤锅6，向洗涤锅中加入洗涤水，洗涤后二硝基氯苯进入后续工段；
（2）油水分离器2上层含酚废水与洗涤锅6中的含酚废水混合后进入冷却塔3的上部并从冷却塔的底部去过滤器4，同时从冷却塔3的底部鼓入未饱和的空气，未饱和的空气在冷却塔3内与含酚废水逆流接触成为饱和湿空气并从冷却塔3的顶部排入大气，含酚废水在冷却塔3内被冷却到30℃，冷却后含酚废水中部分硝基酚盐硝结晶析出；
（3）冷却后的含酚废水进入过滤器4，经过过滤回收结晶析出的硝基酚盐，过滤后的过滤母液进入加热器5；
（4）在加热器5中，含过滤母液被加热到中和反应锅1所需的温度，过滤母液在加热过程中加入中和所需的碱；
（5）加热后含有足够碱的含酚量低的过滤母液与酸性二硝基氯苯在中和反应锅1中中和，实现硝化中和废水的重复循环利用并完成硝化中和废水的处理。
实施例5：甲苯硝化生产硝基甲苯生产过程中硝化废水的处理，按照以下步骤进行：
（1）酸性硝基甲苯与含有足够碱的含酚量低的过滤母液在中和反应锅1中在50℃中和，部分硝基甲苯生成硝基酚，同时硝基酚与碱反应成为硝基酚盐，中和后的含酚硝基甲苯与含酚硝化中和废水一起进入油水分离器2，油水分离器2下层的含酚硝基甲苯进入洗涤锅6，向洗涤锅6中加入洗涤水，洗涤后的硝基甲苯进入后续工段；
（2）油水分离器2上层含酚废水与洗涤锅6中的含酚废水混合后进入冷却塔3的上部并从冷却塔3的下部去过滤器4，从冷却塔3的底部鼓入未饱和的空气，未饱和的空气在冷却塔3内与含酚废水逆流接触后成为饱和湿空气从冷却塔的顶部排入大气，含酚废水在冷却塔3内被冷却到25℃，冷却后含酚废水中部分硝基酚盐硝结晶析出；
（3）冷却后的含酚废水进入过滤器4，经过过滤回收结晶析出的硝基酚盐，过滤后的过滤母液进入加热器5；
（4）在加热器5中，过滤母液被加热到中和反应锅1所需的温度，过滤母液在加热过程中加入中和所需的碱；
（5）加热后的含有足够碱的含酚量低的过滤母液与酸性硝基甲苯在中和反应锅1中中和，实现硝化中和废水的重复循环利用并完成硝化中和废水的处理。
实施例6：甲苯硝化生产硝基甲苯生产过程中硝化废水的处理，按照以下步骤进行：
（1）酸性硝基甲苯与含有足够碱的含酚量低的过滤母液在中和反应锅1中在60℃中和，部分硝基甲苯生成硝基酚，同时硝基酚与碱反应成为硝基酚盐，中和后的含酚硝基甲苯与含酚硝化中和废水一起进入油水分离器2，油水分离器2下层的含酚硝基甲苯进入洗涤锅6，向洗涤锅6中加入洗涤水，洗涤后的硝基甲苯进入后续工段；
（2）油水分离器2上层含酚废水与洗涤锅6中的含酚废水混合后进入冷却塔3的上部并从冷却塔3的下部去过滤器4，从冷却塔3的底部鼓入未饱和的空气，未饱和的空气在冷却塔3内与含酚废水逆流接触后成为饱和湿空气从冷却塔的顶部排入大气，含酚废水在冷却塔3内被冷却到25℃，冷却后含酚废水中部分硝基酚盐硝结晶析出；
（3）冷却后的含酚废水进入过滤器4，经过过滤回收结晶析出的硝基酚盐，过滤后的过滤母液进入加热器5；
（4）在加热器5中，过滤母液被加热到中和反应锅1所需的温度，过滤母液在加热过程中加入中和所需的碱；
（5）加热后的含有足够碱的含酚量低的过滤母液与酸性硝基甲苯在中和反应锅1中中和，实现硝化中和废水的重复循环利用并完成硝化中和废水的处理。
Claims (2)
1.节能环保的硝化废水处理方法，其特征是它的处理方法包括以下步骤：来自中和反应锅的硝化物和硝化中和废水进入油水分离器，油水分离器下层的含酚硝化物去洗涤锅，洗涤锅中加入洗涤水洗去硝化物中的硝基酚盐，洗涤后的硝化物去后续硝化物工段；油水分离器上层的硝化中和废水即含酚废水与来自洗涤锅的含酚废水一起进入冷却塔，含酚废水从冷却塔的上部进入，从冷却塔的下部去过滤器，未饱和的空气从冷却塔的底部进入冷却塔在塔内饱和后从冷却塔的上部排入大气；含酚废水在冷却塔内冷却到一定的温度，冷却后的含酚废水进入过滤器，含酚废水中结晶析出的硝基酚盐在过滤器中被回收，过滤后的含酚量低的过滤母液进入加热器被加热到中和反应锅需要的中和温度，过滤母液在加热过程中补加中和需要的碱量；加热后的含有足够碱含量的含酚量低的过滤母液与酸性硝化物在中和锅中中和，使硝基酚盐得到回收并让硝化中和废水得到重复使用。
2.根据权利要求1所述的节能环保的硝化废水处理方法，其特征是：冷却塔是板式塔或者填料塔或者空塔。
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