Tecnología de tratamiento de aguas residuales tintes y tratamiento de aguas residuales intermedias de tintes
1 Introducción
Las aguas residuales de tintes y tintes intermedios se refieren a la descarga del proceso de producción de tintes o tintes intermedios de aguas residuales de proceso. La producción de tintes intermedios incluye los siguientes procesos: las materias primas orgánicas básicas como benceno, naftaleno, antraceno, etc. se someten a procesos de reacción química como sulfonación, nitración, reducción, halogenación, aminación, oxidación, acilación y alquilación para producir tintes que los originales. Compuestos orgánicos con estructuras complejas pero sin propiedades colorantes, como el ácido H, el ácido de turbina, el ácido J, etc. Los tintes intermedios se convierten en tintes crudos mediante diazotización, acoplamiento y otros procesos de reacción. Los tintes crudos luego se procesan para obtener tintes comerciales. El proceso de producción de tintes consume una gran cantidad de materias primas y el consumo de material por tonelada puede alcanzar desde varias toneladas hasta decenas de toneladas. Al mismo tiempo, durante el proceso de producción, a menudo se requieren uno o más lavados con agua, lo que produce una gran cantidad. de subproductos o materiales de desecho, especialmente líquidos residuales. La proporción es enorme.
En términos generales, las aguas residuales de tintes y tintes intermedios tienen las siguientes características:
① Hay muchos tipos de contaminantes en las aguas residuales. Las aguas residuales de colorantes e intermedios de colorantes contienen ácidos, álcalis, sales, halógenos, hidrocarburos, compuestos nitro, aminas, colorantes e intermedios, y otras sustancias altamente tóxicas. Algunas también contienen bencidina, piridina, amoníaco, fenol y metales pesados como mercurio, cadmio y cromo. , etc.
②La concentración de materia orgánica es alta. El valor de CODCr es generalmente superior a 4000 mg/L para colorantes ácidos, colorantes directos y colorantes alimentarios, dado que las materias primas a menudo contienen grupos de ácido sulfónico y son fácilmente solubles en agua, estos contaminantes orgánicos existen principalmente en el líquido residual en el agua. estado soluble.
③Alto contenido en sal. El contenido de sal en las aguas residuales puede alcanzar de decenas a cientos de g/L.
④Los requisitos para el uso de colorantes han impulsado su desarrollo en la dirección de la resistencia a la fotólisis, a los antioxidantes y a la biodegradación, lo que hace que estas aguas residuales sean difíciles de tratar con métodos convencionales.
⑤La producción de tintes es en su mayor parte una operación intermitente y la tecnología es relativamente atrasada. La calidad de las aguas residuales producidas fluctúa mucho y la calidad del agua de las empresas municipales fluctúa aún más significativamente.
2 Tecnología de control de fuentes
Básicamente, la forma de tratar las aguas residuales debe comenzar con una producción limpia, implementar un control completo del proceso de las fuentes de contaminación y descargar menos o ninguna agua residual. La tecnología de control de fuentes incluye principalmente los siguientes aspectos:
① Promover una producción más limpia e implementar un control completo del proceso de las fuentes de contaminación industrial. La producción limpia y el control completo de las fuentes de contaminación tienen como objetivo ahorrar energía, reducir el consumo y reducir la contaminación. La producción se implementa mediante el desarrollo y diseño de productos, el uso de materias primas, una buena gestión corporativa y la adopción de procesos de producción avanzados y razonables. reciclaje de materiales y utilización integral, control del ciclo de vida completo del ciclo del producto, una tecnología altamente científica e integral que minimiza la cantidad de contaminantes producidos. Su objetivo es lograr la unificación de los beneficios económicos, sociales y ambientales de la producción industrial. .
② Fortalecer la gestión de procesos del sistema de agua de refrigeración y mejorar la tasa de utilización del reciclaje de agua. La producción diseñada de una fábrica italiana es de 5000 t/d y el consumo total anual de agua es de 6500 000 m3, de los cuales 50 son agua en circulación en el sistema de refrigeración. La tasa de utilización del agua circulante industrial en los países desarrollados es generalmente superior al 70%. En la actualidad, el reciclaje del agua de refrigeración en las plantas de tintes domésticos no ha atraído suficiente atención. La tasa de utilización del reciclaje del agua de refrigeración no es alta y la gestión del proceso. Es necesario mejorar el sistema de agua de refrigeración.
③ Implementar reformas de procesos para minimizar la producción de "tres residuos". El mismo producto colorante suele tener varias rutas de síntesis y diferentes métodos de producción. Seleccione rutas de síntesis razonables y métodos de producción avanzados para eliminar o reducir los "tres desechos" al mínimo durante el proceso. Por ejemplo, para la síntesis del mismo producto intermedio N-cianoetilanilina, una fábrica de tintes nacional adopta el siguiente proceso: usar anilina como materia prima, agregar cianuro acrílico al tanque de cianoetilación, usar el catalizador ZnCl2 y calentar a una temperatura de 60 ~ Reaccionar a 100°C durante 28 horas para preparar cianoetilanilina. La empresa italiana Acna utiliza fenol como catalizador. El fenol se puede recuperar mediante destilación. La calidad del producto está garantizada y no hay contaminación por Zn en las aguas residuales.
④ Mejorar la tasa de recuperación del producto y reducir el consumo de materia prima. En la actualidad, el nivel de tecnología de producción intermedia y de tintes de mi país todavía está por detrás del de los países desarrollados, la tasa de recuperación de productos es baja y la contaminación de los "tres desechos" es grave.
Por lo tanto, aumentar la tasa de recuperación de productos y reducir el consumo de materias primas tiene beneficios tanto económicos como ambientales.
⑤ Fortalecer el reciclaje de materiales y llevar a cabo enérgicamente una utilización integral. Los "tres desechos" producidos por los tintes y los productos intermedios son esencialmente materias primas, productos intermedios y subproductos que se pierden durante el proceso de producción. Aplicar el principio de reciclaje de recursos y llevar a cabo la tecnología de reciclaje de recursos de "tres desechos" para minimizar los contaminantes en las aguas residuales de la industria de tintes.
⑥Investigar y desarrollar procesos sin “tres residuos”. La investigación y el desarrollo de procesos de producción sin "tres desechos" se ha convertido en una dirección importante en el desarrollo y la investigación de tintes intermedios. El Instituto de Tintes y Intermedios Orgánicos de la antigua Unión Soviética fue el primero en cambiar la reacción utilizando agua como medio a un disolvente orgánico y la cantidad de agua residual se redujo considerablemente. Por ejemplo, el benzocetazol se puede producir completamente mediante la interacción de o-. aminofenol y fosgeno en medio orgánico Elimina la generación de aguas residuales mejorando la calidad del producto. En la producción de ácido m-nitrobencenosulfónico, por cada tonelada de producto se producían originalmente 20 m3 de agua residual. Se utilizaba álcali o carbonato de sodio para neutralizar y separar el exceso de sulfato de sodio. Las aguas residuales se aplicaban a la separación y lavado de productos terminados, convirtiéndose en un proceso. sin "tres desperdicios". Las unidades con aguas residuales que necesitan ser tratadas también pueden consultar empresas con experiencia similar en tratamiento de aguas residuales en la plataforma de servicios Easy Water Network.
3 Tecnología de tratamiento terminal
En términos generales, el propósito del tratamiento terminal de aguas residuales de tintes es reducir el CODCr y el croma en el agua, y recuperar materia orgánica, ácidos residuales y sales inorgánicas. en las aguas residuales. Según los diferentes requisitos de calidad y descarga del agua, se utilizan diferentes métodos de tratamiento: para eliminar impurezas sólidas, se puede utilizar coagulación y filtración; la decoloración generalmente utiliza un proceso combinado de coagulación y adsorción para eliminar sustancias tóxicas y materia orgánica, oxidación química y métodos biológicos; se utilizan principalmente el método y el método de ósmosis inversa, etc.; para eliminar metales pesados, se pueden utilizar el método de precipitación química y el método de intercambio iónico. Para obtener documentos técnicos relevantes, consulte la base de datos de Easy Water Purification Network /qita/.
Desde la perspectiva de los principios técnicos del tratamiento terminal de tintes y aguas residuales intermedias, se pueden dividir aproximadamente en tres categorías: tratamiento físico, tratamiento químico y tratamiento biológico.
3.1 Métodos de tratamiento físico
Los métodos de tratamiento físico incluyen el método de precipitación por coagulación, el método de adsorción, el método de flotación, el método de electrodiálisis, el método de separación por cristalización, el método de destilación, el método de intercambio iónico, el método de extracción, etc. . Algunos de los métodos más utilizados se describen brevemente a continuación:
①Método de coagulación y sedimentación
El método de coagulación y sedimentación se ha desarrollado rápidamente en los últimos años y es uno de los principales métodos para purificación de aguas residuales de tintes. Para aguas residuales de tintes con componentes complejos, primero se deben homogeneizar y precipitar, luego neutralizar agregando una cantidad adecuada de ácido o álcali, y luego agregar coagulante para flocular y precipitar.
El método de coagulación y sedimentación se utiliza principalmente para la decoloración de aguas residuales de tintes. Tiene un mejor efecto de tratamiento en los tintes de naftaleno pero peor en los tintes de antraquinona. El efecto del tratamiento de la coagulación y sedimentación de las aguas residuales de tintes depende de la selección y dosis de coagulantes y coagulantes, el valor del pH de las aguas residuales y las condiciones hidráulicas de la coagulación. La tasa de eliminación de croma mediante este método es de aproximadamente 70~90, y la tasa de eliminación de CODCr es de aproximadamente 50~80. El Centro Británico de Investigación del Agua llevó a cabo un tratamiento de coagulación y sedimentación en aguas residuales de tintes dispersos de una fábrica. La tasa de eliminación de CODCr fue de 77,9 y la tasa de eliminación de croma fue de 80.
Los floculantes de uso habitual se pueden dividir en tres tipos: inorgánicos, orgánicos y poliméricos. Los más utilizados son las sales de hierro y las sales de aluminio, y también se utilizan habitualmente coagulantes que contienen alúmina activada, caolín y bentonita. En los últimos años se han desarrollado muchos nuevos floculantes inorgánicos y orgánicos, como el ácido polisilícico, el sulfato de aluminio, etc.
②Método de adsorción
El método de adsorción puede eliminar el color, el olor, los iones de metales pesados y la materia orgánica del agua. Dado que los adsorbentes tienen diferentes capacidades de adsorción para diferentes tipos, es decir, los adsorbentes son selectivos, cuando se utilizan métodos de adsorción para tratar aguas residuales de tintes, la elección del adsorbente es un factor clave que afecta el efecto del tratamiento. El adsorbente más utilizado es el carbón activado. La planta química de la Gran Muralla de Tianjin utiliza carbón activado como adsorbente para adsorber dinaftilamina en las aguas madre en la producción de ácido de turbina.
Otros adsorbentes son la alúmina y la alúmina activada. El efecto del tratamiento de la alúmina activada se puede mejorar añadiendo precipitantes o floculantes. Otros adsorbentes incluyen SiO2, carbón activado, adsorbentes poliméricos, etc. También se pueden utilizar algunos adsorbentes baratos según las condiciones locales, como arcilla, escoria, cenizas volantes, etc.
El uso combinado de adsorbentes poliméricos y resinas de intercambio iónico puede eliminar metales pesados, fenoles, aminas, etc. de las aguas residuales de tintes.
En un proceso de tratamiento de dos pasos, el adsorbente utilizado en el primer paso es un polímero no iónico con una gran superficie y posteriormente el agua residual pasa a través de un intercambiador de iones débilmente ácido. Rockamp Stevens Company utiliza este método para eliminar colorantes ácidos, reactivos, complejos metálicos y básicos del agua. Este método no es adecuado para la eliminación de colorantes dispersos. En este proceso, la resina de adsorción elimina la materia orgánica de las aguas residuales y los iones restantes no adsorbidos se eliminan posteriormente mediante una resina de intercambio iónico. Ambas resinas son reciclables.
El método de adsorción puede eliminar sustancias que son difíciles de descomponer en las aguas residuales. Para las aguas residuales que no pueden tratarse bioquímicamente o no pueden cumplir con los estándares de descarga después del tratamiento biológico, se puede utilizar el método de adsorción.
③Método de extracción
El método de extracción utiliza la diferencia en la solubilidad de la materia orgánica en agua y solventes orgánicos para seleccionar un solvente adecuado y mezclarlo con agua para transferir rápidamente la materia orgánica del agua en la fase solvente, y luego a través de la separación de dos fases, la fase acuosa se procesa, mientras que la fase solvente contiene el tinte.
El colorante se elimina del líquido residual y se concentra en la fase orgánica. Dependiendo de la concentración inicial de aguas residuales, el tinte se puede concentrar de 5 a 10 veces. Durante este proceso también se eliminan del agua residual otras impurezas cargadas negativamente, como por ejemplo determinadas sustancias lipófilas que contienen halógenos. La fase orgánica se puede regenerar mediante destilación, pero actualmente se usa más para la retroextracción con ácido o álcali, que puede regenerar el extractante, y el tinte se separa en forma de sal concentrada y el extractante se recicla. problema.
④Método de cristalización
El método de cristalización consiste en controlar las condiciones físicas para cristalizar y separar tintes o sales del agua, logrando así el propósito de eliminar contaminantes en el agua. Este método no requiere agregar productos químicos adicionales al agua. El líquido residual ácido en el proceso de producción de ácido J se trata mediante el método de separación por congelación. El líquido residual se congela a -10~-20°C para cristalizar Na2SO4 en el líquido residual y luego filtrarlo. Después de calentar y concentrar el filtrado, se devuelve al proceso de producción original para su uso.
⑤Método de flotación por aire
El método de flotación por aire consiste en hacer flotar los contaminantes en el agua agregando aire después de que las aguas residuales se coagulan. Dependiendo de la naturaleza de las aguas residuales, se utilizan diferentes métodos de flotación. Las aguas residuales de tintes, principalmente tintes hidrófobos, tintes reductores y tintes de hielo, generalmente adoptan el método de flotación por aire disuelto a presión; las aguas residuales contienen sustancias hidrófilas, sustancias salinas, sustancias que se van a separar en forma ionizada o sustancias en el anillo de benceno para compuestos de anilina. grupos sustituidos, otras tecnologías de purificación de agua por flotación de aire son más efectivas. Estas tecnologías de flotación de aire incluyen flotación de aire por condensación electrolítica, flotación de aire iónico, flotación de aire por adsorción, etc.
3.2 Método de tratamiento químico
El método de tratamiento químico utiliza principalmente reacciones químicas para cambiar la estructura de sustancias nocivas en las aguas residuales para lograr el propósito de reciclaje o descomposición y eliminación. Los métodos de tratamiento químico se utilizan a menudo en combinación con métodos físicos o biológicos.
①Método de oxidación
El propósito del método de oxidación es destruir el cromóforo o estructura molecular del tinte mediante la oxidación de un oxidante fuerte para lograr el propósito de decoloración y eliminación del CODCr. Los métodos de oxidación comúnmente utilizados incluyen oxidación química, electrólisis, oxidación de O3, fotooxidación, oxidación con aire húmedo, etc. El método de oxidación química generalmente utiliza cloro y peróxido de hidrógeno como oxidantes.
Con el desarrollo de la investigación sobre la utilización de la energía solar, la investigación sobre el tratamiento de fotooxidación de aguas residuales utilizando la luz solar como fuente de luz ha atraído cada vez más atención y ha logrado avances gratificantes.
②Método de reducción
Los colorantes azoicos se pueden reducir, pero a veces las aminas aromáticas producidas son carcinógenas. En el caso de los colorantes de antraquinona, la reducción es reversible. Por las razones anteriores, los métodos de reducción no se utilizan ampliamente en el tratamiento de aguas residuales de tintes.
③Método de incineración
El método de incineración es la forma más eficaz de tratar aguas residuales orgánicas de concentración extremadamente alta mediante oxidación profunda del aire a altas temperaturas. También es el método más sencillo para lograr la industrialización. . Para aguas residuales de alta concentración con CODCr superior a 1,0×105 mg/L y poder calorífico superior a 1,0×104 kJ/kg, la temperatura de funcionamiento en el horno es 900~1000℃, el tiempo de residencia es 3~4 s y el El coeficiente de aire restante es de 1,2 a 1,4, que se puede utilizar. Las aguas residuales se queman directamente. El tratamiento de aguas residuales con tinturas domésticas tiene como objetivo básicamente la recuperación de sales inorgánicas. En la actualidad, los principales problemas del tratamiento por incineración doméstico son: baja tasa de recuperación de calor y muchos dispositivos de incineración no pueden funcionar debido a los altos costos operativos.
Los sistemas avanzados de incineración de productos extranjeros están equipados con dispositivos de recuperación de calor residual y control de la contaminación de los gases de escape, que son beneficiosos para reducir el consumo de energía y eliminar la contaminación secundaria.
3.3 Método de tratamiento biológico
El método de tratamiento biológico es un método convencional de tratamiento de aguas residuales y uno de los métodos de tratamiento comúnmente utilizados para aguas residuales de tintes. Los métodos biológicos comúnmente utilizados incluyen el método de lodos activados, el método de biopelícula, el método de estanque de oxidación y el método biológico anaeróbico. Las aguas residuales que contienen aminas, fenoles, etc., se pueden tratar con métodos biológicos con mejores resultados; para las aguas residuales ácidas y alcalinas, se pueden neutralizar primero y luego tratar con métodos biológicos, para las aguas residuales con tintes azoicos y tintes de azufre, se pueden tratar primero; Tratamiento de reducción y oxidación, después de reducir su toxicidad, luego tratamiento biológico. También hay informes sobre el uso de sistemas biológicos de bacterias y algas para degradar los tintes azoicos. Las aguas residuales ingresan primero al estanque anaeróbico para romper los dobles enlaces azoicos y luego ingresan al ambiente bueno. . Estanque de oxígeno, degrada las aminas aromáticas.
En los últimos años, debido al rápido desarrollo de la industria de los tintes, con el fin de mejorar el rendimiento de los tintes, los productos colorantes se han desarrollado gradualmente en la dirección de antioxidantes, antifotólisis y antibiodegradación. y cada vez hay más sustancias difíciles de biodegradar en las aguas residuales, lo que trae ciertas dificultades al tratamiento biológico.
Lo más importante a la hora de utilizar métodos biológicos para tratar aguas residuales de tintes es solucionar el problema de la biodegradabilidad de las aguas residuales. En la actualidad, existe una tendencia general a adoptar una solución que combine métodos biológicos mejorados con métodos físicos y químicos.
4 Tecnología de reciclaje de recursos de aguas residuales
La investigación nacional y extranjera sobre la utilización de recursos de aguas residuales de tintes se centra principalmente en los siguientes aspectos:
4.1 Concentración y recuperación de agua diluida ácido
Las aguas residuales de tintes suelen ir acompañadas de la descarga de ácido diluido, y esta parte del ácido puede reciclarse. La recuperación de ácido diluido incluye principalmente concentración y purificación. La purificación se refiere a la eliminación de materia orgánica en el agua, que incluye principalmente extracción de gas, hidrólisis, adsorción, extracción, oxidación, etc. Entre ellas, la oxidación es la mejor. Los principales métodos de concentración incluyen el método de concentración multicámara por burbujeo y el método de concentración por evaporación al vacío con película ascendente. La empresa japonesa Yawata Chemical Industry Company utiliza el método de combustión por inmersión para quemar materia orgánica en aguas residuales de tintes que contienen ácido clorhídrico diluido para obtener ácido clorhídrico al 13%, que luego se recicla y deshidrata con H2SO4 concentrado y se convierte en ácido clorhídrico concentrado. Esto no solo trata los desechos. , pero también recupera el ácido clorhídrico.
4.2 Recuperación de sales
Las aguas residuales de tintes contienen una gran cantidad de sal y pueden recuperarse mediante concentración e incineración. El método de concentración no puede eliminar la materia orgánica de las aguas residuales; aunque el método de incineración puede quemar materia orgánica como fuente de calor, como se mencionó anteriormente, es difícil de utilizar ampliamente debido a su alto costo.
4.3 Recuperación de materia orgánica
El proceso de producción de tinte producirá aguas madre residuales de alta concentración. Este tipo de líquido residual tiene una alta concentración de materia orgánica y sales inorgánicas y es difícil de procesar. Si los útiles pueden ser la extracción de materia orgánica y el reciclaje, tendrá buenos beneficios económicos y ambientales. Los principales métodos para la recuperación de materia orgánica incluyen: adsorción de resina, extracción con membrana líquida, extracción compleja y extracción por asociación de iones.
Una vez reciclada la materia orgánica, la concentración de contaminantes en las aguas residuales se reduce considerablemente y es fácil cumplir con los estándares de emisión después del tratamiento adecuado. Por lo tanto, este es un enfoque prometedor.
5 Resumen
En general, para las aguas residuales de la industria de tintes, es difícil utilizar un único método de tratamiento para que el efluente tratado cumpla con los estándares nacionales de descarga. Actualmente se utilizan generalmente métodos de tratamiento en dos etapas: métodos físicos y químicos más métodos bioquímicos, métodos bioquímicos más métodos de oxidación o métodos bioquímicos más métodos de adsorción. A medida que los recursos de la tierra se agotan cada vez más, hay cada vez más investigaciones sobre la tecnología de reciclaje de aguas residuales en el país y en el extranjero. La gente tiende a buscar tecnologías que no causen contaminación secundaria y puedan reciclar sustancias útiles en las aguas residuales para reemplazar las costosas actuales. tecnologías. tipo de método de procesamiento.