純水設備保養(yǎng)：吸附樹脂的背景及結構性能
1吸附樹脂的背景及結構性能
吸附樹脂就是樹脂吸附劑，離子交換樹脂的基礎上發(fā)展起來的20世紀70年代，隨著大孔離子交換樹脂的發(fā)展，大孔吸附樹脂應運而生。吸附樹脂是一種不含離子交換基團的高交聯(lián)度體型高分子珠粒，其內部擁有許多分子水平的孔道，提供擴散通道和吸附場所。特別是新型樹脂的問世，使其在農藥，醫(yī)藥，化工和廢水處置等方面獲得極有價值的應用。
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,強度好,可以重復使用。特別是可以針對不同的用途, 純水設備保養(yǎng)設計樹脂的結構,因而使吸附樹脂成為一個多品種的系列,多個重要領域顯示出優(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、農藥廢水、染料廢水是難于治理的幾種有機污水。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)廢水中的應用
2.1樹脂吸附法處置磺胺脒生產廢水
磺胺脒生產廢水一般呈黑紅色,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和未知反應發(fā)生的少量有機物。
許月卿等以江西某化工廠磺胺脒生產廢水為例,針對該廢水的生產特點,研究了利用大孔吸附樹脂處置磺胺脒生產廢水的工藝流程及其最佳工藝條件,并對廢水治理的經濟效益進行了評估。
多次試驗結果標明,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溶液進行解吸,約用3倍樹脂體積的解吸劑就達到完全解吸,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廢水能有效地回收磺胺和硝酸鈉,帶來客觀的經濟效益據對該工廠的調查,每生產1t磺胺脒產生315m3廢水,按1m3廢水計算如下:本研究磺胺的回收率是86%,預期大型生產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磺胺脒生產廢水可回收磺胺(SN1318kg,NaNO321815kg,同時能大幅度減少廢水中所含物質對環(huán)境的污染，經上述工藝處置后的廢水經石家莊市環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測,依據《污水綜合排放規(guī)范》GB897821996,廢水中COD去除率達86%,全鹽量減少95%,環(huán)境效益顯著.
該處理工藝技術可行、操作簡單、運行利息低、環(huán)境和經濟效益顯著,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廢水
水楊酸甲酯又名冬青油，自然界廣泛存在鹿蹄草、小當藥油的主要成分。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、溶劑和精細化學品中間體。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行酯化反應而得。目前我國多數廠家均采用間歇反應過程，需在高醇酸比、高硫酸用量的條件下進行，除了生成目標產物水楊酸甲酯以外還生成少量副產物5-磺基水楊酸，并發(fā)生大量高濃度有機廢水，該廢水至今未能有效治理，造成了嚴重的環(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廢水，廢水經預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。該實驗經篩選優(yōu)選NDA -99樹脂處置該廢水。
實驗結果標明，NDA -99樹脂吸附-脫附性能穩(wěn)定，可去除大部分的有機污染物，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，機械強度良好。廢水試樣經樹脂吸附處置后，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,低溫條件下經磺酰化、堿中和和胺基化,最后經酸解反應而制得。純水設備保養(yǎng)生產過程中發(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廢水進行動態(tài)吸附處置,研究影響吸附的各種因素。結果顯示,該樹脂對廢水中濃度達14000mg/L吐氏酸及其前體具有良好的吸附能力,廢水經串聯(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,解吸效率達到98%,精餾解吸液回收的吐氏酸及其前體可返回生產車間,處置后廢水經生化處置即可達到排放規(guī)范。
2.4超高交聯(lián)吸附樹脂處置有機化工廢水研究
2.4.1新型超高交聯(lián)吸附樹脂開發(fā)及去除水中有機物研究
近年來,國內外學者在新型超高交聯(lián)吸附劑的合成方法、機理研究和應用方面取得了很多創(chuàng)新性效果。TsyurupaMP等研究標明超高交聯(lián)聚苯乙烯比一般大孔網狀聚合物對油脂、苯酚、氯代苯酚、染料、脂肪酸等具有較高的吸附量,對其它結構中有疏水作用的有機物也都有較好的吸附效果。這類吸附劑對脫附劑的適應能力較強,通�？捎脽崴⒄魵�、有機溶劑、酸堿溶液等進行再生。
對各種化學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,樹脂結構表高交聯(lián)樹脂的方向之一。例如,樹脂結構外表引入羥甲基和苯甲酰基團,或用乙�；袜忯然郊柞；鶊F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樹脂用卟啉進行修飾后,得到一種新型化學修飾高分子吸附樹脂。由于在樹脂結構中引入卟啉分子后,增強了吸附劑與吸附質之間的π-π作用,這種化學修飾樹脂對苯酚、氯代苯酚的吸附能力大大增強。
2.4.2處置有機化工廢水中的應用研究
近年來,國內在樹脂吸附法去除有機化工廢水中各種有機物方面做了很多理論和應用研究工作。南京大學環(huán)境學院有用超高交聯(lián)吸附樹脂CHA -111處置五氯酚鈉生產廢水。廢水中五氯酚鈉含量為1000015000mgPL,CODcr約11000mgPL;廢水經樹脂吸附處置,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總去除率≥80%;脫附液經酸化后可回收五氯酚,實現(xiàn)了廢水中原料的資源化。
大量的研究工作標明,超高交聯(lián)樹脂吸附法處置有機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,廢水中有機物濃度從幾個到幾萬毫克升,以及極性有機物和非極性有機物均可用此法進行處置,并且亦適應用于非水體系中;
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,運行費用低,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工業(yè)廢水是一項非常實用的污染治理技術,特別適合于組分相對單一的高濃度有機化工廢水的處置,能夠實現(xiàn)廢水治理與資源回收相結合,必將有著更廣闊的應用前景。
3結語
吸附樹脂在工業(yè)廢水處置中的應用還有很多，純水設備保養(yǎng)發(fā)展還深遠影響極大地促進了相關學科和應用領域的發(fā)展。如上所述,環(huán)保領域的應用,極大地提高了處置工業(yè)廢水的技術水平。發(fā)展至今,不只多孔樹脂的品種增多、質量提高、應用規(guī)模和范圍大大地擴展,其在醫(yī)藥、食品添加劑、化工催化、科學技術和國民經濟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鍵技術,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專題討論會”.有關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性的意見與建議.建議從以下三個方面入手:
1加強大孔樹脂吸附基礎理論的研究,發(fā)展平安高效的吸附劑.
2加強對大孔樹脂從生產到應用各環(huán)節(jié)的監(jiān)控.對大孔樹脂的生產,應從生產原料和制造工藝技術的優(yōu)化來改善產品的質量.對食品、醫(yī)藥等應用行業(yè),可以采用“良好生產規(guī)范”GMP和“危害分析與關鍵控制點”HA CCP管理技術,解決生產和流通中的品質控制問題.
3發(fā)展樹脂殘留物、裂解物或其它相關有害物質的快速檢測技術,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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