喬建芬 郭朝華 趙耀武

（1山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030013） （2中國日用化學(xué)工業(yè)研究院，太原 030001）（3安陽福士德化工機(jī)械有限公司，安陽 455000）

·工藝技術(shù)·

糠醛生產(chǎn)廢水循環(huán)利用新工藝分析

喬建芬1*郭朝華2趙耀武3

（1山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030013） （2中國日用化學(xué)工業(yè)研究院，太原 030001）（3安陽福士德化工機(jī)械有限公司，安陽 455000）

通過分析糠醛生產(chǎn)廢水的產(chǎn)生，比較不同廢水處理工藝的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性，提出了廢水循環(huán)利用新工藝方案。

糠醛生產(chǎn)；廢水治理；循環(huán)利用；效果

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級，國家對環(huán)境保護(hù)和污染治理的要求越來越高，尤其在節(jié)能減排和環(huán)保執(zhí)法方面更加重視。三廢能否達(dá)標(biāo)排放關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。采用玉米芯提取糠醛要產(chǎn)生大量工藝廢水，糠醛廢水的處理有多種辦法和措施，但多數(shù)不理想不徹底。經(jīng)過多年的實踐，我們將糠醛廢水回收變?yōu)檎羝h(huán)利用，可達(dá)到環(huán)保零排放的要求，又能為企業(yè)降低成本，增加效益，是糠醛生產(chǎn)企業(yè)治理污染的理想選擇。

1 糠醛生產(chǎn)廢水的產(chǎn)生

糠醛生產(chǎn)廢水來源于生產(chǎn)過程中初餾廢水和精制中和、洗鍋水，該廢水含有醋酸和糠醛等有機(jī)物，COD較高，按日產(chǎn)10 t糠醛、原液質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.9%，精制廢水按噸醛0.3 t計，則日產(chǎn)廢水=（10÷0.059）＋（10×0.3）＝172.5（t），pH 值 3 ～ 4，溫度80℃～90℃。

2 不同廢水處理工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)性比較

2.1 糠醛生產(chǎn)廢水治理工藝路線

目前，環(huán)保部門認(rèn)可的糠醛生產(chǎn)廢水治理工藝主要有生化法和循環(huán)利用法。物理化學(xué)法處理效果因COD仍在400 mg/L以上，達(dá)不到排放要求。

2.2 生化法處理工藝

2.2.1 工藝介紹

該工藝是將90℃的廢水降溫后，加堿中和至中性，然后進(jìn)入上流式厭氧污泥反應(yīng)器由厭氧菌進(jìn)行分解其中的部分有機(jī)酸，再進(jìn)入裝有曝氣系統(tǒng)的好氧池由好氧菌進(jìn)行生物接觸氧化，分析合格后進(jìn)入沉淀池和濾渣池。廢水分析合格后才可外排。污泥定期清理外運(yùn)。

2.2.2 工藝流程

2.2.3 生化法的優(yōu)缺點

生化法工藝采用厭氧好氧細(xì)菌分解處理，在嚴(yán)格工藝操作和準(zhǔn)確分析條件下能夠達(dá)到合格排放的要求，但其存在以下幾方面的缺點：①建設(shè)周期長，占地面積大。建設(shè)周期一般需3個月左右，占地面積需400 m2～600 m2，處理過程不易控制。②處理程序和工藝復(fù)雜、分析指標(biāo)多、處理費(fèi)用大。需要購買燒堿、厭氧菌、好氧菌。熱量損失大，每噸廢水損失293 MJ熱量。③菌群繁殖和生存條件要求高，尤其在冬季，一旦菌群因操作不慎造成大量死亡，需重新購買菌種，重新培養(yǎng)，嚴(yán)重的造成廢水超標(biāo)排放，影響生產(chǎn)。④菌群培養(yǎng)時間長，好氧菌需培養(yǎng)3個月，厭氧菌需培養(yǎng)1個月，才能發(fā)揮分解處理功能。⑤土建設(shè)施需嚴(yán)格防滲施工，一旦滲漏，將造成成菌種流失，需重新防滲處理和購買菌種，造成浪費(fèi)。⑥年產(chǎn)3 000 t糠醛，污水處理設(shè)施需投資130萬元，且運(yùn)行費(fèi)用偏高，僅中和1噸廢水，至少需要13 kg燒堿。

2.3 廢水循環(huán)利用新工藝

2.3.1 工藝介紹

廢水循環(huán)利用新工藝是結(jié)合糠醛生產(chǎn)特點總結(jié)出來的有效辦法，利用生產(chǎn)余熱對90℃的廢水再加熱，利用蒸汽對預(yù)熱廢水蒸發(fā)，將廢水變?yōu)榉仙a(chǎn)需要的二次蒸汽直接用于水解生產(chǎn)，達(dá)到在糠醛水解生產(chǎn)內(nèi)部的循環(huán)利用，且通過自控系統(tǒng)控制，確保二次蒸汽的質(zhì)量。

2.3.2 工藝流程

2.3.3 工藝特點

該工藝有效克服了生化法處理的弱點，而且充分發(fā)揮了有利于糠醛生產(chǎn)的優(yōu)點。①安裝速度快，設(shè)備占地面積小。安裝時間僅需15 d，占地面積40 m2～60 m2。②廢水變蒸汽用于生產(chǎn)，廢水不外排，處理完全徹底，達(dá)到零排放。③有效利用余熱，將余熱變?yōu)樯a(chǎn)需要的熱能，節(jié)省燃料。直接利用生產(chǎn)余熱將90℃的廢水加熱到120℃。蒸汽冷凝水可提高鍋爐供水水溫，利于穩(wěn)定鍋爐氣壓，節(jié)省燃料，利于生產(chǎn)穩(wěn)定。④軟水和廢水循環(huán)利用，減少了地下水用量和軟水耗鹽量，節(jié)水、節(jié)電、節(jié)鹽。⑤廢水蒸氣中的醋酸直接參與反應(yīng)，節(jié)省部分硫酸；廢水中的糠醛重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)，可回收部分糠醛。⑥用水解汽預(yù)熱廢水，相當(dāng)于增加原液冷凝換熱面積，有利于提高糠醛收率和產(chǎn)量。⑦該工藝設(shè)計有自動清洗系統(tǒng)，可有效防止因結(jié)垢影響換熱效果。⑧該工藝設(shè)計為自動化操作，安全性高，節(jié)省人力，運(yùn)行過程中不需要化學(xué)原料和分析藥品。⑨二次蒸汽和一次蒸汽壓差0.1 MPa～0.2 MPa，能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。⑩年產(chǎn)3 000 t糠醛需投資280萬左右，運(yùn)行成本較低。

鑒于上述比較分析，廢水循環(huán)利用工藝更加符合糠醛生產(chǎn)的特點和要點，能夠達(dá)到環(huán)保要求的廢水零排放，符合企業(yè)要求的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性原則。

3 廢水治理方案

3.1 工藝廢水總量

工藝廢水包括初餾廢水和精制廢水。該公司經(jīng)過技術(shù)改造，糠醛日產(chǎn)量由原來的6 t提高到10 t，糠醛原液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.9%，每噸醛精制廢水為0.3 t，則工藝廢水日總量為=（1÷0.059） ×10+10×0.3＝172.5 t。

3.2 工藝廢水處理方式

工藝廢水中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)約2%的醋酸，醋酸是糠醛生產(chǎn)中的催化劑，使用廢水拌酸用于水解生產(chǎn)過程，即可節(jié)約部分硫酸消耗，又節(jié)省資源。根據(jù)糠醛生產(chǎn)工藝特點，采取以下處理方法：172.5 t廢水中的34.5 t用于水解拌酸用水；另外138 t廢水采用循環(huán)利用法生產(chǎn)二次蒸汽重新回用于水解生產(chǎn)，減少地下水用量，節(jié)約水資源。

3.3 工藝計算

3.3.1 計算依據(jù)

糠醛日產(chǎn)量10 t，原液質(zhì)量分 數(shù)5.9%，醛汽壓力0.4 MPa，溫度142℃，廢水日產(chǎn)量172.5 t，溫度90℃，其中138 t實行蒸發(fā)循環(huán)利用。

鍋爐蒸汽：壓力1.0 MPa，179.04℃，沸騰水的焓757.7 KJ/kg，潛熱2 015.5 KJ/kg。

二次蒸汽：壓力0.8 MPa，溫度169.61℃，沸騰水的焓716.7 KJ/kg，潛熱2 085.8 KJ/kg。

不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)1 500，溫差4.93℃。

廢水每小時流量5.75 t（日廢水量138 t）。

3.3.2 熱力學(xué)計算

a） 加熱5.75 t廢水需熱量：Q1＝1 476.3 MJ/h；

b） 生產(chǎn)5.75 t蒸汽需熱量：Q2＝11 993.2 MJ/h；

c）則需換熱面積：

熱損按6%計，實際需蒸汽量為：

6.46×（1＋6%）＝6.84（t）

e）蒸汽冷凝熱水?dāng)?shù)量為：

6.84×85%＝5.82（t）

f）由計算可知：此工藝每小時多耗蒸汽1.09 t，蒸汽冷凝水比二次蒸汽每小時多0.07 t。生產(chǎn)系統(tǒng)水汽基本平衡。

4 效果評估

結(jié)合已運(yùn)行生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)驗，該工藝可以達(dá)到以下處理效果：

a）操作系統(tǒng)自動控制，廢水閉路循環(huán)重新利用，完全實現(xiàn)工藝廢水零排放，達(dá)到環(huán)保要求。

b） 回收部分糠醛，節(jié)省鹽、硫酸、電、水。每年節(jié)水4萬t，節(jié)鹽102 t，節(jié)硫酸80 t，糠醛增產(chǎn)110 t。

c） 節(jié)省化學(xué)原料（生化法每噸廢水需13 kg燒堿）、分析費(fèi)用和人力成本。

5 投資及回收

根據(jù)該項目設(shè)備材質(zhì)要求、處理規(guī)模，投資金額需280萬元，正常運(yùn)行2年內(nèi)可收回投資。

［1］ 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院.化工工藝設(shè)計手冊（上）［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.

［2］ 劉愛民.化工單元操作技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2007：56-63.

［3］ 王紹良.化工機(jī)械設(shè)備［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：188-199.

Study on noveltechnology offurfuralwastewater recycling

QIAOJian-fen1*GUOChao-hua2ZHAOYiao-wu3
1（Shanxi light industrytechnical college，Taiyuan 030013，China）2（China research institute ofdailychemical industry，Taiyuan 030001，China）3（Anyangfushide chemical machineryCo.,Ltd.,，Anyang 455000，China）

Sources and production of furfural wastewater were investigated.The economic technological analysis on different wastewater treatments were carried out.Novel technologyoffurfural wastewater recyclingwas provided.

furfural technology；wastewater treatment；recycling；effect

TS275.1

A

1673-6004（2011）04-0033-03

*喬建芬，女，1966年出生，1987年畢業(yè)于天津輕工業(yè)學(xué)院（現(xiàn)天津科技大學(xué)）化學(xué)工程專業(yè)，碩士，副教授。

2011-10-23