2-萘酚生产废水处理技术研究

论文总字数：16828字

摘 要

2-萘酚是重要的精细化学品，其生产废水主要含有2-萘磺酸、亚硫酸钠及其他无机盐。该生产废水色度深，可生化性差，COD极高，难以用生物法处理；由于2-萘磺酸水溶性高和强极性，该废水难以用一般的絮凝、萃取法得到有效处理。

本研究采用“树脂吸附—曝气氧化—Fenton氧化”三级处理技术，首先采弱碱阴离子交换树脂吸附其中的2-萘磺酸，其次对亚硫酸钠进行曝气氧化，最后进行Fenton氧化。利用树脂吸附实验得到的最佳实验条件是流速为2BV。树脂吸附后的废水通过第二道曝气氧化工艺得出的最佳氧化条件为温度35℃、pH=11、Fe² =0.2mol/L，该条件下可以完全除去废水中的亚硫酸钠。最终进行Fenton氧化，通过实验可以发现Fenton氧化最佳实验条件为pH=3.0，Fe² =4g/L，m(H₂O₂):m(COD)=2.5。在实验过程中采用“树脂吸附—曝气氧化—Fenton氧化”三道工序处理实际废水（原废水COD48100mg/L），经过处理后的最终COD达到195.8mg/L。实验证明该工艺处理效果很好，可以用于实际的工业处理。

关键词：2-萘磺酸 树脂吸附 曝气氧化 Fenton氧化

A STUDY ON THE 2-NAPHTHOL PRODUCTION

WASTEWATER TREATMENT

Abstract

2-Naphthol is the important fine chemical, the wastewater of 2-Naphthol mainly contained 2-naphthalene sulfonic acid and sodium sulfite. The wastewater color has deep color, poor biodegradability and extremely high COD. Besides, because it had strong toxicity and inhibitory to microorganism, so it was difficult to be treated Biological methods. Due to the high solubility and strongly polar, 2-naphthalene sulfonic acid，the wastewater can't be effectively treated by general flocculation and extraction methods. How to reasonably, economically treat 2 - naphthol production wastewater has been the important problem of industrial sewage treatment.

   In this research, We used “Resin Adsorption - Aerated Oxidation -Fenton oxidation" combined process. First, using weak base anion to exchange resin in the 2-naphthalene sulfonic acid, followed by aeration oxidation of sodium sulfite, and finally adopting Fenton oxidation. The optimum conditions for the Resin adsorption experiments was when flow rate is 2BV, under the condition, experiments have the highest removal rate of 2 - naphthalene sulfonic acid in waste water. After being absorbed by resin, the wastewater should get through the second process. and we got the optimum conditions of aeration oxidation was when T=35 ℃, pH = 11, Fe² =0.2mol/L, under this condition, the sodium sulfite of the wastewater can be removed completely. Eventually carried Fenton oxidation, the best conditions of the Fenton oxidation can be found through the experiment when pH = 3.0, Fe² = 4 g/L, m (H₂O₂): m (COD) = 2.5.

We used “Resin Adsorption - Aerated Oxidation -Fenton oxidation" tertiary treatment technology of actual wastewater treatment in the process of experiment, after that, the final COD could reach 195.8 mg/L. The experiment proved that the process has good treatment effect, and it can be used in the actual industrial process.

Keywords: 2 - naphthalene sulfonic acid resin absorption aeration oxidation Fenton oxidation

目 录

摘要

Abstract

第一章 绪论 1

1.1 2-萘酚生产废水概述 1

1.2 目前2-萘酚生产废水的处理方法 2

1.3本论文的研究意义及研究内容 6

第二章 实验材料和方法 7

2.1实验材料 7

2.2实验仪器与设备 8

2.3实验流程和方法 9

2.4实验分析方法 9

第三章 树脂吸附—曝气氧化—Fenton氧化实验 11

3.1树脂吸附柱实验 11

3.2 曝气氧化实验 12

3.3 Fenton氧化实验 14

3.4 拓展实验 16

3.5实际废水处理结果 17

总结 18

致谢 19

参考文献（References） 20

第一章 绪论

1.1 2-萘酚生产废水概述

2-萘磺酸是芳族磺酸酯的重要结构单元之一，用于各种合成染料，并可以制造防老剂、香料、有机颜料及杀菌剂等。而制造2-萘酚的废水中含有大量的2-萘磺酸、亚硫酸钠和其他无机盐等。近年来发现，2-萘酚的许多下游产品可而近年来随着感光材料及液晶材料的应用越来越广泛，2-萘酚的许多生产副产物也得到进一步利用^[1，2]，有着非常广泛的市场前景。2-萘酚在工业上的应用领域十分广泛，是一种重要有机原料，但是其生产废水也不容易处理，对环境影响较大，现阶段2-萘酚生产废水处理工艺的改进得到了广泛关注。而国内主要利用工业萘为主要原料生产精萘和2-萘酚。生产过程主要包括：工业萘精制和利用精萘生产2-萘酚。工业上精萘经磺化、水解、吹萘、中和冷却、吸滤、碱熔、稀释、酸化、煮沸、干燥、蒸馏、切片等一系列工艺流程制得，工艺过程多，流程长，产生的污染物多，一般生产每吨2-萘酚大约产生10吨废水^[3]。2-萘酚生产废水色度高，生物毒性大，且COD含量高，其中还含有大量的硫酸钠、亚硫酸钠、氯化钠等无机物，2-萘酚生产废水污染物十分复杂，且难以处理，据悉国内外曾有一些生产企业就因为废水污染问题难以解决而停产。由于2-萘磺酸工业废水处理问题上存在的巨大难题，许多学者对2-萘酚生产废水的特征及处理工艺进行了大量研究，并在该类废水的治理和综合利用上取得了较大的进展。目前针对这类废水的处理技术主要为：由于2-萘磺酸工业废水处理问题上存在的巨大难题，许多学者对2-萘酚生产废水进行了大量研究^[4]，并在该类废水的治理和综合利用上取得了较大的进展。

1.2 目前2-萘酚生产废水的处理方法

1.2.1氧化法

（1）湿式氧化法

湿式氧化法是指在高温和高压条件下，以空气中的氧气为氧化剂，在液相中氧化溶解或悬浮于水中的有机物或无机物，使有机有害物质转换为二氧化碳和水，达到处理目的^[5]。常规方法相比，湿式氧化法具有有适用范围广，去除效率高，氧化速率快，极少造成二次污染，易回收能量和有用物料等特点， ^[3]。 但是湿式氧化法要求在高温高压的条件下，这样的条件下对微生物的毒性很强，不适合处理生化性很高的废水。同时湿式氧化法由于在高温高压的条件下，对工艺系统设备要求比较高，同时投资大，操作管理难和运行费用高，从而难以得到广泛应用。目前，湿式氧化法主要应用在两大方湿式氧化在2－萘酚生产废水的应用中，可以是使其中的有机物分解，并使亚硫酸钠氧化成硫酸钠，以便回收^[6]。

（2）Fenton试剂氧化法

王春等^[7]用Fenton试剂预处理2－萘酚模拟废水，发现反应时间为40 min，初始pH=3.5， m（H₂O₂）/m（COD）=2，n（H₂O₂）/n（Fe² ）=12时，可使COD去除率很高。实验表明芬顿试剂氧化法可有效去除2－萘酚生产废水中的有机物。H₂O₂在Fe² 催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基,能氧化大多数有机物并使其降解，反应速度也很快.刘光明等^[8，9]通过实验证明了Fenton试剂与光照条件相结合的条件下可以大大提高有机物的降解速率，可以广泛用于废水处理，但是实际生产过程中H₂O₂消耗量大且其本身价格昂贵，不易保存， 导致Fenton试剂处理废水成本花费大，不适合工业生产^[8]。

1.2.2超声降解法

超声辐射降解水中有机物是利用超声辐射产生的空化效应^[10]将水中难溶解的有机污染物转化为环境可以接受的小分子。物质超声空化是声化学的基础，超声辐射条件下溶液容易形成高温高压条件，同时产生高氧化性能的活性基团，这些未配对电子的自由基可直接氧化水溶液中的有机物，使之快速降解。此外，液体在超声波辐射下产生空化气泡，其表层的，有利于化学反应速度的提高。

1.2.3浓缩法

浓缩法利用某些某些污染物在水中溶解度小的特点，将大部分水蒸发使污染物浓缩并分离析出的方法^[12，13]。2-萘酚生产废水中往往含有的大量硫酸钠和氯化钠，经过浓缩这些无机盐会产生盐析作用，促使2-萘磺酸钠析出 ^[3,5]。废水经浓缩后其中的水会大量减少，废水体积在冷却后低于原本体积的30％时其中的2-萘磺酸钠就会析出，而这时在吸滤过程中所得到的固体废物主要是2-萘磺酸钠，其回收量大约为50%。若此时对得到的废水进行进一步浓缩则可得到硫酸钠，相应的其中有机物的含量也会降低。

1.2.4树脂吸附法

（1）离子交换树脂吸附

离子交换树脂是带有可离子化基团的一类高分子材料，一般为颗粒状，且不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂。粒径一般为0.3 ~1.0mm。不同的离子交换树脂含有不同的可离子化基团，从而对溶质分子的吸附选择性也不同，主要分为阴离子吸附树脂和阳离子吸附树脂。离子交换树脂的去除有机物的机理是主要是离子间会存在静电引力，当废水中的有机物在酸性和碱性条件下形成阳离子或者阴离子，这些阴阳离子与树脂发生等量的离子交换，从而通过离子交换可以达到分离有机污染物的目的。李长海等^[14]用弱碱性树脂处理β-萘磺酸废水。证明了弱碱性树脂Indion860能够有效地分离β-萘磺酸废水，同时容易洗脱再生，是一种适合工业废水处理的优良树脂。

（2）吸附树脂吸附

吸附树脂是内部拥有许多分子水平的孔道，提供扩散通道和吸附场所。树脂本身由于依靠它和被吸附的分子之间的范德华力和氢键作用^[15]，具有吸附性，又因具有网状结构和很高的比表面积，而有筛选性能，能从溶液中有选择地吸附有机物质，达到分离有机污染物的目的。许多实验采用大孔树脂^[15~17]吸附处理这类废水。结果表明，大孔吸附树脂对废水中的萘磺酸钠具有一定的吸附效果。

1.2.5 络合萃取法

　　络合萃取法是利用溶质分子在不同的液体溶液中溶解度不同的特性，通过溶质分子的转移去除污染物的目的。实验室主要用胺类化合物进行络合萃取，因为胺类化合物可以与有机污染物中带有羟基、磺酸基等官能团的有机物形成络合物，而在碱性条件下，络合物又会分解，达到分离萃取剂和溶质分子的目的。萃取和反萃取反应式如下：

　　酸性

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