PTA精制废水处理工艺的优化

於扣红，冒永生

(中国石化仪征化纤股份有限公司PTA生产中心，江苏仪征 211900)

PTA精制废水处理工艺的优化

於扣红，冒永生

(中国石化仪征化纤股份有限公司PTA生产中心，江苏仪征 211900)

阐述了PTA精制废水处理工艺即萃取-超滤-反渗透系统的原理以及该系统的运行情况及出现的问题;分析了反渗透膜受损机理，并通过实验提出了解决方案;通过吸附操作来处理废水中少量的PX，以达到保护膜的作用，从而优化了废水处理工艺;通过实验论证了方案的可行性。

PTA 精制废水 膜 吸附

精对苯二甲酸(PTA)在精制过程中会产生大量的废水，废水中含有少量对甲基苯甲酸(PT酸)、PTA、Co、Mn等金属离子以及微量其它有机物，目前都排入水处理装置进行处理。PT酸是对苯二甲酸(PX)氧化生产PTA的中间体，可作为原料进一步氧化成为产品PTA;Co、Mn等金属是氧化过程的催化剂主要成分，其价格十分昂贵。因此，将精制废水直接处理排放，不仅增大了水处理负荷与费用，同时也造成了资源的极大浪费。生产废水处理回用，不仅可减少水的排放，同时还可回收有用资源，是从源头上减少污染的清洁生产技术，是化工生产的发展趋势。

1 PTA精制废水处理工艺的投用情况及问题

1.1 投用情况

目前，仪征化纤PTA生产装置采用萃取-超滤-反渗透的组合膜分离方法来除去金属离子和有机杂质。废水先经预处理后使水中的PT酸含量下降，然后经初滤除去水中的固体悬浮物，再送入超滤装置，将超细的固体颗粒和可能存在的微量大分子有机物截留。透过液再经反渗透分离将水中的金属离子脱除。经反渗透后的水可回用于打浆。超滤器的浓缩水取出部分回收Co金属离子。具体工艺流程如图1所示。

1.2 存在的问题

该系统运行初期能够达到预期效果，在现场经过连续运行一段时间后，虽然每周1次用脱盐水进行清洗，但是通过研究分析数据，发现废水中的PX含量没有明显的变化，与进该系统前含量相当，没有达到预期效果。

2 原因分析

通过将使用过的反渗透膜洗净烘干，进行电镜扫描分析，其电镜扫描图如图2所示。由图2中可以清楚看出，反渗透膜表面有裂缝和溶解溶胀现象发生，说明反渗透膜表面已被机械损坏。通过对膜损坏的原因进行分析，发现是由于萃余相中溶有少量的PX进入超滤-反渗透膜系统，而反渗透膜材质是聚酰胺，聚酰胺是不耐PX的，因此造成膜的损坏。

3 解决方案

通过实验证明反渗透膜不能截留PX分子，反而被PX污染，使得PTA精制废水处理系统达不到预期效果。与某科研院校共同对膜进行了进一步的研究和分析，认为通过吸附操作新工艺对废水中少量的PX来进行处理，可以有效地解决问题，并为后续超滤-反渗透工作做准备。

通过与膜生产厂家沟通交流，目前尚无工业化的耐PX反渗透膜，因此需在废水进入超滤-反渗透膜之前将少量的PX除去。实验研究发现，采用吸附的方法可以有效地除去少量的PX。因此，考虑在萃取与超滤-反渗透之间加入吸附操作，以除去少量的PX，即采用萃取-吸附-超滤-反渗透工艺处理PTA废水。

图1 废水处理回用工艺流程

图2 反渗透膜的电镜扫描图

4 优化工艺的可行性分析

超滤-反渗透中试部分前期已经运行过，刚开始截留效果良好，但随着运行时间的延长，发现反渗透膜对PX、有机酸及Co、Mn金属离子的截留能力不断下降，且反渗透膜破坏严重。这是由于萃取后萃余相中含有的少量PX损坏超滤-反渗透膜所导致的。因此拟采用吸附方案除去废水中的少量PX，即采用萃取-吸附-超滤-反渗透工艺。吸附方案流程如图3所示。

此方案是根据实验室的实验结果提出的。首先通过静态实验进行吸附剂的筛选，取各种吸附剂各0.04 g，置于50 mL锥形瓶中，加入浓度为170 mg/L的PX水溶液57 g，在温度为40℃，转速为100 r/min条件下于恒温水浴振荡器内振荡24 h，此时吸附剂已吸附平衡。取样加5.7 g甲苯萃取0.5 h，取上层1 μL进行色谱分析，测定其平衡浓度Ce，并计算PX平衡吸附量Qe(见式(1))，实验结果如表1所示。

式中:Qe为平衡吸附量，mg/g;

C0为初始溶液中PX浓度，mg/L;

Ce为吸附平衡时溶液中PX浓度，mg/L;

V为溶液体积，L;m为吸附剂质量，g。

表1 不同吸附剂对PX的吸附结果

从表1中可以看出，在同样的条件下，KC-8活性炭的吸附效果最好，故选KC-8活性炭进行后续的动态实验研究。

采用玻璃制作的固定床，其尺寸为内径6 mm，长1 m，装填10.5 g左右的KC-8活性炭。实验室中分别考察了废水(PX浓度为170 μg/g)，流量为35 mL/min、50 mL/min时的吸附情况，其穿透曲线如图4所示。实验过程中废水原料预热温度为45 ℃，吸附柱保温45℃。

图3 PX吸附装置流程图

图4 PX吸附穿透曲线

从图4中可以看出，当流量为35 mL/min(空塔流速:0.020 6 m/s)时，3.5 h 出现穿透点(初始浓度的5%)，15 h完全穿透;流量为50 mL/min(空塔流速:0.029 5 m/s)时，2.5 h 出现穿透点，11.5 h 完全穿透。完全穿透时，吸附柱内吸附PX量如式(2)所示:

式中:Qt为PX吸附量，g/g;

t为时间，min;V为流量，mL/min;

C0为废水的初始浓度，μg/g;

Ct为t时刻出口处PX浓度，μg/g;

m为KC-8的质量，g。

按式(2)分别计算流量为35 mL/min、50 mL/min时，完全穿透时PX的吸附量，结果如表3所示。

表3 动态吸附PX的吸附量

根据实验室小试实验结果，对于工厂处理80 t/h的废水，只需要吸附塔直径D=1.2 m，高度H=5 m，装填活性碳质量为W=2 170.368 kg。具体计算如下。

a)塔径

以废水在固定床内的流速u=0.02 m/s来计算，处理量为80 t/h(80 m3/h)，其塔径为:

b)塔高

以活性炭吸附能力0.2 g/g KC-8计，假设固定床穿透(塔出口处废水中能检测到PX)时间为36 h，原料废水中PX浓度为60 μg/g，则36 h中原料废水中PX的总质量为:

80000×36×60×10-6=172.8 kg

则吸附这些PX所需活性炭的质量为:

吸附塔中活性炭装填密度(根据小试结果)为:

吸附床的高度为:

根据上述计算结果，可以将固定床设计为直径D=1.2 m，高度H=5 m，所需吸附固定床高径比是合理的，在工业上很容易实现，故PX吸附项目是可行的。

5 结论

a)通过实验研究，确定KC-8活性炭可作为有效回收PTA废水处理工艺中少量PX的吸附剂。

b)小试实验数据表明，吸附方案是可行的。通过设计计算，处理80 t/h的废水，所需吸附塔直径D=1.2 m，高度H=5 m，操作时采用一吸一脱的切换流程。为了搞清吸附脱附过程的放大效应，进行废水处理量为10 t/h的吸附-脱附中试试验是非常必要的，为后续的工业化提供了更为详实的基础数据。

The optimization of PTA purificatioin wastewater handling process

Yu Kouhong，Mao Yongsheng
(Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd.，PTA production Center，Yizheng Jiangsu 211900，China)

Elaborate the principle of the PTA refining wastewater＇s recycling system，operational condition and existing problem of the system;to analyze the principle of impaired reveise osmosis membrane，through expriments put forward solution;through adsorption operiation handle a little PX of waste water，in order to achieve effect of protection the membrane.

PTA;refining wastewater;membrane;adsorbent

TQ245.12;X703

B

1006-334X(2012)02-0044-04

2012-02-09

於扣红(1967-)，男，江苏兴化人，高级工程师，主要从事PTA技术开发及管理工作。