石化腈纶废水的组分分析研究

林 敏，梁 晶，伞田田

(南京科技职业学院，江苏 南京 210048)

石化腈纶废水的组分分析研究

林 敏，梁 晶，伞田田

(南京科技职业学院，江苏 南京 210048)

针对腈纶废水难以处理达标的问题，利用德国GERSTEL一体化预处理平台对水样进行预处理，并采用美国Agilent气-质联用设备（GC-MS）对废水中的主要污染物进行了分析，最终发现该废水中含有10种主要污染物，30%为杂环类化合物，50%为芳香族类化合物，20%为直链脂肪族类化合物，因此该废水总体属于难降解类废水，成分的精确分析为废水处理工艺的选择提供了科学的保障。

腈纶废水;组分分析; GC-MS

0 引言

目前我国腈纶厂生产工艺路线主要包括干法和湿法两种工艺路线，两种路线所产生的废水有机物成分复杂，难以处理，如何对进行有效的是环保学者高度关注的问题。

腈纶废水在预处理方面主要是去除难生物降解物质，提高废水的可生化性，为后续生化处理做准备，主要有物理化学法，如混凝、内电解、气浮、高级氧化、超声波、膜过滤等。在腈纶废水的生化处理研究方面，近年来学者一方面是培养驯化高效降解菌或活性污泥来有效的降解废水中的有机物；另一方面是消除或减少对生化降解不利的影响因素，如硫酸根离子的去除，提高生化降解的效率；此外考察合适的处理工艺，去除废水中的有机物[1]。

预处理一生化处理对腈纶废水的处理虽然有一定的效果，但无论是实验室试验研究还是实际工程应用，很难使腈纶废水最终处理出水值达到国家的一级排放标准，值始终然居高不下，原因就在于腈纶废水中复杂有机污染物过多，充分分析废水有机物的成分，是进行下一步深度处理的关键因素。

1 实验材料和方法

1.1 实验用水

腈纶废水取自某石化企业腈纶事业部湿法腈纶车间，取样点位设在车间排污管口处。取样过程严格按照相关标准进行操作。考虑到腈纶废水中可能存在的光解物质，因此将所取水样盛于棕色试剂瓶中，瓶塞使用锡纸包裹，避免水样受到污染。

1.2 实验分析装置及条件

美国安捷伦（Agilent）7890A/5975C型GC-MS气-质联用仪，数据处理（工作站）：E.02.02.1431。德国Gerstel TDUCIS4多功能全自动样品前处理平台

1.2.1 GERSTEL TDU-CIS4分析条件

将水样通过GERSTEL TDU-CIS4，初温50℃，然后以20℃/min升至200℃保持10min；不分流模式，载气流速为20mL/min,初温为-48℃（冷凝聚集温度），平衡0.2min，然后以12℃/s升至220℃保持10min。

1.2.2 GC-MS气-质联用仪分析条件

（1）GC条件：色谱柱选用DB-5毛细安捷伦色谱柱（60m×0.32 mm×1.0μm）,He为载气，升温速率为12℃/ min，保持4min,气化器工作温度为280℃，进样量为1μL.

（2）MS条件：电离方式为EI，电子轰击能量为70eV,充电倍增管电压为500V，扫描质量为50-500u,扫描时间为1s。采用的升温程序是40℃保持3min，再以8℃/min的升温速率升高到270℃，保持5min。

2 样品分析步骤

2.1 样品预处理

将水样通过GERSTEL TDU-CIS4，在上文所述的分析条件下进行初步的预处理，然后样品自动进样至Agilent 7890A/5975C型GC-MS联用仪。

2.2 测定样品

GC-MS联用仪仪器开机2个小时后进行调谐，然后设定柱模式后，选择进样方式为不分流方式，在空白框内输入进样口的温度为220℃，然后选中左边的所有方框。选择隔垫吹扫流量模式标准，输入隔垫吹扫流量为3mL/min。选中柱箱温度为开左边的方框；输入柱子的平衡时间为0.25min。

编辑扫描方式质谱参数和采集数据，数据分析后右键双击质谱图，得到此化合物的名称。

3 废水分析结果

按照上述的样品分析步骤，对水样成分进行分析，在不同的停留时间得到不同的图谱，结果如下图1所示。对图1中的各种成分查阅标准图谱，得出各种有机污染物的CAS号和相应的命名,结果如表1所示。

经过GC-MS的分析后，可以看出，在腈纶废水中30%为杂环类化合物，50%为芳香族类化合物，20%为直链脂肪族类化合物。从化学稳定性上来讲，芳香族类化合物由于苯环键长较平均，且可以产生共振结构,能量低,从而化学性质比较稳定，难以进行化学反应，生物降解的可能性也比较小。图1和表1中的b、c、f均为杂环类化合物，由于有N等原子取代了苯环上C原子，环上各原子的电子云密度升高，杂环的活化性增强，因此这类物质比芳香族化合物的化学稳定性差，也更易通过氧化催化反应进行降解，但仍不能被重铬酸钾氧化，按照国标法的COD监测方法也不易检出，从生化降解性能上讲，仍属于难降解类物质。

图1和表1中的a和d均为直链脂肪烃，化学活性高，分子量较小，易于生化降解。

综合来说，腈纶废水中易于生化降解的物质不多，80%为难降解类物质，因此在处理工艺的选择上，直接的生化反应并不能有效的去除腈纶废水中的污染物。

选择的预处理技术，无论上高级催化氧化还是其他方法，都必须要针对分析出来的芳香族类和杂环类物质的化学性质，有的放矢，才能达到最佳的处理效果。

4 结语

（1）利用GERSTEL TDU-CIS4预处理平台和Agilent 7890A/5975C型GC-MS气质联用仪分析出腈纶废水中主要含有乙基（3,3-二甲基丙烯基）醚、胞嘧啶、4-氨基-6-羟基嘧啶、2-壬烯-4-酮、邻苯二甲酸二乙酯、2,5-二甲基-3-戊基吡嗪、2-甲基-4-甲氧基苯胺、(3,6-二甲基-3,6-二氢-2H-吡喃-2-基)-3-羟基异苯并呋喃-1-(3H)-酮、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸正丁异辛酯等10种主要污染物。

（2）经分析得出，在腈纶废水中30%为杂环类化合物，50%为芳香族类化合物，20%为直链脂肪族类化合物，因此，腈纶废水属于难降解废水，必须采用合适的预处理技术对芳香族和杂环类物质进行处理后，才能采用生化处理法，腈纶废水的处理也才有可能达标。

图1 腈纶废水成分GC-MS分析结果图

表1 腈纶废水组成成分分析结果

f 56617-69-7 2,5-二甲基-3-戊基吡嗪g 102-50-1 2-甲基-4-甲氧基苯胺h 1005283-88-4 (3,6-二甲基-3,6-二氢-2H-吡喃-2-基) -3-羟基异苯并呋喃-1-(3H)-酮i 84-66-2 邻苯二甲酸二乙酯j 84-78-6 邻苯二甲酸正丁异辛酯

[1] 常风民，蒋进元，王俊钧，等.高效液相色谱法测定腈纶废水中的特征污染物[J].环境科学与技术，2010，33（9）.

[2] 张立东，李杰，王亚娥，等.生化去除腈纶废水中氨氮的效果研究[J].中国给水排水，2015（19）：53-56.

[3] 魏健，宋永会，赵乐.MBR处理腈纶废水的效能及微生物群落结构分析[J].环境科学，2014（12）：4610-4617.

[4] 高靖雯，魏亮亮，赵庆良，等.Fenton法深度氧化湿法腈纶废水二级生化处理出水[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2014（1）：63-68.

[5] 张艳梅.高效菌强化腈纶废水生化处理效果试验研究[D].兰州交通大学，2015.

[6] 王玉磊.某腈纶场污水处理提标改造技术方案研究[D].兰州交通大学，2014.

Study on composition analysis of acrylic fiber wastewater

Lin Min, Liang Jing, San Tiantian
(Nanjing Polytechnic Institute, Nanjing 210048, China)

Aiming at the problem that acrylic wastewater could not meet the standard, the pretreatment of water sample was carried out by GERSTEL integrated pretreatment platform, and the main pollutants in the wastewater were analyzed by GC-MS. It was found that the waste water contained 10 main pollutants, 30% heterocyclic compounds, 50% aromatic compounds and 20% linear aliphatic compounds. Therefore, the wastewater belongs to refractory wastewater, Accurate analysis for the wastewater treatment process selection provides a scientific guarantee.

acrylic fiber wastewater; component analysis; GC-MS

江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目；项目编号：201512920026H。

林敏（1992— ），女，江苏南通人，研究方向：污染治理。