ОПТИМИЗАЦИЯ КОНДЕНСАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОГО СПОСОБА ДЕФЕНОЛЯЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ УТИЛИЗАЦИЕЙ ПРОДУКТОВ ОЧИСТКИ
С.H.Лящук, Т.Ф.Дорошенко, И.В.Романенко, Г.И.Жерякова
Институт физико-органической химии и углехимии им.Л.М.Литвиненко Hациональной академии наук Украины 83114, г. Донецк,
ул.Розы Люксембург, 70
Ухудшение экологической ситуации в промышленных регионах Укра-ины и странах СНГ вызвано рядом причин, из которых наиболее значимым является не только возрастание темпов промышленного производства, но и увеличение масштабов накопления отходов, загрязняющих окружающую среду, а также значительный износ существующих на предприятиях систем очистки. В связи с этим, а также ужесточением требований к качеству природоохранных мероприятий в рамках европейского экологического мо-ниторинга все большую актуальность приобретает интенсификация работ по решению проблем охраны окружающей среды, в частности, очистке про-мышленных стоков с утилизацией продуктов очистки. Поэтому создание широкого арсенала методов очистки, позволяющих найти комплексное решение с учетом многообразия загрязняющих компонентов является нас-тоятельной потребностью сегодняшнего дня.
Фенолсодержащие сточные воды принадлежат к числу наиболее рас-пространенных в промышленном производстве. К основным производст-вам, которые являются источниками загрязнения вод фенолами относятся: коксохимия, газификация углей, переработка сланцев, получение синтети-ческих фенолов и феноло-формальдегидных смол. При этом концентрация фенолов в сточных водах варьирует в широких пределах (от нескольких миллиграммов до десятков граммов на литр).
Фенолы, будучи весьма токсичным загрязнителем (для фенола ПДК в воде составляет 0.001 мг/л), являются в то же время важными и дефицит-ными компонентами органического синтеза. Поэтому из концентрирован-ных фенольных сточных вод экономически более выгодно извлекать фено-лы или переводить их в малотоксичные продукты, которые могут найти дальнейшее применение, а не просто уничтожать их, подвергая деструкции путем термического разложения, биохимического окисления и др. К сожа-лению, из концентрированных фенолсодержащих стоков не всегда возмож-но извлечь чистый фенол. В первую очередь это касается надсмольных вод производства феноло-формальдегидных смол. Такие воды, кроме фенола, как правило, содержат большой процент фенолоспиртов, водорастворимых олигомеров, красителей, механических примесей.
В основе разработанного конденсационно-химического способа дефе-ноляции надсмольных вод лежит способность фенола вступать в реакцию поликонденсации с участием альдегидов. Способ заключается в обработке сточных вод формальдегидом в кислой среде с добавкой дополнительного реагента - мочевины. Это позволяет углубить конденсацию фенола и фор-мальдегида и увеличивает глубину дефеноляции. При этом наряду с фенолом в реакцию вступают и удаляются фенолоспирты, альдегиды, красители, олигомерные полупродукты. Способ дефеноляции оптимизиро-вали для максимального извлечения фенола из воды. Было показано, что оптималь-ной является температура 95-100 °С, что позволяет завершать процесс в течение 2 часов, хотя, в принципе, возможно применение и более низкой температуры, вплоть до комнатной (таблица 1).
Таблица 1. Степень дефеноляции при Т = 22 оС, соотношение (в молях)
фенол:мочевина:формальдегид = 1:3:6, рН = 2
N
пп
Время реакции, ч
Концентрация фенола, г/л
Степень обесфеноливания, %
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
2
24
48
72
384
552
816
1440
6.67
5.00
1.85
1.55
1.40
0.46
0.20
0.12
0.06
0
25.0
72.2
76.7
79.0
93.0
97.0
98.2
99.1
Время реакции при этом значительно возрастает, однако открывается воз-можность проводить реакцию не в реакторе, а в закрытом отстойнике, что иногда технологически более выгодно.
Молярное соотношение реагентов оказывает влияние на ход процесса двояким образом: изменяется внешний вид (природа продукта) и степень обесфеноливания (таблица 2).
Таблица 2 Влияние молярного соотношения реагентов на степень
обесфеноливания при 70 оС, рН = 2, начальная концентрация
фенола 6.67 г/л, объем фенольной воды 100 мл..
Время реак-ции, ч
Соотношение
фенол:мочевина:формальдегид
Остаточная концентрация фенола, г/л
Степень обесфенолива-ния, %
1
1:1:1
1:2:2
1:2:4
1:3:3
1:2:6
1:3:6
6.25
4.25
3.50
3.25
2.50
1.75
6.26
36.2
47.5
51.2
62.5
73.7
2
1:1:1
1:2:2
1:2:4
1:3:3
1:2:6
1:3:6
5.62
3.25
1.69
2.50
1.25
0.87
15.6
51.2
74.6
62.5
81.2
86.8
4
1:1:1
1:2:2
1:2:4
1:3:3
1:2:6
1:3:6
4.00
2.16
0.75
1.62
0.50
0.42
40.0
67.6
88.7
75.6
92.5
93.6
Установлено, что оптимальным является молярное соотношение реагентов фенол:мочевина:формальдегид 1:3:6. Иное соотношение ведет либо к ухудшению степени дефеноляции, либо к чрезмерному расходу реа-гентов. При соотношении реагентов 1:1:1, 1:1:2, 1:1:3 получается вязкий маслянистый продукт, который в дальнейшем затвердевает. Этот продукт трудно выгрузить из реактора, что сильно осложняет техническую реали-зацию процесса обесфеноливания.
Чем выше кислотность среды, тем быстрее и эффективнее протекает процесс. Оптимальной является рН среды 2-3 (таблица 3). Важен также порядок введения реагентов и кислоты, поскольку в ряде случаев наблюдается бурное вскипание реакционной массы, образование крупных комков осадка.
Таблица 3 Влияние добавок серной кислоты на степень обесфеноливания
при соотношении реагентов фенол:мочевина:формальдегид
1:3:6 и Т = 100 оС. Время реакции 1 час. Объем фенольной
воды 100 мл.
N
пп
Объем кислоты,
мл
Концентрация фенола, г/л
Степень обесфеноливания, %
1
2
3
4
5
6
0
0.1
0.5
1
2
3
7.33
2.30
0.28
0.11
0.06
0.03
0
68.63
96.18
98.43
99.18
99.57
В зависимости от соотношения фенола, формальдегида и мочевины, кислотности среды получаются продукты, которые отличаются строением и физическими свойствами и представляют собой пространственно-сшитый полимер в виде нерастворимого в воде порошка, имеющего степень дис-персности 0.1-1.0 мм, белого или светло-коричневого цвета в зависимости от окраски сточной воды. Порошок нетоксичен, имеет 4-й класс опасности. Испытания показали возможность его применения в качестве модифици-рующего наполнителя феноло-формальдегидных смол и резин, эффектив-ного мягкого абразивного чистящего средства.
Наиболее целесообразно применение разработанного способа для очистки надсмольных вод производства феноло-формальдегидных смол, хотя и для других фенольных стоков способ применим. Начальная кон-центрация фенолов может быть от 5 до 40-60 г/л. Эффективность очистки достигает более 99.99%, остаточное содержание фенола в воде 0.5-1 мг/л.
Схожие публикации: