化工厂硫酸再生冷凝液的厌氧可处理性研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0258

摘要/Abstract

摘要：

甲基丙烯酸甲酯是一种重要的化工原料，其生产过程产生大量废酸，可用废酸再生（SAR）工艺进行回收。硫酸再生冷凝液是废硫酸再生前浓缩冷凝过程产生的一类废水，其成分与前端生产工艺密切相关。以甲基丙烯酸甲酯生产工艺配套的SAR装置冷凝液为研究对象，其主要成分为甲基丙烯酸甲酯、丙酮和二甲醚，COD高达54 000~107 800 mg/L，Na⁺质量浓度超过10 000 mg/L。采用间歇实验和上流式厌氧污泥床（UASB）反应器连续处理SAR冷凝液，结果表明该冷凝液具有较好的厌氧可处理性。采用柠檬酸厂厌氧颗粒污泥和原化工厂厌氧絮状污泥启动的UASB反应器经过53 d左右的运行，COD负荷分别达到12.0 kg/（m³·d）和8.0 kg/（m³·d），出水COD分别维持在800、600 mg/L以下。

关键词: 甲基丙烯酸甲酯, 废酸再生, 冷凝液, 厌氧处理

Abstract:

Methyl methacrylate is an important chemical material and its production process generates a large amount of waste acid, which can be recovered by spent sulphuric acid regeneration(SAR) process. SAR condensate is originated from concentration and condensation processes of waste sulfuric acid before regeneration. Its composition is closely related to the front-end processes in which sulfuric acid is used. Condensate produced in the SAR system accompanying the synthesis unit of methyl methacrylate was researched. SAR condensate mainly contained methyl methacrylate(MMA), acetone and dimethyl ether, with COD up to 54 000-107 800 mg/L and Na⁺ mass concentration over 10 000 mg/L. Batch experiments and UASB reactor were used to continuously treat SAR condensate, and the results showed that the condensate had good anaerobic treatability. The COD loads of UASB reactors inoculated with anaerobic granular sludge from a citric acid plant and anaerobic flocculent sludge from the chemical plant reached 12.0 kg/(m³·d) and 8.0 kg/(m³·d) after 53 days of operation, and the effluent COD maintained below 800 and 600 mg/L, respectively.

Key words: methyl methacrylate, spent sulphuric acid regeneration, condensate, anaerobic treatment

中图分类号:

X703

白周央,季华,张婧伟,刘佳,杨树成. 化工厂硫酸再生冷凝液的厌氧可处理性研究[J]. 工业水处理, 2021, 41(12): 60-65.

Zhouyang BAI,Hua JI,Jingwei ZHANG,Jia LIU,Shucheng YANG. Feasibility of anaerobic treatment of spent sulphuric acid regeneration condensate in chemical plant[J]. Industrial Water Treatment, 2021, 41(12): 60-65.

https://www.iwt.cn/CN/Y2021/V41/I12/60

图/表 9

参考文献 17

1	GRENDELB, 王如佳. 孟莫克废酸再生(SAR)工艺[J]. 硫酸工业, 2014, (3): 64- 66. doi: 10.3969/j.issn.1002-1507.2014.03.022
2	于连诗, 冯红轮, 沈铭杰, 等. 烷基化/废酸再生(SAR)联合装置腐蚀与防护研究[J]. 现代化工, 2018, 38 (10): 213- 217.
3	贺延龄. 废水的厌氧生物处理[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 1998: 133- 541.
4	LUEDERS T , CHIN K J , CONRAD R , et al. Molecular analyses of methyl-coenzyme M reductase alpha-subunit(mcrA) genes in rice field soil and enrichment cultures reveal the methanogenic phenotype of a novel archaeal lineage[J]. Environmental Microbiology, 2001, 3 (3): 194- 204. doi: 10.1046/j.1462-2920.2001.00179.x
5	LI Jin , FENG Li , BISWAL B K , et al. Bioaugmentation of marine anammox bacteria(MAB)-based anaerobic ammonia oxidation by adding Fe(Ⅲ) in saline wastewater treatment under low temperature[J]. Bioresource Technology, 2020, 295, 122292. doi: 10.1016/j.biortech.2019.122292
6	ALPHENAAR P A . Anaerobic granular sludge: Characterization, and factors affecting its functioning[J]. Prof, 1994, 44 (2): 1169- 1176. URL
7	MACêDO W V , SAKAMOTO I K , AZEVEDO E B , et al. The effect of cations(Na⁺, Mg²⁺, and Ca²⁺) on the activity and structure of nitrifying and denitrifying bacterial communities[J]. Science of the Total Environment, 2019, 679, 279- 287. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.04.397
8	孟卓, 贺延龄, 杨树成. UASB反应器处理甲醇废水的研究[J]. 中国给水排水, 2006, 22 (13): 42- 44. doi: 10.3321/j.issn:1000-4602.2006.13.011
9	DE VRIEZE J , HENNEBEL T , BOON N , et al. Methanosarcina: The rediscovered methanogen for heavy duty biomethanation[J]. Bioresource Technology, 2012, 112, 1- 9. doi: 10.1016/j.biortech.2012.02.079
10	ZHANG Yupeng , LI Jianzheng , LIU Fengqin , et al. Mediative mechanism of bicarbonate on anaerobic propionate degradation revealed by microbial community and thermodynamics[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 25 (13): 12434- 12443. doi: 10.1007/s11356-018-1430-7
11	ROTARU A E , SHRESTHA P M , LIU Fanghua , et al. A new model for electron flow during anaerobic digestion: Direct interspecies electron transfer to Methanosaeta for the reduction of carbon dioxide to methane[J]. Energy Environ. Sci, 2014, 7 (1): 408- 415. doi: 10.1039/C3EE42189A
12	OREN A . The family Methanosarcinaceae[M]. Berlin: Springer, 2014: 259- 281.
13	DRIDI B , FARDEAU M L , OLLIVIER B , et al. Methanomassiliicoccus luminyensis gen.nov., sp.nov., a methanogenic archaeon isolated from human faeces[J]. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2012, 62, 1902- 1907. doi: 10.1099/ijs.0.033712-0
14	承磊, 郑珍珍, 王聪, 等. 产甲烷古菌研究进展[J]. 微生物学通报, 2016, 43 (5): 1143- 1164.
15	张坚超, 徐镱钦, 陆雅海. 陆地生态系统甲烷产生和氧化过程的微生物机理[J]. 生态学报, 2015, 35 (20): 6592- 6603. URL
16	BORREL G , JOBLIN K , GUEDON A , et al. Methanobacterium Lacus sp.nov., isolated from the profundal sediment of a freshwater meromictic lake[J]. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2012, 62, 1625- 1629. doi: 10.1099/ijs.0.034538-0
17	KRIVUSHIN K V , SHCHERBAKOVA V A , PETROVSKAYA L E , et al. Methanobacterium veterum sp.nov., from ancient Siberian permafrost[J]. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2010, 60 (2): 455- 459. doi: 10.1099/ijs.0.011205-0

接种污泥	组别	底物COD/（g·L^-1）	污泥VSS/（g·L^-1）	m（底物）∶m（污泥）	底物
颗粒污泥	G-B	0.00	35.25	0	未添加
	G-S	51.69	51.69	1	淀粉
	G-3∶1	50.61	16.87	3	SAR冷凝液
	G-5∶1	53.15	10.63	5	SAR冷凝液
絮状污泥	F-B	0.00	11.25	0	未添加
	F-S	21.75	21.75	1	淀粉
	F-3∶1	40.32	13.44	3	SAR冷凝液
	F-5∶1	45.80	9.16	5	SAR冷凝液

接种污泥	组别	底物COD/（g·L^-1）	污泥VSS/（g·L^-1）	m（底物）∶m（污泥）	底物
颗粒污泥	G-B	0.00	35.25	0	未添加
	G-S	51.69	51.69	1	淀粉
	G-3∶1	50.61	16.87	3	SAR冷凝液
	G-5∶1	53.15	10.63	5	SAR冷凝液
絮状污泥	F-B	0.00	11.25	0	未添加
	F-S	21.75	21.75	1	淀粉
	F-3∶1	40.32	13.44	3	SAR冷凝液
	F-5∶1	45.80	9.16	5	SAR冷凝液

项目	范围	项目	范围
pH	5.68~6.32	Ca²⁺/（mmol·L^-1）	0.002~0.026
电导率/（mS·cm^-1）	16.6~22.2	Mg²⁺/（mmol·L^-1）	0.002~0.004
COD/（mg·L^-1）	54 000~107 800	K⁺/（mmol·L^-1）	0.672~0.928
TN/（mg·L^-1）	55~259	Na⁺/（mmol·L^-1）	456.696~547.826
NH_3^-N/（mg·L^-1）	21~210	SO₄^2-/（mmol·L^-1）	2.917~4.219
TDS/（mg·L^-1）	37 945~48 625	NO₃^-/（mmol·L^-1）	0.286~5.979
碳酸氢盐碱度/（mmol·L^-1）	102~111	PO₄^3-/（mmol·L^-1）	0.004~0.058
VFA/（mmol·L^-1）	202~263	Cl^-/（mmol·L^-1）	0

项目	范围	项目	范围
pH	5.68~6.32	Ca²⁺/（mmol·L^-1）	0.002~0.026
电导率/（mS·cm^-1）	16.6~22.2	Mg²⁺/（mmol·L^-1）	0.002~0.004
COD/（mg·L^-1）	54 000~107 800	K⁺/（mmol·L^-1）	0.672~0.928
TN/（mg·L^-1）	55~259	Na⁺/（mmol·L^-1）	456.696~547.826
NH_3^-N/（mg·L^-1）	21~210	SO₄^2-/（mmol·L^-1）	2.917~4.219
TDS/（mg·L^-1）	37 945~48 625	NO₃^-/（mmol·L^-1）	0.286~5.979
碳酸氢盐碱度/（mmol·L^-1）	102~111	PO₄^3-/（mmol·L^-1）	0.004~0.058
VFA/（mmol·L^-1）	202~263	Cl^-/（mmol·L^-1）	0

项目	保留时间/min	质量分数/%
二甲醚	1.497	26.33
丙酮	2.448	17.75
甲基丙烯酸甲酯	4.033	42.64
2-甲基-2-羟基丙酸甲酯	6.258	5.79
3-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯	10.135	0.41
2-甲基-5-甲烯基己二酸二甲酯	22.901	3.37
其他	—	3.71

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容