聚氯乙烯生產(chǎn)中含汞廢水資源化高效處理新技術(shù)的研究及應(yīng)用

（天能化工有限公司，新疆石河子市，832000）魏 勇

目前，我國(guó)PVC生產(chǎn)工藝主要乙烯法和電石法兩種，由于我國(guó)“多煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)，電石法PVC成為我國(guó)PVC工業(yè)發(fā)展的主流工藝。采用電石乙炔原料路線生產(chǎn)聚氯乙烯可以大大節(jié)省乙烯資源，對(duì)緩解我國(guó)石油短缺有著重要的作用，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。電石法PVC行業(yè)通常采用氯化汞作為催化劑，PVC生產(chǎn)過(guò)程中含汞廢水的危害已是行業(yè)共識(shí)，氯化汞在高溫下部分升華流失，隨反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)水洗堿洗后產(chǎn)生含汞廢水。降低汞排放量是關(guān)系到行業(yè)發(fā)展的迫切任務(wù)，也是實(shí)現(xiàn)行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 含汞廢水除汞方法介紹

目前含汞廢水除汞方法主要有活性炭吸附法、化學(xué)沉淀法、還原法和微生物法等，活性炭吸附法活性炭?jī)r(jià)格昂貴，再生過(guò)程復(fù)雜；還原法成本高，處理不徹底，還需結(jié)合其他工藝；離子交換法由于投資成本、運(yùn)行維護(hù)等方面要求極高，也很難在大規(guī)模產(chǎn)水量的情況下應(yīng)用；微生物生長(zhǎng)的環(huán)境、反應(yīng)條件及微生物優(yōu)勢(shì)菌種的數(shù)量及競(jìng)爭(zhēng)力等條件的約束，該法目前仍處于研究階段，無(wú)大規(guī)模應(yīng)用工程等。因此，針對(duì)成分復(fù)雜、含鹽量大、汞污染濃度高的廢水，研究出一種技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可行、消除污染的處理技術(shù)具有極大的實(shí)踐價(jià)值應(yīng)用意義。

2 雙膜過(guò)濾+高效吸附除汞新工藝的研究

傳統(tǒng)除汞工藝中，通過(guò)添加工業(yè)硫化鈉，與汞離子生成硫化汞沉淀來(lái)達(dá)到去除汞的目的。由于硫化汞在水中微電離，為有效降低廢水中的汞濃度，需要10幾倍的過(guò)量加入硫化鈉來(lái)達(dá)到最佳處理效果。此方法雖去除了汞污染，但又帶入了硫污染。天能化工有限公司通過(guò)技術(shù)研發(fā)，通過(guò)雙膜過(guò)濾+高效吸附工藝，在不添加硫化鈉的情況下，去除廢水中的汞污染。

2.1 雙膜過(guò)濾新工藝的研究

含汞廢水主要來(lái)源于合成工段的堿洗廢水，經(jīng)中和后，廢水中鹽含量較高，懸浮物較多，廢水中大部分汞以絡(luò)合物形式附著在懸浮物上。在不添加硫化鈉的前提下，公司研究采用膜過(guò)濾工藝來(lái)去除含汞廢水中懸浮物。由于廢水中鹽含量高，為保證通量，選用雙膜過(guò)濾工藝來(lái)去除含汞廢水中的懸浮物。微濾膜是用薄膜來(lái)進(jìn)行表面過(guò)濾，孔隙多，過(guò)濾阻力低，有不粘性、本身摩擦系數(shù)低、易反沖等特地，可將絕大多數(shù)懸浮物阻于膜外。納濾膜其對(duì)二價(jià)和多價(jià)離子及分子量在200~1 000之間的有機(jī)物有較高的脫除性能，過(guò)程滲透壓低，水通量大，能有效截留懸浮物及汞絡(luò)合物。工藝設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)濾過(guò)程全自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行。經(jīng)雙膜過(guò)濾處理后，廢水中含汞量≤50ppb。

2.2 高效吸附新工藝的研究

雙膜過(guò)濾的出水中，通過(guò)高效吸附工藝處理廢水中剩余的含汞物質(zhì)。主要通過(guò)吸附劑（特制活性樹(shù)脂）對(duì)含汞物質(zhì)進(jìn)行吸附，該吸附劑是一種黃色粉體顆粒狀物，具有三維網(wǎng)狀的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)中含有氨基、酰胺基等能與汞發(fā)生螯合作用的官能團(tuán)。該系列脫汞吸附材料對(duì)汞及其化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能和獨(dú)特的吸附選擇性，對(duì)汞的吸附容量大，去除效率高，吸附性能幾乎不受水體中高的鹽分、高的有機(jī)物含量的影響，既可用于高濃度含汞廢水的有效處理，也可以用于低濃度含汞廢水的深度凈化。另外，由于這類(lèi)脫汞吸附材料是由殼聚糖、黏土等自然資源原料制備而成，其生產(chǎn)成本相對(duì)較低，材料吸附飽和后可以脫附再生，重復(fù)使用性能好，廢水處理成本低。再生周期長(zhǎng)，再生水回用至公司的觸媒生產(chǎn)裝置。經(jīng)高效吸附工藝處理后，廢水中含汞量≤3ppb。（詳見(jiàn)圖1）

圖1 雙膜過(guò)濾+高效吸附除汞新工藝流程圖

3 UF+RO+多效蒸發(fā)達(dá)到零排放新工藝的研究

3.1 UF+RO組合新工藝的研究

經(jīng)雙膜過(guò)濾+高效吸附工藝處理后，廢水中含汞量可達(dá)到≤3ppb，但廢水中含鹽量較高，無(wú)法回用，排放水去向是個(gè)難題。針對(duì)這一難題，天能化工有限公司通過(guò)技術(shù)研發(fā)，通過(guò)UF+RO+蒸發(fā)工藝，產(chǎn)水就近回用至母液水中水池，用作循環(huán)水補(bǔ)充水，蒸發(fā)殘?jiān)占笞鳛槲ｋU(xiǎn)廢物處置，含汞廢水達(dá)到零排放。

針對(duì)廢水含鹽量較高的問(wèn)題，采用RO工藝對(duì)廢水進(jìn)行分離，為保證RO的通量，減少堵塞，減少清洗次數(shù)，選用UF工藝作為RO的前置處理工藝。UF是利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過(guò)程。在靜壓差的作用下，小于膜孔的粒子通過(guò)膜，大于膜孔的粒子則被阻攔在膜的表面上，使大小不同的粒子介以分離，其過(guò)濾精度高，因而膜孔更小。UF主要從液相物質(zhì)中分離大分子物質(zhì)、膠體分散液以及乳液。采用先與合適的大分子結(jié)合的方法也可以從水溶液中分離金屬離子、可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)，以達(dá)到凈化、濃縮的目的。

如圖2所示，RO反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動(dòng)力的膜分離過(guò)濾技術(shù)。RO反滲透膜孔徑小至納米級(jí)，在一定的壓力下，H2O分子可以通過(guò)RO膜，而源水中的無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無(wú)法通過(guò)RO膜，從而使可以透過(guò)的純水和無(wú)法透過(guò)的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)。根據(jù)廢水的特性，RO工藝選用苦咸水膜作為RO工藝用膜，在UF工藝的保護(hù)下，RO工藝可長(zhǎng)期高效運(yùn)行，裝置產(chǎn)水率可達(dá)50%，產(chǎn)水用作循環(huán)水冷卻水，選用的UF+RO工藝具有水質(zhì)好、耗能低、無(wú)污染、工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 UF+RO+多效蒸發(fā)新工藝流程圖

3.2 多效蒸發(fā)新工藝的研究

剩余的50%高鹽濃水通過(guò)二次高效吸附工藝吸附后，采用蒸發(fā)工藝進(jìn)行處理，蒸發(fā)工藝需要大量蒸汽能源，為節(jié)約能源降低成本，采用多效蒸發(fā)工藝處理剩余的50%高鹽濃水。在多效蒸發(fā)工藝中，可將二次蒸汽當(dāng)作加熱蒸汽，引入另一個(gè)蒸發(fā)器，只要后者蒸發(fā)室壓力和溶液沸點(diǎn)均較原來(lái)蒸發(fā)器中的為低，則引入的二次蒸汽即能起加熱熱源的作用。同理，第二個(gè)蒸發(fā)器新產(chǎn)生的新的二次蒸汽又可作為第三蒸發(fā)器的加熱蒸汽。這樣，每一個(gè)蒸發(fā)器即稱為一效，將多個(gè)蒸發(fā)器連接起來(lái)一同操作，即組成一個(gè)多效蒸發(fā)系統(tǒng)。加入生蒸汽的蒸發(fā)器稱為第一效，利用第一效二次蒸汽加熱的稱為第二效，依此類(lèi)推。產(chǎn)生循環(huán)利用，于多次重復(fù)利用了熱能，顯著地降低了熱能耗用量，這樣大大降低了成本，也增加了效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目在不添加硫化鈉的情況下有效去除廢水中的汞，工藝控制簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。吸附劑填裝、更換簡(jiǎn)單方便、易操作、可再生。除汞效果明顯，廢水中含汞量可達(dá)到≤3ppb。同時(shí)有效去除廢水中的鹽含量，產(chǎn)水回收利用，多效蒸發(fā)工藝節(jié)約蒸汽，運(yùn)行成本低，工藝控制簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，含汞廢水達(dá)到零排放，變廢為寶，循環(huán)利用。