活性炭吸附法在处理铵梯炸药TNT废水中的应+用.pdf

爆破器材990 110 爆破器材 EXPLO SI VE M A T ERI A LS 1999年 第1期 NO . 1 1999 活性炭吸附法在处理铵梯炸药T NT 废水中的应用 李铁良 1 引言 迄今为止，铵梯炸药废水处理，国内尚无一种比较完善的处理方法，许多工厂过 去采用活化无烟煤燃烧后的煤渣、活性炭进行吸附处理。其中，粒状活性炭处理效果 比较好，但采用粒状活性炭吸附装置按常用的“吸附柱”，其装置需要动力、专用机 械设备、专人管理和控制，整个设施投资大，维修复杂，不利于工厂降低成本。8 0 年 代初，我厂新建铵梯炸药生产线时，采用“重力自流式活性炭吸附”处理废水，与其 它方法比较，有良好的技术经济效果。通过几年的工作运行，其处理效果达到了预期 目的。 2 铵梯炸药废水中各物质的浓度 目前，我国的工业铵梯炸药的成分是由硝酸铵、梯恩梯、木粉经物理混合制成产 品，生产过程为物理操作，无工艺用水，仅有冲洗设备、工房所产生含炸药成分废 水，其工艺流程与生产废水见图1。由图1可以看出，发生含T NT 废水的工序是T NT 粉 碎、混药、装药与包装。这四道工序一般在周末冲洗设备、工房和日常生产中工人洗 涤产生废水。废水生成量每周在35t ～45t 。废水中的硝酸铵含量在0 ．6 ％左右，T NT 含 量在6 0 m g . L－1，水分及其它悬浮物在10 0 0 m g . L－1～30 0 0 m g . L－1左右，p H 值为6 ～7 。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 110 . h t m （第 1／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 44 爆破器材990 110 图1废水中悬浮物沉降曲线 Ⅰ－悬浮物为2 6 7 5m g . L－1； Ⅱ－悬浮物为37 8 2 ．5m g . L－1； Ⅲ－悬浮物为2 0 8 7 ．5m g . L－1 废水中p H 值与硝酸铵浓度成反比，因硝酸铵溶液略呈酸性，硝酸铵浓度增加， p H 值下降。表1中的数据可以说明这一点。 表1 不同硝酸铵浓度废水溶液p H 值 测试 项目 自来水 硝酸铵浓度（％） 15102 0 p H 值7 ．2 86 ．976 ．7 26 ．596 ．48 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 110 . h t m （第 2 ／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 44 爆破器材990 110 T NT 在酸性溶液中，溶解度较大，这是T NT 易溶于酸性介质性能所决定。由于铵 梯炸药废水中溶入了硝酸铵，使废水呈酸性，而且又有硝酸铵溶解后产生的硝酸根， 故增加了T NT 在废水中的溶解度。因此，铵梯炸药废水中的T NT 浓度有时高达150 m g . L －1。废水中除部分T NT 被溶解外，另一部分沉淀在废水下水道或随水流一同流动。 硝酸铵溶于水，是一种水溶性和吸湿性较大的化合物，其溶解度随温度的增加而 显著增加。在10 0 g 水中，10 0 ℃时能溶解硝酸铵994．2 g 。在10 0 g 水中，测得15℃时的 T NT 溶解度为0 ．0 12 g 、30 ℃时为0 ．0 17 g ，50 ℃时为0 ．0 47 g ，7 0 ℃时为0 ．0 8 7 g 。冲洗 设备与工房时，废水中含有的硝酸铵全部溶解在水中。 铵梯炸药废水中T NT 的溶解度不但随温度增加而增大，而且随硝酸铵浓度增大而 提高。 3 铵梯炸药废水的处理过程 3．1 废水的集中 废水中的T NT 来自T NT 球磨、炸药混合、装药、包装四道工序，如何把四道工序 中的废水收集在一起，进行集中处理是首先要注意到的问题，在设计过程中应作重点 考虑。我厂铵梯炸药生产线设置在一个山坡地带，生产线按工序先后顺序，由高到低 布局，废水处理设在生产线最低位置，利用地形高差，使废水靠重力作用由高向低流 动，用管道接至含T NT 废水的四个工房废水出口，通过管道联接使各个工房废水流入 废水沉淀池。为了防止硝酸铵对管道的腐蚀，采用耐酸陶瓷管道作为废水管道。为防 止废水中不可溶解的杂物堵塞管道，在铺设废水流通管道时，每隔35m 设置一个检查 井，检查井底部低于管底0 ．5m ，其作用是截留废水中所携带的杂物，检查并定期清 除截留的杂物。 3．2 废水的处理 沉淀处理 废水进入活性炭吸附处理前，废水中的悬浮物浓度不宜太高，否则不仅增加活性 炭吸附阻力，而且会影响吸附效果。有关资料介绍和试验结果表明，进入活性炭吸附 水中的悬浮物浓度在7 0 m g . L－1以下为宜，而我们的废水中悬浮物浓度在10 0 0 m g . L－1以 上。这些悬浮物主要是炸药中的木粉和未溶解的T NT 以及泥沙等杂物。因此，要保证 吸附效果，首先要对废水中的悬浮物进行预处理，控制悬浮物浓度在7 0 m g . L－1以下。 对悬浮物的预处理采用沉淀方法把悬浮物沉淀下来，沉淀分为自然沉淀和投加药 剂混凝沉淀。后者要增设投加药剂装置，要人员控制与管理，而且药剂投入量不宜控 制，增加工作复杂性。自然沉淀就可以避免上述问题。自然沉淀需要时间，沉淀时间 是一个重要参数，为摸索自然沉淀时间，对废水中三种不同浓度的悬浮物进行自然沉 淀，每隔一定时间测定其浓度，把时间与浓度数据绘制成图1。由图1可以看出，自然 沉淀在1h 以前，废水中悬浮物沉淀下降急剧，1h 后比较缓慢，2 h 后开始处于平衡状 态，3h 后其浓度变化很小。自然沉淀2 h 后，废水中悬浮物浓度可降至6 0 m g . L－1以下。 因此，采用2 ．5h ～3h 沉淀时间，浓度可降至40 m g . L－1以下，对活性炭吸附是有利的。 沉淀池一般设置为40 m 3，为了不影响自然沉淀效果，采用两个沉淀池交替使用。废水 在沉淀过程中，一些油质物漂浮在水面，应及时清除，沉淀池底部的沉淀物在一定时 间内应定期清除，以保证废水的沉淀效果。 3．3 活性炭吸附处理 通过预处理沉淀后的废水流入重力自流式活性炭吸附池，重力自流式吸附池主要 作用是靠废水由高到低重力流动，通过活性炭层把废水中的T NT 吸附到活性炭表 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 110 . h t m （第 3／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 44 爆破器材990 110 面，达到除去废水中T NT 的目的。重力自流式活性炭吸附池的结构见图2 。吸附池共分 为5格，每格底部依次有一定的位差，造成水流产生重力流动。第一格放入炉渣，主要 起过滤作用，其它四格放入粒状活性炭。水流过程是废水由沉淀池流经调节阀 起调 节水量作用 进入第一格进水槽，经进水孔流入池底部，然后向上水孔楹和炉渣层浸透 流动，通过炉渣过滤，使废水中的悬浮物浓度更进一步降低，确保活性炭对悬浮物沉 淀要求。废水通过第一格过滤后，进入第二格进水槽，按第一格的流动方式流动。整 个5格水流为上下翻腾式流动，通过活性炭吸附后，废水中T NT 含量小于0 ．5m g . L－1， 达到或低于国家排放标准，废水由出水孔向外排放。 图2 重力自流式活性炭吸附T NT 装置 活性炭吸附废水中的T NT ，其吸附效果是评价整个处理工程的技术先进或落后的 标志，影响活性炭吸附效果除与废水中悬浮物浓度有关外，还与活性炭的吸附容量、 吸附池的工作带以及废水中硝酸铵浓度有关。 1 吸附容量。吸附容量取决于活性炭比表面积的大小，比表面积大则吸附容量 大。根据我国能提供活性炭有新华8 ＃炭、5＃筛余炭、活化无烟煤等，其中新华8＃炭 比表面积最大（90 0 m 2 . g －1），堆积比重为450 k g. m －3，其动态吸附T NT 饱和吸附容量 可达0 ．5g . g －1。在处理工程中选定新华8＃为吸附剂。在铵梯炸药废水中，硝酸铵的浓 度对活性炭吸附T NT 有影响。当废水中硝酸铵浓度为5％时，新华8 ＃炭吸附T NT 效果 没有下降。当硝酸铵浓度为8 ％时，新华8 ＃炭吸附T NT 效果下降7 ％，如果硝酸铵浓度 再增大，则更加影响吸附T NT 。这是因为硝酸铵在水中以离子状态存在，不能被活性 炭吸附，而高浓度的硝铵溶液增加了T NT 的溶解度，吸附在活性炭表面的T NT 又能重 新被溶解回去，从而降低活性炭的吸附容量。我厂的铵梯炸药废水中，硝酸铵含量为 0 ．6 ％左右，对新华8 ＃炭的吸附容量不会产生影响，能够保证吸附T NT 的效果。 2 工作带。工作带是指吸附池在运行时其饱和点 系该点取样分析T NT 浓度大于或 等于进水T NT 浓度的90 ％ 与穿透点 系该点取样分析T NT 浓度等于0 ．5m g . L－1 之间的 吸附距离 在我厂吸附池中以活性炭吸附格为单位计算吸附工作带距离 。工作带是吸 附池中起吸附作用的主要区域，其目的是根据工作带的距离来决定吸附池在一定时间 内需要的距离 即吸附池的格数 ，以便活性炭发挥最大的吸附效果。根据有关资料介 绍和测试结果认为，流量增加，则活性炭的工作带加长。实际工作中，每周废水总量 为45t 时，通过吸附池的废水流量控制在1．5t . h －1～2 t. h －1吸附池的工作带为2 格活性炭 吸附池的距离。整个吸附池有四格活性炭池，可正常运行6 个月。6 个月运行后，最后 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 110 . h t m （第 4／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 44 爆破器材990 110 一格活性炭池没有被穿透。当取样分析第二格炭池已达到饱和点时，把第2 格池中的活 性炭清除，把第3格炭池中的活性炭调放到第2 格池中，其余的第4、第5格依次向前调 放，最后空档的第5格放入新活性炭。运动一定时间后，抽样检查第2 格池中的活性 炭，如达到饱和点，按上述方法进行调换，这样能更好发挥活性炭吸附效果，避免浪 费。 废水中的T NT 由于日光的照射产生光介产物使废水变粉红褐色，会影响活性炭吸附效 果。因此，在未处理以前的废水应防止光照射。处理以后的废水中T NT 浓度小于0 ． 5m g . L－1，日光照射废水不会产生变色，可以排出厂外。 4 活性炭吸附T NT 饱和后处理方法 4．1 再生法 焙烧炉加热至450 ℃，使活性炭吸附的T NT 分解。这种方法可以回收活性炭，但要 增添再生装置。但活性炭每经一次再生，吸附效果下降，经过三次再生后吸附效果减 少50 。 4．2 烧毁法 将吸附T NT 饱和后的活性炭烧毁，一般可以用烧砖、烧石灰的燃煤混合烧毁。 通过活性炭吸附后，废水中的p H 值、悬浮物和T NT 含量见表2 。 表2 活性炭吸附处理后废水中的T NT 含量 检测时间p H 值 悬浮物 ／m g . L－1 T NT ／m g . L－1 第一个月6 ．75未检出‧ 第二个月6 ．670 ．15 第三个月6 ．890 ．19 第四个月6 ．7100 ．2 5 第五个月6 ．7120 ．32 第六个月6 ．8150 ．43 第七个月6 ．8180 ．6 5 注‧T NT 浓度小于7 2 1型分光光度计最低测定值。 5 结束语 通过几年的工作，重力自流式活性炭吸附法处理铵梯炸药T NT 废水工艺方法，能 够适用工厂的废水处理工程。处理后的废水，T NT 含量可低于0 ．5m g . L－1，符合国家 地面水排放标准，整个工程结构简单，可以获得良好的社会效益和经济效益。 作者单位 湖南省南岭化工厂 湖南，42 52 0 2 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 110 . h t m （第 5／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 44