减水剂合成过程中生产污水的回用.docx
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减水剂合成过程中生产污水的回用
减水剂合成过程中生产污水的回用
减水剂合成过程中生产污水的回用
羿立旺1马存前2
1南京道鹭建设材料厂
2江苏苏博特新材料股份有限公司
南京市江宁区中前社区，211100；南京市江宁区科学园，211100
摘要：
我厂在合成减水剂过程中产生的污水之前一直采用药剂处理，达标后再进行排放，其中不但耗费了大量的人力、物力，而且对水资源来说也是一种极大的浪费。
本文通过在萘系合成水解过程阶段回用生产污水制备的萘系以及脂肪族减水剂成品性能对比研究，证实了回用生产污水的技术可行性，实现了经济和环境的双重效益。
关键词：
污水，回用，减水剂
一、污水回用的目的和意义
水是生命之源，是自然资源的重要组成部分。
随着人口的增长与工业化进程发展，工业与城市用水量激增，同时工业与城市废水的排放，又加剧了水资源紧缺的局面。
我国是个严重贫水的国家，水资源总量少于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚，居世界第六位，按人均水资源占有量这一指标来衡量，则仅为世界平均水平的1/4，排名在第一百一十名之后。
关注水资源，减少水污染对保持可持续发展意义重大【1,2】。
水污染可根据污染杂志的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染，其中最主要的是化学性污染。
化工污水通常有以下几个特点：
1．有毒性和刺激性
化工污水中含有很多可溶化工物资，其中一些为有毒或剧毒化学品，如部分有机氯化物、多环芳烃化合物、芳香族胺以及含氯杂环化合物等，这些物质在一定浓度下，大多对生物和微生物有毒性或剧毒性；有的化学物质不易分解，可在生物体内长期积累会造成中毒，对生物链造成累积型毒害；此外，有些物质，如无机酸、碱类等，有强烈刺激性和腐蚀性，同时影响水体酸碱度，对水生生物、构筑物和农作物都有极大的危害。
2．高生化需氧量（BOD）和高化学需氧量（COD）
化工污水特别是石油化工生产污水，含有各种有机酸、醇、醛、酮、醚和环氧化物等，其特点是生化需氧量和化学需氧量都较高。
这种污水排入水体后进一步氧化分解，消耗水中大量的溶解氧，直接或间接威胁水中生物的生存。
3．富营养化
含磷、氮量较高的化工生产污水，会造成水域富营养化，使水中藻类和微生物大量繁殖，严重时还会形成“红潮”，造成鱼类窒息而大批死亡。
4．温度较高
由于化学反应常在高温下进行，排出的污水水温较高。
这种高温污水排入水域后，会造成水体的热污染，使水中溶解氧降低，从而破坏水生生物的生存条件。
5．油污染较为普遍
石油化工污水中一般都含有油类，不仅危害水生生物的生存，而且增加了污水处理的复杂性【3,4】。
6．不易恢复
受化工有害物质污染的水域，即使减少或停止污染物排放，要恢复水域原来的状态，仍需要很多时间，特别是对于可以被生物所浓集的重金属污染物质，停止排放后仍很难消除污染状态。
基于以上因素，针对本厂生产污水回用的研究极为必要，既可以解决环境问题，又可以节约处理成本，实现节能减排任务。
二、污水的产生及主要成分
南京道鹭建设材料厂主要从事混凝土减水剂生产与销售，其中传统型萘系减水剂年产量达4万吨（粉剂）。
萘系减水剂合成主要工艺流程包括磺化、水解、缩合、中和以及烘干等五个步骤，传统工艺流程下，每天约产生60m3的工业废水，年排放总量为2.1万吨。
这些工业废水主要来源于反应釜与包装桶的冲洗、管道的跑冒滴漏、蒸汽锅炉的排污、除尘设备产生的废水、作业场所保洁产生的废水等，主要成分为各种减水剂。
具体污水来源统计分布见表1。
表1污水的主要来源
序号
排水路径
单位
数量
1
反应釜、包装物的冲洗
m3/d
30
2
跑冒滴漏
m3/d
2
3
蒸汽锅炉的排污
m3/d
10
4
收、除尘设备废水
m3/d
10
5
作业场所保洁废水
m3/d
8
经测试，生产污水COD为2000-3000mg/L，污水回收利用前，公司专门设立污水处理站，通过添加净水剂，经过静置沉淀、循环絮凝分级处理，满足GB8978《污水综合排放标准》一级标准后排放，固废由专业处理公司进行处理。
基于环保和经济成本考虑，公司系统研究了污水直接回用对减水剂性能的影响，以期实现废水零排放的技术可行性。
三、生产污水对产品性能的影响小试
1．萘系水解阶段掺加生产污水对磺化物酸度的影响
根据萘系合成过程，首先研究了在水解反应阶段掺加适量生产污水，水解后磺化反应物酸度的变化情况，结果如表2与图1所示。
表2水解阶段掺与不掺加生产污水对磺化物的影响
批号
酸度（%）
不掺
掺入
C20110720016
28.56
28.20
D2*******002
28.16
28.10
C20110722003
28.43
28.57
B20110722004
28.81
28.87
C20110722006
28.92
28.89
D2*******007
28.95
28.91
B20110722009
28.85
28.87
C20110722010
28.53
28.41
B20110722011
28.63
28.23
C20110722013
28.45
28.33
B20110722014
28.46
28.43
D2*******001
28.80
28.79
C20110723002
28.42
28.24
B20110723003
28.65
28.47
A20110723004
28.09
28.08
D2*******005
28.04
28.08
C20110723006
28.11
28.05
图1污水加入前后酸度对比曲线图
由图1可见，加与不加污水后磺化物水解后酸度有偏小趋势，但偏差很小，低于浓硫酸浓度以及萘含水量等原材料性能波动幅度。
由于水解反应主要是将在160-165℃高温下形成的少量高活性α-萘磺酸在120℃下水解去除，同时保留大量活性相对较低的β-萘磺酸，在缩合阶段与羟基化甲醛进行羟甲基化缩合反应，生成萘系磺酸甲醛缩合物。
此时加入的污水组分由于数量有限，对反应产物的酸度影响不大，但其中的杂物对最终减水剂成品性能仍需确认。
2．污水回用对成品性能的影响
试验对比研究了水解阶段掺加污水后的半成品配制的SBTJM-Ⅷ减水率,试验结果见图2：
图2、污水添加前后SBTJM-Ⅷ减水率性能
由图2可见，JM-Ⅷ型产品前后对比减水率波动曲线基本一致，两波形偏差很小，不影响产品的使用。
类似的，也研究了水解过程中掺加污水合成的半成品在SBTJM9以及STBJM10中的性能影响，见图3与图4。
图3掺与不掺加污水制备萘系减水剂配制的SBTJM-9减水率
图4SBTJM-10各批号复配成品减水率对比
由图3可知，各个批次产品SBTJM-9以及SBTJM-10型产品对比有无水解阶段掺加污水合成出的萘系成品减水率基本一致，不影响产品的使用。
对于该方法制备的萘系半成品配制的脂肪族减水剂成品性能对比如表3与图5，外加剂掺量均为水泥用量的0.5%。
表3BT系净浆流动度测试结果
批号
流动度mm（加污水）
流动度mm（不加污水）
2011-080505
262
260
2011-080506
254
256
2011-080507
260
258
2011-080508
275
277
2011-080509
276
280
2011-080510
272
270
2011-080511
282
285
2011-080512
261
265
2011-080513
280
279
2011-080514
258
260
2011-0812
252
250
2011-0813
260
263
2011-080515
264
265
2011-080601
278
275
2011-080603
274
270
2011-0814
263
266
2011-080602
260
259
2011-080604
265
264
2011-080605
262
265
图5BT系减水剂有无掺加污水复配净浆流动度对比
由图5可见，两种萘系半成品配制的BT族产品净浆流动度接近，在水解阶段掺加污水合成的萘系半成品减水剂可以用于配制萘系以及脂肪族减水剂。
四、生产污水回用设施
工艺上，生产污水的储存与输送设备安装位置示意图如图6：
图6安装位置示意图
在工厂的废水收集池处安装1台水泵，水泵采用浮球液位控制器控制，自动对生产车间附近的污水中转储罐送水。
在污水中转储罐出口处安装1台水泵，分别对合成1线、合成2线以及萘系复配的各水计量槽送水，管道采用串行连接的方式。
该水泵由工厂的中控室人员直接控制，污水中转储罐设有上限报警器，以防止污水从储罐中溢出。
对废水收集池定时巡查液位以判断是否启用污水处理设施，确保生产污水不外溢。
五、污水回收投入使用后对产品的影响
工艺路线进行改进后，对SBTJM-VIII、SBTJM-9、SBTJM-10等三种萘系产品进行了对比试验，其结果见表4、图7与图8。
表4萘系产品的抗压强度和坍落度
产品批号
28d标准抗压强度
坍损
加污水
不加污水
加污水
不加污水
1
41
42
27
28
2
39
38
27
26
3
42
38
25
26
4
40
39
26
25
5
37
36
26
27
6
36
34
24
26
7
38
37
28
28
8
38
36
27
27
图7强度对比
由图7可见，掺加污水的C3028d强度比不加污水的强度稍微高一点，极个别的在其之下，总体来讲，加污水的28d强度比不加污水的略好。
图8坍损对比
由图8可见，加污水的混凝土损失率和不加污水的损失率相差不大，不掺加污水配制的萘系减水剂混凝土坍落度损失率比加污水配制的减水剂的混凝土坍落度损失略高。
本公司内部的污水中含有多种不同外加剂组分，因而增加了成品的混凝土强度，改善了新拌混凝土的保坍能力。
综上所述，本公司下属南京道鹭建设材料厂的化工污水可以经过静置沉积后用于萘系水解过程，对比试验表明，制备的半成品减水剂的减水率满足产品设计要求，用该方法合成的萘系半成品可以用于本公司的SBTJM-VIII、SBTJM-9、SBTJM-10三种萘系复配成品的制备，制备的产品减水率性能、28天强度性能都满足规范要求，同时也可以用于脂肪族BT成品减水剂的复配中，复配污水水解制备的萘系半成品脂肪族BT减水剂净浆流动度满足规范要求。
六、污水回用的经济与社会效益
技改前，污水处理检测达标后直接排放，虽已满足排放要求，但浪费了水资源，同时成本较高。
经测算，公司自2001年建成污水处理站始每年投入到污水处理中的费用高达上百万，其中药剂费用95万/年，人员工资7.2万/年，设备维护和运行费用5万/年（其中电耗近5万度），年浪费水近3万吨。
通过污水回用，使废水排放量和污染物为零，同时节约了公司净水药剂费用、设备运行维护费、人员工资、污泥处理费等年均约120万左右，直接经济效益显著；污水回用的技改工程体现了工厂在质量、健康、环境与安全四合一质保体系的一贯追求，社会及经济效益显著。
参考文献
3.刘锐锋，王蕊,污水回用技术的意义和措施，低温建筑技术,2006.（6）.
4.钱茜，我国中水回用现状及对策，再生资源研究,2003
（1）
5.关红安，罗建中，卢军，苏伟健，,欧阳勇，石油化工污水深度处理与回用的研究进展，广东化工，2010（5）.
6.袁海源，陈季华，奚旦立，冯家乐，印染企业回用污水厂工程实例，工业水处理，2008（5）
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