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火炸药工业废水处理技术研究进展

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维普资讯 http://www.cqvip.com 2OO8年第34卷第7期 工业安全与环保 July 2O08 Industrial Safety and Environmental Protection ・25・ 火炸药工业废水处理技术研究进展 刘渝 游青 王晓川 (中国工程物理研究院化工材料研究所 四川绵阳621900) 摘要根据处理工艺原理的不同,综述了耳前主要的火炸药工业废水处理技术,并对各种方法的特点和应用状况进 行了较为详细的分析和对比,指出减少污染排放和清洁生产是减少火炸药废水污染的根本途径。 关键词火炸药废水 RDX Development of Treatment for Wastewater Contaminated by Powder and Explosives LIUYu YOU Qing WANGXiao—chum (Inst'mae ofChemical Material,China Academy ofEngineering Physics(CAEP)Mianyang,Sidman 621900) Abstract This paper吼lrns upand expounds varioustcehniques usedforwastewater ofpowderand explosives and conducts detailed analysis and C ̄3lnp ̄sollsonthefeatures and applicatiorts of eachtcehniuqes,finding outthat reducingpoUutinodischargeand clean productinoisan essentila wayto reduce powderand explosiveswaie pollutino. Keywords explosives wastewater 1wr RDX 火炸药工业排放的污染物中,炸药废水的排放量是最大 采用悬浮植物细胞去除TNT,处理效果良好,并取得了专利。 的,大约占了各种污染物的75%以上。炸药废水中主要含 艾翠玲【5J等人利用UASB对含黑索金混合炸药废水进行连续 有梯恩梯(TNT)、黑索金(RDX)及奥克托金(HMX)等污染物, 厌氧生物处理,在一定的条件下,RDX的平均去除率为94%。 主要来源于炸药及其制造所用原料及中间产物…。这些污 近年来,出现了专门针对炸药废水的微生物研究,何德文l6 等 染物多有急性毒性,化学性质稳定,很难为一般微生物所降 利用白腐真菌法处理质量浓度为88.2 mg/L的TNT废水,72 h 解。近年来,国家对于环境保护的力度不断加大,火炸药污 后出水质量浓度为2mg/L。 染物的排放要求也越来越严格。目前我国对于炸药废水中 由于炸药污染物的生物毒性,生化法处理炸药废水的效 的污染物排放要求(一级排放标准)为:SS 70 mg/L,CODR 果目前仍不理想,但因该法经济、实用、元二次污染及生物的 100 mg/L,BOB5 30 mg/L, nj.I'2.0 mg/L,DNT 2.0 mg/L, 可驯性、广适性,国内外对该技术的研究十分活跃。现已发 RDX 1.0. ̄/LE 2l。本文就近年来火炸药废水的处理现状进 现可降解 肿的菌株有Bacilus,Citrobacter,Enterobacter,Kleb. 行综述,以便读者能够寻找一种处理效果好、运行成本低的 siella,白根霉Phanerochaete chrysospofium等。 炸药废水处理方法。 1.2物理处理技术 1火炸药工业废水处理技术 物理方法有吸附法、焚烧法、萃取法、蒸发法、反渗透法 1.1生物处理技术 和膜分离法等。物理方法在炸药废水处理应用中得到了较 炸药污染物绝大部分都含有硝基,一般认为难以生物降 为广泛的应用,如美国依阿华(IOWA)陆军弹药厂早就采用 解甚至不可生物降解,但是目前有学者在生化降解方面进行 活性炭吸附法对TNT—RDX混合废水进行处理。我国的范 了一定的研究,他们认为污染物毒性的强弱随废水的浓度、酸 广裕等进行了磺化煤、白球树脂处理TNT炸药的研究,处理 碱度、溶解氧、温度和有元其他毒物存在以及微生物种类和数 后的废水可达国家排放标准。用交联的丙烯酸及苯乙烯聚 量的不同有很大的差异,而且,细菌具有很强的环境适应能 合物大孔吸附树脂也能从生产废水中去除 肿。焚烧法是 力,当环境变化一定时,细菌能够有效地净化废水。目前,生 将炸药废水与重油在焚烧炉中混合燃烧而去除炸药污染物。 物法处理炸药废水主要有氧化塘法、厌氧生化法以及白腐真 而萃取法是利用TNT、RDX、I-IMX等炸药分子在不同溶剂中 菌法等,尤其是后2种方法的研究和应用较多。K J等人 的溶解性来去除,萃取剂常为苯、汽油、乙酸乙酯等,此法对 采用了上流式厌氧填料床处理含RDX、HMX的废水,对于废 于浓度较高的TNT废水比较有效,一般认为当原水中硝基化 水中的RDX和I-IMX去除率大部分超过90%。Jack9∞【4J等人 合物质量浓度为1 g/L时选择合适的萃取剂,污染物去除率 [3]单明军,闵玉国,沈雪,等.微电解法进行焦化废水脱氮的研究.燃 [5]何宝庆,吴灿灿.内电解+生化工艺处理染料废水研究.污染防治 料与化工,2OO7,38(266):38—41. 技术,2006,19(4):6—8. [4]蔡天明.微电解+水解酸化/接触氧化工艺处理染化废水的研究. 作者简介王喜全,男。1962年出生,辽宁科技大学环境工程系。研 环境工程,1998,17(4):27—30. 究方向:环境废水及污水处理,环境废水及大气监测。 (收稿日期:2OO8一O1—15) 维普资讯 http://www.cqvip.com

・26・ 可达90%E7 J。Mardnez GEs J等人发现,超临界流体ILVlX的萃 取结果与乙睛超声波萃取18 h的效果相当。郝艳霞等E9]采 取膜萃取法(甲苯为萃取剂,聚偏氟乙烯中空纤维为膜器)处 理1fT盯废水,去除率达95%。对于炸药废水中不溶污染物 的去除可考虑采取膜分离技术。Locke J.G.El0]使用聚砜超 滤膜处理炸药加工废水,处理水量7.6 m3/d,固体炸药颗粒 经0.04 pan聚砜超滤膜后被回收,超滤出水经过2级活性炭 过滤后排放。 单独的物理方法存在着许多不足,如活性炭吸附法的活 性炭再生困难,热解被吸附炸药存在爆炸危险lLl ,且饱和炭 再生后疏松、易碎l12 J,利用焚烧法又存在安全隐患和尾气净 化、炉渣处理等问题,币 用反渗透法存在耗费较高等问题,因 此需要结合其他处理方法来对炸药废水进行处理,才能达到 有效降低污染和保护环境的目的。 1.3化学处理技术 化学法按照类型可以分为化学中和法、化学沉淀法、化 学还原法和化学氧化法。 1.3.1化学中和法 在火炸药生产及其配套的废酸处理等过程中,产生各类 酸性或碱性废水。利用化学中和法投加中和剂来调节pH 值达到中性,以生成盐类和沉淀去除污染物。中和法可分为 投药中和法和过滤中和法2种,某军械厂利用变速中和滤池 处理硝化棉酸性废水,最大处理量为8 kt/d,当废水中硫酸 质量浓度为3.1 g/L,或含硫酸2.9—3.1 g/L和2.2— 2.3 g/L时,处理后的pH值均可达到6.2—6.6t¨。采用化学 中和法不能彻底地去除炸药废水的污染物,一般需要结合化 学沉淀法进行处理。 1.3.2化学沉淀法 化学沉淀法是利用炸药废水中的硝基化合物与部分季 铵盐形成难溶络合物,去除此络合物便可去除炸药污染物。 如1fT盯可与大分子阳离子表面活性剂N一牛脂基一1,3一二 氨基丙烷形成不溶性的络合物,使废水中的TNT质量分数由 1×10— —1.5×10一 减至1×10一 以下[13j。 1.3.3化学还原法 化学还原法是通过化学还原反应将废物转变成无害的 物质或转化成容易再处理的物质,常用的化学还原剂有:二 氧化硫、亚硫酸钠、硫酸亚钠和硼氢化钠等。火炸药物质含 氧量较高,某些组分本身就是氧化剂,这是用还原法销毁火 炸药的有利条件。有研究表明用金属偶,如cu—zn,cu—Fe 处理TNT废水,去除率为94%以上,出水中TNT质量浓度可 降至0.5—1.0mg/L,BOD/COD从0.17增加至0.5,使生化可 降性得到了提高l14,15 ̄。 1.3.4化学氧化法 化学氧化法是炸药废水物化处理中最重要的方法,主要 有以下几种。 (1)光催化氧化技术。波长在254—400眦的紫外光能 量为475—300 kJ/tool,而多数有机物结合能为500—300 kJ/tool,两者能量相当,因此,紫外光照射能够使有机物分子 中的电子由基态跃迁至激发态,发生光化学反应,导致有机 物分绥l16]。但有研究和应用表明,单纯使用紫外光照射,部 分炸药分子只是发生了形式的转化而未最终矿化,中间会产 生一系列的副产物,表现在对于COD的去除效率不高l”J。 因此,一般需要将紫外光照射结合其他氧化处理技术对炸药 废水进行处理,如uv/H202和uV/(_)3体系等。美国海军的 AndrewsE J等人利用IⅣ/H202系统对弹药销毁过程中弹丸 倒空时产生炸药进行降解,效果非常好,绝大部分的炸药被 完全分解为c02、H2O以及NO3一,该系统可以处理TNT的最 高质量浓度为140 mg/L,RDX最高为50 mg/L,反应时间仅仅 在2—3 h。中国工程物理研究院化工材料研究所曾对炸药 废水采用uV/ 方法进行处理,设备运行情况良好。 (2)超临界水氧化(SCWO)。超临界水氧化技术是一种 前景广阔的有毒害难溶废弃物的处理新技术,是在湿式空气 氧化法(WAO)的基础上发展起来的。当温度和压力超过水 的临界点(374 oC,22.1 MPa)时,水呈超临界状态。将超临界 水氧化法运用到炸药废水的处理,可以快速高效地对炸药污 染物进行降解,使之转化为c02和n2o。美国Los Alalno8国 家实验室进行了超临界水氧化火炸药的实验研究。该系统 的装置设计能力190 L/d,反应器的设计运行温度为400— 650℃,压力为25.3—35.5 MPaEI9J。中国工程物理研究院化 工材料研究所近年来也大力开展了这方面的研究,唐绍明等 人采用在温度400 oC、压力26 MPa的实验条件下对TNT、 RDX、HMX溶液进行处理,5 rain去除效率在99.9%以上。在 超临界水中,以空气、氧或H202作为氧化剂,硝化纤维 (NC)、油(NG)、DNT、TNT、RDX、ILVlX被水解氧化。反 应没有温度和压力的剧烈增加,最终产物是氮、c02、H:OE20J。 对于DNT废水,可使其在超临界水中加入氧化剂(H202和 0,)被氧化。DNT初始质量浓度为346.0 mg/L,总有机碳 (TOt2)为1 840 mg/L。反应在1个20 c|玎3的间歇式反应器和 2个120 cma/min的连续流反应器中进行_2 。在间歇式反应 器中,在超临界温度(374—500 oC),27.6 MPa的压力条件下, TOC的降解与时间无关,去除率约为99%。 目前的SCWO工业化装置还非常少,尤其是国内这方面 的研究还比较薄弱,即使部分企业能够生产出SCWO的工业 装置,但其核心部件仍然采用的是国外技术。相对而言国外 关于S,C3r ̄O技术由于研究时间较早,显得比较成熟一些,已 经有部分企业建立了中试设备,如美国海军、美国陆军、美国 能源部国家工程实验室以及美国桑地亚国家实验室等。但 是超临界技术还没有真正实现工业化的装置,主要是因为耐 腐蚀性和高压容器等的制作技术和成本过高等原因了 其快速推广,不过可以肯定的是随着这些技术难点的解决, 超临界水氧化技术肯定会得到广泛的应用。 (3)超声波空化氧化。超声波空化氧化处理炸药废水, 其反应最终产物是短链有机酸、cth和无机离子 J。反应机 理是利用声波涡蚀(acoustic cavitaiton)形成瞬时超临界水,快 速完全降解有机成分。分析认为,有机成分的氧化降解分3 步:被-OH氧化,高温分解,被超临界水氧化。 (4)湿式空气氧化法。此法是在耐高温高压、耐腐蚀的 反应器中进行的,以0)为氧化剂将有机污染物分解为co2、 H2O。据报道,用该法处理TNT红水以及双基火药时,在340 ℃、14.8 MPa情况下,火炸药去除率为96%一99%E23 3。 (5)Fenton法及类Fenton法o Fenton法及其类Fenton法 的实质是利用FIe2 或紫外光(uv)、氧气等与H202之间发生 链式反应,催化生成・OH,氧化分解水中的污染物。且Fe2 维普资讯 http://www.cqvip.com ・27・ 还可在一定的pH条件下形成Fe(OH)3,产生一定絮凝作用。 u等[圳采用Fenton试剂(H20210 g/L,Fe2 80 mg/L)处理7O mg/L的TNT废水,黑暗处24 h内100% 被破坏,其中 4JD%矿化;接下来使之暴露于光中,矿化率超过90%。An. draws[18J于1980年报道了利用 02+uv可成功处理 T废 2004,12(1):30—33. [6]何德文.白腐真菌处理难生物降解的有机废水研究.工业水处 理,20O0,2o(3):16一l8. [7]郭新超,周军,黄永勤,等.物理化学法处理炸药废水研究进展. 给水排水,2001,27(5):45—49. 【8jMartlnezG,Ho CH,GfistWH.Supercrieticalfluid extraction of explo- 水。Zoh等【25J发现,RDX和mⅨ中碳最多只有37%转化为 c02,仍有63%甚至更多的有机碳残留,溶液的COD可能还 比较高,而且其中污染物种类及其毒性还难以估计。因而, 为使废水中 、RDX等与COD能同时降解到一个比较理 slves and rr ̄tabolitesfrom compostedsoil.Anal Lett,1995,28(8):l 499 —1 5l1. [9]郝艳霞,李键生,王连军,等.膜萃取法在TNr废水处理中的应 用.南京理工大学学报,2001,15(5):543—546. [10]Locke JG.Treatmentand recycle ofhigh explosive contaminated 想的水平,需增加反应时间,但这会使该工艺处理效率与经 r 济性受损。另外,该类方法的处理效果与反应时间受废水水 质的影响较大,因此在炸药废水处理的研究与应用中,必须 针对具体的原水水质选择合适的技术及参数。 (6)臭氧法及组合臭氧法。臭氧氧化处理1M等炸药废 水,反应速度快,可有效降解TN1 8, 引。但是仅使用臭氧 法对炸药废水进行处理不容易满足废水排放的有关标准,而 且臭氧气体有毒,利用率不高,采用臭氧法还存在耗电量大, 成本较高等问题,因此,需要寻求提高臭氧处理效率的途径。 组合臭氧法是目前研究最多的技术之一,如“紫外光助臭氧 氧化法”、“ 02+03氧化技术”等。美国某工程公司[HJ 就采用uV+ 法处理RDX与HMX等炸药废水。关于炸药 废水的化学氧化处理技术的研究还很多,主要集中在高级氧 化技术(AOPs)。Bose等【27,28】曾开展AOPs处理RDX废水研 究,选择利用uV、uV+ 02、03、03+ 02以及UV+03技 术,结果表明,这些AOPs技术对RDX废水的处理都有一定 的功效,并证实紫外光(uV)、 02的确能提高臭氧的氧化能 力,uV+03反应25 arin使RDX全部降解,而 + 02反应 仅12 min即可实现。但也同时发现,H202+03法与其他 AOPs技术一样,在处理RDX的过程中也产生1,3一二硝基 一1,3,5三氮环已一5烯和1一硝基一1,3,5三氮环已一3,5 一烯等副产物。 2结语 火炸药工业带给人们进步的同时,也有许多问题急需得 到解决,尤其是在火炸药工业废水的环境污染问题上,必须 严格对待,处理合格后才能排人环境,避免严重的环境污染 事故。无论哪种方法对炸药废水进行处理都是事后解决问 题,要想真正实现环境友好,最关键就是控制污染物的产生 与排放。只有减少排放,高效利用原料,采取清洁生产技术 才能最大限度避免炸药污染物对环境的污染。当然,对不可 避免的污染排放也必须加强治理技术的研究,通过人工治理 减少污染排放。 参考文献 [1]孙荣康,瞿美林,陆才正.火炸药工业的污染及其防治.北京:兵 器工业出版社.1990. 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