Zastosowanie w oczyszczaniu ścieków nitrobenzenem-TNT/DNT

Związki nitrobenzenowe (takie jak nitroanilina, nitrobenzen, nitrochlorobenzen i węglowodory polinitroaromatyczne itp.) są jednymi z ważnych podstawowych surowców chemicznych. Są szeroko stosowane w produkcji przemysłowej, takiej jak barwniki, leki, chemikalia, materiały wybuchowe, pestycydy i synteza organiczna, i są najlepsze w przemyśle chemicznym. Dlatego w życie ludzi wkroczyła duża liczba związków nitrobenzenu. Mają stabilną strukturę, nie są łatwe do rozkładu i przekształcenia, są liczne i złożone oraz są bardzo toksyczne dla organizmów. Zwykle takie związki są substancjami wysoce toksycznymi i wysoce rakotwórczymi, a ich toksyczność jest na ogół 20 do 30 razy większa niż w przypadku innych związków.

Ze względu na ich wiele odmian i różną wielkość produkcji, jak dotąd większość procesów produkcyjnych jest stosunkowo zacofana, wydajność nie jest wysoka, reakcje uboczne są złożone, a zwłaszcza odprowadzane ścieki produkcyjne poważnie zanieczyszczają środowisko. Bezpośrednie odprowadzanie ścieków nitrobenzenowych spowoduje powszechne występowanie tych związków w wodzie i glebie, powodując poważne problemy związane z zanieczyszczeniem środowiska. W związku z tym państwo ma rygorystyczne standardy kontroli stężenia związków nitrobenzenu w ściekach, ustalając, że maksymalne dopuszczalne stężenie w ściekach wynosi: 2,0 mg/L dla pierwszego poziomu, 2,5 mg/L dla drugiego poziomu, i 3,0 mg/L dla trzeciego poziomu.

Według statystyk co roku na całym świecie do środowiska trafia około 30000 ton związków nitrobenzenu. Ponadto, wraz z ciągłym rozwojem współczesnego przemysłu chemicznego, zapotrzebowanie na tego typu związki wykazuje wyraźną tendencję wzrostową, w tym światowe zapotrzebowanie na nitrobenzen rośnie w tempie 3,1% rocznie. Wzrośnie także rodzaj i ilość takich związków przedostających się różnymi kanałami do środowiska, a zanieczyszczenie środowiska będzie coraz poważniejsze, bezpośrednio zagrażając zdrowiu człowieka.

Nitrobenzen to jasnożółta, toksyczna, przezroczysta oleista ciecz o smaku gorzkich migdałów. Jego wzór cząsteczkowy to C6H5NO2, jego gęstość wynosi 1,2 g/cm3, jego temperatura wrzenia wynosi 210,8 stopnia, jego temperatura topnienia wynosi -5,7 stopnia, trudno jest rozpuścić w wodzie, ale jest łatwo rozpuszczalny w większości substancji organicznych rozpuszczalniki, takie jak benzen, eter i etanol. W warunkach wysokiej temperatury i wysokiej temperatury nastąpi spalanie i eksplozja, które mogą gwałtownie reagować z HNO3. Grupa nitrowa w nitrobenzenie ma silną zdolność pochłaniania elektronów, co zmniejsza gęstość chmury elektronów na pierścieniu benzenowym, dzięki czemu nitrobenzen jest wyjątkowo stabilny.

Związki nitrobenzenowe (nitrofenol, nitrobenzen, nitrobenzen, chlorobenzen i węglowodory polinitroaromatyczne) są niezwykle ważnymi podstawowymi półproduktami organicznymi w procesach syntezy chemicznej. Są szeroko stosowane w przemyśle chemicznym, tekstylnym, drukarskim i farbiarskim.

Charakterystyka ścieków nitrobenzenowych jest następująca: nitrobenzen jest nierozpuszczalny w wodzie i ma większą gęstość niż woda. Po przedostaniu się do zbiornika wodnego opadnie on na dno i pozostanie niezmieniony przez długi czas, zatem powstałe zanieczyszczenie wody będzie trwało przez dłuższy czas; większość ścieków zawierających nitrobenzen jest odprowadzana w sposób przerywany, a stężenie nitrobenzenu odprowadzanego z różnych procesów produkcyjnych jest również różne.

Jednocześnie ilość ścieków różni się także w zależności od skali produkcji i waha się od kilku ton do kilku tysięcy ton; w procesie produkcyjnym nitrobenzenu, na skutek wahań warunków pracy, takich jak temperatura, ciśnienie, pH oraz odchylenia w ilości nadawy, do ścieków nitrobenzenowych będą powstawały produkty uboczne takie jak dinitrobenzen, które przedostaną się do ścieków nitrobenzenowych, utrudniając oczyszczanie ścieków nitrobenzenowych; w procesie produkcji nitrobenzenu i aniliny konieczne jest dodanie dużej ilości HCl, H2SO4, NaOH oraz katalizatorów metalicznych takich jak Cu, Fe, Al oraz dodatków organicznych.

Z powodu niepełnej reakcji i przenoszenia produktu ścieki nitrobenzenowe zawierają jony metali ciężkich i pewną ilość złożonych substancji organicznych. Jednocześnie ze względu na odchylenie kwasowo-zasadowe pH ścieków zmienia się nieregularnie w szerokim zakresie, co utrudnia oczyszczanie ścieków.

TNT jest materiałem wybuchowym, żółtym lub płatkowym proszkiem, trudnym do rozpuszczenia w wodzie i może być używany do podwodnego strzału. Ze względu na dużą moc jest często używany jako detonator wtórny. TNT otrzymuje się przez nitrowanie i rafinację toluenu kwasem azotowym i kwasem siarkowym. Po nitrowaniu toluenu odprowadzane są duże ilości kwasu odpadowego i kwaśnej wody (znanej również jako woda żółta), a po rafinacji powstają ścieki alkaliczne (znane również jako woda czerwona).

Ścieki TNT charakteryzują się: złożonym składem, stabilnymi właściwościami chemicznymi, a zawarte w nich substancje to na ogół trudne do rozkładu materia organiczne o wysokim stężeniu, które są bardzo szkodliwe; większość substancji zanieczyszczających jest ostro toksyczna, co może powodować ostre lub przewlekłe zatrucie ludzi i ssaków, może przenikać do gleby i zbiorników wodnych i jest trudna do rozkładu przez zwykłe mikroorganizmy.

DNT jest ważnym półproduktem wielu produktów chemicznych i niezbędnym półproduktem do produkcji materiałów wybuchowych TNT. Ścieki DNT to alkaliczne ścieki organiczne powstające podczas przygotowania, rafinacji i przemywania DNT. Ścieki DNT charakteryzują się: niezwykle złożonym składem, zawarte w ściekach nitrozwiązki mają stabilną strukturę, są rakotwórcze i biologicznie toksyczne, a w procesie degradacji łatwo powstają inne, bardziej toksyczne półprodukty.

Zasadniczo obecną technologię oczyszczania ścieków nitrobenzenowych można podzielić na proces separacji i proces konwersji.

Proces separacji polega na oddzieleniu substancji zanieczyszczających od ścieków za pomocą grawitacji, siły dośrodkowej itp. Ogólnie rzecz biorąc, właściwości chemiczne substancji zanieczyszczających nie ulegają zmianie podczas procesu separacji; powszechnie stosowane procesy separacji obejmują adsorpcję, odpędzanie, ekstrakcję, koagulację i wytrącanie, separację membranową i destylację;

Proces konwersji polega na zmianie charakteru chemicznego zanieczyszczeń poprzez działanie chemiczne lub mikrobiologiczne, przekształcenie ich w substancje nietoksyczne lub zmniejszenie ich toksyczności w celu spełnienia norm emisji. Typowe procesy konwersji obejmują: utlenianie mikrosilnikowe, utlenianie Fentona, utlenianie fotokatalityczne, metodę biologiczną, elektrochemiczne utlenianie katalityczne itp.