مقدمة في معالجة مياه الصرف الصحي NMP

إن-ميثيل بيروليدون (N-Methylpyrrolidone)

إن-ميثيل بيروليدون، أو N-Methylpyrrolidone، هو مركب عضوي صيغته الكيميائية C₅H₉NO. يظهر على هيئة سائل شفاف عديم اللون إلى سائل شفاف أصفر فاتح برائحة خفيفة تشبه الأمونيا. يمتزج NMP تمامًا مع الماء بأي نسبة وهو قابل للذوبان أيضًا في الأثير والأسيتون والإسترات والهيدروكربونات المهلجنة والمذيبات العطرية وجميع المذيبات العضوية الأخرى تقريبًا.

إن NMP هو مذيب قطبي غير ذائب معروف بنقطة غليانه العالية، وقوة إذابته القوية، ولزوجته المنخفضة، وثباته الكيميائي والحراري الممتاز. في صناعة الإلكترونيات، يُستخدم على نطاق واسع لإذابة مواد الأقطاب الكهربائية في عمليات طلاء بطاريات الليثيوم. وفي التصنيع الكيميائي، يعمل كعامل استخلاص فعال، وفي الدهانات والأحبار، يعمل كمذيب رئيسي. ومع ذلك، فإن المياه العادمة المتولدة أثناء استخدام NMP صعبة المعالجة وتشكل مخاطر بيئية خطيرة إذا أسيء التعامل معها. ومن ثم فإن الإدارة السليمة لمياه الصرف الصحي الناتجة عن مادة NMP أمر بالغ الأهمية.

1. عملية إنتاج NMP

1.1 المواد الخام: غاما-بوتيرولاكتون (GBL) وميثيل أمين

يتفاعل GBL مع الميثيلامين تحت درجة حرارة وضغط مضبوطين. تهاجم المجموعة الأمينية في الميثيلامين مجموعة الكربونيل في GBL، مكونةً وسيطًا يخضع لإعادة ترتيب داخل الجزيئات لإنتاج NMP. يتطلب هذا التفاعل في الطور السائل محفزات (على سبيل المثال، المحفزات القلوية) لتسريع العملية وتحسين العائد.

1.2 ظروف التفاعل

درجة الحرارة: 150-200°C

الضغط: 2-5 ميجا باسكال

المدة: 3-5 ساعات

تتم مراقبة تقدم التفاعل من خلال تتبع استهلاك المواد الخام وتكوين المنتج.

1.3 الفصل والتنقية

وبعد التفاعل، تتم إزالة المواد الخام والمنتجات الثانوية غير المتفاعلة عن طريق التقطير بالتفريغ. ويتم تكرير NMP الخام من خلال التقطير للحصول على NMP عالي النقاء.

2. مصادر مياه الصرف الصحي غير المعبأة

2.1 عملية الإنتاج

الغسيل المائي: يزيل الغسيل المائي بعد الإنتاج الشوائب والمحفزات، مما يولد مياه صرف تحتوي على آثار من NMP والمنتجات الثانوية والمحفزات المتبقية.

تنظيف المعدات: تختلط المياه المستخدمة في تنظيف معدات الإنتاج (أثناء الصيانة أو تغيير المنتج) مع بقايا NMP، مما يؤدي إلى تلوث مياه الصرف الصحي.

2.2 صناعة بطاريات الليثيوم

طلاء القطب الكهربائي: يستخدم NMP كمذيب في طلاء الأقطاب الكهربائية. وأثناء التجفيف، يتبخر بعض من NMP ويتم التقاطه في أنظمة تنقية الغاز، مكوناً مياه الصرف المحتوية على NMP.

تنظيف الأرضيات: المياه المستخدمة لتنظيف انسكابات المواد المحتوية على مادة NMP في مناطق الإنتاج تصبح أيضًا مياه صرف صحي.

2.3 التصنيع الكيميائي (مثل إنتاج الأراميد)

معالجة البوليمر: يذيب NMP البوليمرات أثناء تخليق الأراميد. ويؤدي الغسيل بعد التفاعل ومعالجة الألياف (مثل التمدد والشطف) إلى توليد كميات كبيرة من مياه الصرف الصحي التي تحتوي على NMP.

استخدامات أخرى: تنشأ مياه الصرف NMP أيضًا من استعادة المذيبات وتنقية المنتجات وتنظيف المعدات في العمليات الكيميائية الأخرى.

3. خصائص مياه الصرف الصحي غير المعبأة

3.1 التركيز العالي

COD (الطلب على الأكسجين الكيميائي): عادةً ما يتجاوز 5,000 ملجم/لتر بسبب NMP والشوائب العضوية الأخرى.

نيتروجين الأمونيا: غالباً ما يتجاوز 500 ملغم/لتر بسبب المركبات الحلقية غير المتجانسة المحتوية على النيتروجين.

قابلية منخفضة للتحلل البيولوجي: ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون COD والتركيب المعقد يجعل المعالجة البيولوجية صعبة.

3.2 السمية الحيوية

يثبط NMP نمو الميكروبات ونشاط الإنزيمات، مما يعطل عمليات المعالجة البيولوجية.

3.3 الثبات البيئي