有机硫类农药是一类含有硫元素的有机化合物作为活性成分的农药,主要用于防治农业病虫害。这类农药通常具有良好的杀虫、杀菌或除草效果,并且相对其他类型农药而言,有的品种毒性较低,对环境的影响相对较小。有机硫类农药范围很广,其中又包含不同类别的农药,虽然都归为有机硫类,但由于应用范畴不同,结构不同。目前有机硫类农药一般包括代森类有机硫杀菌剂、沙蚕毒素类杀虫剂和福美系列杀菌剂。其中福美系列的年产量较小,每年约 4000-6000 吨(折百原药)。代森类有机硫杀菌剂和沙蚕毒素类杀虫剂年产量较大,分别在 4 万吨和 8 万吨左右。
本文主要介绍生产量较大、适用范围较广的代森类有机硫杀菌剂(即二硫代氨基甲酸酯类化合物代森锰锌、代森锌、代森铵、代森钠等)及沙蚕毒素类杀虫剂(杀虫双、杀虫单、杀螟丹等)两类有机硫农药的生产工艺及废水特点。
一、代森系列有机硫农药生产工艺路线
代森类杀菌剂生产工艺有钠法和氨法两种,其区别在于,钠法是由代森钠与硫酸锌(硫酸锰)合成生成代森锌(代森锰),而氨法则是由代森铵与硫酸锌(硫酸锰)合成代森锌(代森锰),所用原料前者为 30%液碱,后者为 20-25%氨水。代森锰锌的后续生产工艺均为代森锰与氯化锌(硫酸锌)络合生成代森锰锌,两条工艺路线所用的主要原料基本相同,消耗定额略有区别。下文仅介绍氨法生产工艺:
(1) 代森铵的合成
将配制好的氨水、二硫化碳及乙二胺投入反应釜中合成代森铵,反应结束后将未反应的二硫化碳分离,回收套用。反应方程式如下:
(2) 代森锰、代森锌及代森锰锌的合成
向代森铵溶液中分别投加定量的硫酸锰,经反应后生成代森锰。在该反应釜中投加定量的氯化锌、焦亚硫酸钠,合成代森锰锌,反应结束后离心分离,并用清水洗涤,甩干出料,干燥后即得代森锰锌。反应方程式如下:
(3)工艺流程示意图及污染物排放节点
二、 钠法、氨法合成代森系列有机硫农药工艺路线分析及废水特点
由钠法和氨法两种生产工艺流程及排污节点可以看出,钠法合成代森锰及代森锰锌废水排放点是在代森锰合成后的抽滤母液及洗水,而氨法合成代森铵、代森锌、代森锰废水排放点是在代森锰与氯化锌络合后的抽滤母液及洗水,由代森锰锌生产企业污水产生及水质因工艺路线而废水排放量有较大区别,钠法污水产生量小于氨法,钠法产生的废水不含氨氮,而氨法因所用原料为氨水,产生的废水中含有大量硫酸铵。
钠法产生的废水量比较少,且不含氨氮,有利于环境保护。但钠法生产工艺过程复杂,较难控制,在代森钠的合成中需分两步进行,滴加二硫化碳后还需分批向反应釜中加入氢氧化钠溶液,以控制 pH 值在要求的范围内,否则反应副产物将增加。另外反应生成的代森锰需离心脱水后,再进入络合釜与锌盐进行代森锰锌的合成。该法产品含量较低,流程较长且操作比较复杂。而氨法生产代森锰锌生产工艺简单,便于控制,生成的代森锰不必过滤,与锌盐在同一釜直接进行络合反应。相对钠法,该法收率较高,产品含量较钠法高。
BT含盐废水蒸发器
代森锰锌生产过程中产生的废水通常含有较高的有机物、重金属离子、硫酸铵等污染物,可以采用絮凝沉淀、催化氧化、氨吹脱或博特多效或MVR硫酸铵蒸发结晶设备等方法去除废水中的金属离子及硫酸铵等污染物,盐分及有机物浓度有降低的废水进入厌氧及好氧生化处理系统进行生化处理,末端必要的深度处理确保水质稳定达标。
三、沙蚕毒素系列有机硫农药生产工艺
杀虫双、杀虫单及杀螟丹同属沙蚕毒素类仿生型农药杀虫剂,因此其作用机理与用途基本相同。杀虫双、杀虫单及杀螟丹毒理机制是阻止昆虫神经细胞触点在中枢神经中的传递,使昆虫麻痹而达到杀虫目的。它们对害虫具有较强的触杀和胃毒作用,并兼有一定的熏蒸作用。它是一种神经毒剂,能使昆虫的神经对于外来的刺激不产生反应。因而昆虫中毒后不发生兴奋现象,只表现瘫痪麻痹状态。据观察,昆虫接触和取食药剂后,最初并无任何反应,但表现出迟钝、行动缓慢、失去侵害作物的能力,停止发育、虫体软化、瘫痪,直至死亡。它对昆虫类天敌影响小,无抗性,无残毒。
杀虫双、杀虫单及杀螟丹杀虫谱广,可用于防治水稻、蔬菜、甘蔗、果树、茶树等多种作物上的多种食叶类、钻蛀类害虫,有些品种对蚜虫、螨类、叶蝉、飞虱、蓟马等害虫也有效。
杀虫双的工艺路线一般由胺化、酸氯化、磺化三个生产步骤组成。流程叙述及反应方程式如下:
(1)胺化反应(N,N-二甲基烯丙胺的合成):
在蒸胺釜中加入二甲胺、液碱,在夹套中通入蒸汽,将蒸出的二甲胺冷凝后通入胺化釜中,同时滴加氯丙烯进行胺化反应,生成烯丙胺。反应方程式如下:
(3)磺化反应(杀虫双的制备):
将大苏打在水中溶解加入液碱并补加溶剂甲醇后滴加氯化物盐酸盐进行磺化反应,反应结束后过滤除盐渣,滤液即为杀虫双原药。反应方程式如下:
(4)杀虫双(单)生产过程中产生的主要污染物为废水,废水产生点为蒸二甲胺时产生的废水、酸化反应结束后的蒸出水。
工艺流程示意图及污染物排放节点见下图:
(5)杀虫双(单)废水处理
杀虫双(单)水污染物主要是在蒸二甲胺过程中产生的蒸胺废水,因该废水含盐量高达 20%左右,直接进行生化处理,有机物去除率(COD)极低。适合采用博特多效或MVR盐溶液蒸发器对废水进行预处理,脱除废水中的盐分,并采用微电解或催化氧化等预处理措施提高废水的可生化性,可生化性提高后的废水进入生化处理系统及深度处理系统。最终废水实现达标排放。