含酚廢水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

周玉玲

內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開(kāi)發(fā)有限公司

含酚廢水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

周玉玲

內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開(kāi)發(fā)有限公司

含酚廢水是一種較為常見(jiàn)的有害廢水，具有來(lái)源廣、數(shù)量多、危害大、難降解的特點(diǎn)，主要來(lái)自石油化工、煤化工和制藥行業(yè)。苯酚進(jìn)入人體后會(huì)引起蛋白質(zhì)變性和凝固;當(dāng)水中苯酚的質(zhì)量濃度大于10 mg/L時(shí)，將引起魚(yú)類(lèi)等水生生物的死亡;用質(zhì)量濃度大于100 mg/L的苯酚廢水灌溉會(huì)造成農(nóng)作物減產(chǎn)或枯死。因此，研究含酚廢水的處理技術(shù)對(duì)于保護(hù)環(huán)境具有重要意義。本研討論了含酚廢水處理技術(shù)使用范圍，以及為含酚廢水的處理提供一些參考和建議。

含酚廢水處理技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

引言

酚類(lèi)化合物屬于芳烴類(lèi)化合物，主要來(lái)源于焦化石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)中。含酚廢水主要包括苯酚、對(duì)硝基苯酚和氯酚等有毒有害污染物，是一種典型的難降解有機(jī)廢水。這種廢水若不經(jīng)處理任意排放，會(huì)對(duì)人體、水體、魚(yú)類(lèi)以及農(nóng)作物帶來(lái)嚴(yán)重危害。因此，美國(guó)衛(wèi)生機(jī)構(gòu)規(guī)定飲用水中酚的含量必須低于1mg/L，而我國(guó)工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)亦規(guī)定工業(yè)廢水中酚含量不得高于5mg/L。鑒于含酚廢水的嚴(yán)重不良影響，大力開(kāi)展含酚廢水的治理研究，不斷改進(jìn)含酚廢水的處理技術(shù)，是保護(hù)環(huán)境和造福人類(lèi)的重要任務(wù)。

一、氣化含酚廢水的危害

雖然魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)產(chǎn)生的廢水具有水量大、污染范圍廣、危害大、難處理等特點(diǎn)，但是該氣化技術(shù)氣化合成氣中所含的甲烷含量可觀，仍是當(dāng)前各建設(shè)單位心中較為理想的煤制天然氣項(xiàng)目氣化技術(shù)路線選擇。考察含酚廢水的危害性，主要在于廢水中的酚類(lèi)化合物。酚類(lèi)化合物屬于原型質(zhì)毒物，具有使蛋白質(zhì)變性和凝固的功能，有很強(qiáng)的殺菌效果，且對(duì)一切活體都有毒殺作用，這也是含酚廢水(酚含量較高)不能直接采用生化處理的原因。這里有一個(gè)量化的概念，即當(dāng)飲用水中酚類(lèi)污染物含量達(dá)到0.001mg/L時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生難聞的氣味；當(dāng)酚類(lèi)污染物含量超過(guò)0.002mg/L時(shí)，將會(huì)影響到人的身體健康；當(dāng)酚類(lèi)污染物含量達(dá)到0.1～0.2mg/L時(shí)，水體中的魚(yú)將不能食用；當(dāng)酚類(lèi)污染物含量達(dá)到6.5～9.3mg/L時(shí)，水體中的魚(yú)類(lèi)等水生生物將會(huì)大量死亡；當(dāng)酚類(lèi)污染物含量高于100mg/L時(shí)，此類(lèi)廢水若直接用于農(nóng)作物灌溉，將會(huì)造成農(nóng)作物大量減產(chǎn)或枯死。對(duì)人體而言，若長(zhǎng)期飲用被酚類(lèi)物質(zhì)污染的水，將會(huì)引起貧血、頭暈以及神經(jīng)系統(tǒng)病癥，而且酚類(lèi)物質(zhì)溶解于水，不僅能夠引起中毒等癥狀，還是世界公認(rèn)的致癌物質(zhì)。因此，如果含酚廢水得不到有效處理，將對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害，因此，大力開(kāi)展新型煤氣化技術(shù)的研究，盡量減少含酚廢水的產(chǎn)生，并立足當(dāng)前實(shí)際情況，加大對(duì)已經(jīng)建成開(kāi)車(chē)的魯奇碎煤加壓氣化裝置水處理設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，是環(huán)境保護(hù)和造福人類(lèi)的重要任務(wù)，勢(shì)在必行。

二、物理法

(一)萃取法

萃取法是利用酚類(lèi)物質(zhì)在萃取劑和水中的溶解度的不同，采用不溶于水的萃取劑萃取酚類(lèi)物質(zhì)，是工業(yè)上常用的廢水脫酚方法之一，但該法操作復(fù)雜，廢水中酚含量很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且萃取劑多價(jià)格昂貴，在處理過(guò)程中萃取劑微量溶于水造成損失，故該方法易造成二次污染、增加成本。

(二)吸附法

吸附法利用吸附劑將酚類(lèi)從水中移除，當(dāng)吸附達(dá)到飽和后，再用蒸汽、堿液、有機(jī)溶劑等進(jìn)行解吸脫附。目前，活性炭、大孔樹(shù)脂、磺化煤、膨潤(rùn)土是吸附劑的主要類(lèi)型。活性炭的比表面積較大，微孔結(jié)構(gòu)豐富，吸附容量大。El-Naas等用棗椰核制備活性炭，可充分吸附苯酚質(zhì)量濃度為88mg/L的煉油廢水和質(zhì)量濃度為100mg/L的苯酚溶液，采用乙醇作為再生溶劑，經(jīng)4次再生后，吸附效率仍超過(guò)86%。無(wú)選擇性和相對(duì)較差的機(jī)械強(qiáng)度限制了活性炭的廣泛應(yīng)用，和活性炭相比較，大孔樹(shù)脂由于其在復(fù)雜條件下吸附量大、機(jī)械強(qiáng)度高而更有優(yōu)勢(shì)。Qiu等用傳統(tǒng)的懸浮聚合法制備以丙烯酸酯為基本組分的交聯(lián)共聚物(BMS樹(shù)脂)，對(duì)質(zhì)量濃度高達(dá)93000mg/L的苯酚溶液進(jìn)行處理，吸附量最高可達(dá)1000mg/g，飽和BMS樹(shù)脂很容易完全再生，在重復(fù)使用時(shí)吸附能力不變。采用吸附法處理含酚廢水可回收酚類(lèi)，降低廢水毒性，有利于后續(xù)處理。但是吸附法也存在一些問(wèn)題，如活性炭再生困難，大孔樹(shù)脂成本較高。因此，尋找制作廉價(jià)高效活性炭的方法和原料，降低大孔樹(shù)脂的生產(chǎn)成本，開(kāi)發(fā)新型高效低價(jià)吸附劑是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

三、化學(xué)法

(一)氧化法

氧化法有化學(xué)氧化法、濕式氧化法、催化氧化法。化學(xué)氧化法主要是通過(guò)外加氧化劑(過(guò)氧化物、高錳酸鉀、臭氧、氯系氧化劑或光照等)與溶解在水體中的酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到降解有機(jī)物的目的，但是這種方法氧化劑生產(chǎn)成本高、易形成二次污染，使其應(yīng)用受到一定程度的限制；濕式氧化法是在化學(xué)氧化法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種優(yōu)良的污水處理技術(shù)，它是在高溫、高壓下，利用外加氧化劑將有機(jī)污染物氧化降解從而達(dá)到去除污染物的目的，該法的突出優(yōu)點(diǎn)是能徹底氧化高濃度、難降解污染物，缺點(diǎn)是因要求高溫、高壓而大大增加了投資成本和運(yùn)行成本；催化氧化法是在有催化劑的條件下降解有機(jī)污染物的過(guò)程，該法也主要是通過(guò)過(guò)渡金屬或其氧化物做催化劑產(chǎn)生羥基自由基，從而高效降解酚類(lèi)等有機(jī)物，該法對(duì)催化劑的技術(shù)含量要求比較高，技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，如果使用貴重金屬，成本會(huì)很高。

(二)電解法

在電解反應(yīng)中，中間產(chǎn)物或者終極產(chǎn)物會(huì)有很高的化學(xué)活性，對(duì)處理含酚廢水有較顯著的效果。表1對(duì)比了兩種電解法在處理含酚廢水時(shí)的差異。

表1 兩種電解法處理含酚廢水的比較

(三)芬頓氧化技術(shù)

芬頓氧化是通過(guò)H2O2和亞鐵離子作用形成具有極強(qiáng)氧化能力的芬頓試劑，進(jìn)而將難降解有機(jī)物氧化為小分子有機(jī)物或無(wú)機(jī)物。同時(shí)，亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH值至堿性，可以生成Fe(OH)3膠體，通過(guò)絮凝沉淀的方式也可以降低廢水中的COD，可應(yīng)用于煤氣化廢水的深度處理工段。王春敏等用芬頓試劑處理焦化廢水，在最優(yōu)的操作條件下，焦化廢水的COD去除率達(dá)到88.9%，如保持H2O2的總加入量不變，分三批加入，可將COD去除率提高到92%。胡佳欣等采用混凝+芬頓法處理煤化工廢水，通過(guò)正交試驗(yàn)研究了聚合氯化鋁鐵混凝劑和芬頓氧化各反應(yīng)因素對(duì)煤化工廢水處理效果的影響，結(jié)果表明：在最優(yōu)條件下，煤化工廢水的COD去除率可以達(dá)到55.53%。劉璞等采用芬頓氧化+混凝沉淀法處理生化處理后的焦化廢水，研究了Fe2+和H2O2質(zhì)量比、H2O2加入量、PFS投加量、pH值等因素對(duì)COD去除率的影響，COD最高去除率可達(dá)到72.7%，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

四、生物法

生物法具有處理量大、成本低、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用較多的有活性污泥法和生物膜法。該法對(duì)低濃度的含酚廢水處理效果較好，對(duì)于高濃度含酚廢水，傳統(tǒng)生物法的處理效率較低。周超采用LTBR(萊特生物器)工藝處理堿渣廢水，進(jìn)水COD的質(zhì)量濃度為10000～22000mg/L，酚平均質(zhì)量濃度為2235mg/L，經(jīng)過(guò)深度處理后，出水COD的質(zhì)量濃度為500～1200mg/L，酚平均質(zhì)量濃度為1.1mg/L，去除率高達(dá)99%。活性污泥法處理效率高，操作簡(jiǎn)單，工藝較為成熟，是處理低濃度含酚廢水的主要方法，但存在污泥產(chǎn)量大等問(wèn)題。生物膜法是在生物濾池中利用微生物附著在過(guò)濾介質(zhì)表面來(lái)處理廢水的方法，與活性污泥法相比，生物膜法的生物密度更大、耐污力更強(qiáng)、管理更容易。生物膜法包括生物接觸氧化法、生物濾池法和生物轉(zhuǎn)盤(pán)法。Fang等向煤氣化廢水中加入苯酚降解菌，采用生物接觸氧化反應(yīng)器處理，廢水的COD質(zhì)量濃度為2580.7～2710.9mg/L，總酚的質(zhì)量濃度為355.4～403.6mg/L，通過(guò)加入苯酚降解菌，COD的去除率從58%提高至78%，總酚的去除率從66%提高至80%。在混合型反應(yīng)器中結(jié)合附著生長(zhǎng)和懸浮生長(zhǎng)比使用單一方法更有效。Dey等將由滴濾池和曝氣池組成的混合反應(yīng)器和混合型微生物菌落用于處理廢水，該廢水為人工合成廢水，由苯酚和間甲酚組成，底物去除率為71%～100%。

結(jié)束語(yǔ)

化工產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)也給人類(lèi)賴以生存的環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，含酚廢水治理問(wèn)題是國(guó)內(nèi)外普遍重視的一個(gè)問(wèn)題，目前，處理廢水中酚類(lèi)物質(zhì)的方法有很多，歸納起來(lái)主要有物理法、化學(xué)法和生物法。這些方法還處于實(shí)驗(yàn)室的初始階段，暫時(shí)不能帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的規(guī)模不大。此外，基因工程菌的構(gòu)建和原生質(zhì)體融合技術(shù)應(yīng)用的研究是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外科研工作者努力的方向。

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