CWL-M高效离心萃取设备处理含酚废水治理的研究进展
酚及其衍生物是工业废水中常见的高毒性、难降解的有机物,主要来源于煤化工、石油化工厂、制药厂、苯酚及酚醛树脂生产厂等。酚醛树脂厂每生产It树脂需要排放750 L含酚废水(酚含量在600~2 000 mg/L之间)。当废水中酚的质量浓度>200 mg/L时,就会对生物处理产生抑制作用,而人体长期饮用被苯酚污染的水可引起头昏、痉痒、贫血及各种神经系统症状。酚类化合物是美国环保署(EPA)列出的129种优先控制污染物之一,含酚废水也是我国需要重点治理的有害废水之一。国内外含酚废水的处理��法主要包括吸附法、萃取法、氧化法以及生物技术,笔者将对含酚废水治理技术的研究进展及前景作一评述。(CWL-M高效离心萃取设备处理含酚废水治理的研究进展)
1吸附法
吸附法是一种简单、易行的废水处理方法,使用较广泛的固体吸附剂有活性炭、磺化煤、膨润土等。活性炭的吸附容量大,对高、低浓度含酚废水均有较好的去除效果,但其再生有一定的困难。磺化煤以及膨润土的吸附容量较小,经其处理后的废水中的含酚量达不到排放要求,需对其进行改进。相对于粉末或颗粒状活性炭,活性炭纤维(ACF)具有吸附容量大,吸附、解吸速率高,再生条件温和等优点。姜某等研究发现,ACF对酚的吸附容量为275.1 mg/g,吸附饱和的ACF可用10%的NaOH溶液再生,重复使用3次,其吸附效率无明显变化。Qu等采用O3_ACF联用技术使ACF的孔径减小、孔数增加、表面积增加,使对含酚废水的处理效果大大增加。
树脂吸附法是采用大孔径树脂作为吸附剂,具有孔隙率高、吸附容量大、机械强度高等优点。国内目前也相继开发出H系列、GDx系列、NKA系列树脂,其性能己接近或超过国外产品。华南理工大学在超临界条件下研究NKA-II树脂的吸附再生情况,结果表明,其对酚有较强的吸附能力,能将废水中酚类化合物有效回收,减少损失。(CWL-M高效离心萃取设备处理含酚废水治理的研究进展)
2萃取法
2.1溶剂萃取法
溶剂萃取法是利用难溶于水的萃取剂与废水接触,使废水中酚类物质与萃取剂结合,实现酚类物质的相转移。其优点是设备投资少、操作方便、能耗低,同时能有效回收废水中的酚类物质,适用于高浓度含酚废水;缺点是萃取过程中褪混’夕严重,易造成溶剂损失和二次污染。使用较多的传统型溶剂萃取剂有苯、N-503煤油、异丙醚、磷酸三丁酯( TBP) , 803树脂等。而新开发的溶剂萃取剂,如N-辛酞毗咯烷(OPOD),对酚类物质的萃取效果更好,分配比高达400。
随着络合萃取剂的研究开发,络合萃取法己在工业上得到广泛应用。胡俊杰等n}采用自行开发的新型水杨酸萃取剂(HLE)处理含酚量为6 000~12 000 mg /L的废水,萃取率高达99.5%,分配比达100以上,而且溶解度小,分层速度快。Xu等}s}应用新型固定相内弯弧形筋片扁环型络合萃取剂(QH-1)的研究结果显示,当相比为1 1~4.1,转速为2 500~4000 r/min时,对酚的单级萃取效率高于95%,分配系数高达108.6;而相比采用4.5 :1,转速为3 000 r/min时,萃取效率在99%以上,用15%的NaOH溶液反萃取,再生效率可达99 %,具有操作范围广、容易再生、处理效果好等特点。(CWL-M高效离心萃取设备处理含酚废水治理的研究进展)
2.2液膜法
Xiao等采用硅胶液膜负载(PDMS)和NaOH溶液的研究结果表明,流速为2.0 L/d、温度为50℃,pH=13.0、酚浓度为5 000 mg /L时,其对废水中酚的去除率在95%以上,传质系数(OMTC)达到了10-7m/s 。
3氧化法
3.1湿式氧化法
湿式氧化法是在高温、高压下通入空气,使废水中的有机物直接氧化降解。在此基础上,加入适宜的催化剂能有效降低反应的温度和压力,提高氧化分解能力,缩短反应时间。用湿式氧化法处理高浓度含酚废水,当催化剂存在时,温度可降至150 ℃,压力降为0.5 MPa,同时加入H2作氧化剂时,酚的去除率可达99 %。但由于湿式催化氧化法对设备要求高(耐高温、耐高压、耐腐蚀),且催化剂的损耗大,因而需寻找适合温和反应条件下高效、经济的催化剂。(CWL-M高效离心萃取设备处理含酚废水治理的研究进展)
3.2光催化氧化法
TiO2的光学、化学性质稳定,无毒,价廉易得。利用Tiq粉末光催化氧化研究的理想目标是能利用太阳能,大大提高光量子效率,降解各类废水中的有机污染物.
Fenton试剂法常被用于深度处理含酚废水。该方法是在含有二价铁离子的酸性溶液中投加H2O2时,产生2种活泼的氢氧自由基,从而引发和传播自由基链反应,加快有机物和还原性物质的氧化速度。与TiO相比,它具有产生·OH迅速的优点。
将UV引入Fenton体系,能提高·OH的产量和有机物的矿化程度,但UTV-Fenton法处理高浓度有机废水的能力有限。张乃东等[l3]将草酸盐引入CTV-Fenton体系,可有效提高对UV和可见光的利用率,进而提高对高浓度含酚废水去除效果。
3.3电催化氧化法
的研究结果显示,以NaCI溶液作电解质,在电流密度为61.4 mA/cm²的情况下,20 min内即可使450 mg/L的苯酚溶液中苯酚的去除率达7 8%,超过40 min可完全去除苯酚溶液中的苯酚;当进水中酚浓度为3 100 mg /L、电流密度为54.7 mA /cm²时,3h内苯酚的去除率高达98%。采用与涂覆钦基平板电极相同的方法,将掺Sb的SnO2涂覆在钦泡沫颗粒上,制成Ti-SnO2 Sb205三维粒子电极处理苯酚废水,当电流密度为100 A/m2时,电耗为6.3 kA·h/kg苯酚,能耗仅为5 kW·h/kg(COD)。(CWL-M高效离心萃取设备处理含酚废水治理的研究进展)
能耗费用直接影响电催化氧化法处理含酚废水在实际中的应用,因此,研究热点主要集中在研制高性能的阳极和利用三维电极的电化学反应器,以大幅度降低废水的处理成本并提高处理效果。
3.4超声波化学氧化法
超声波化学氧化法的原理是超声波辐射溶液,产生高温( >5 000K)的空化气泡及强氧化性物质(如·OH),使难降解有机物完全氧化降解。Christian研究了氯代苯酚、苯酚等的超声波化学降解过程发现,这些酚类化合物最终都被完全矿化为HCI, H2O, CO和CO2。与其他水处理技术相比,该法仍存在处理量少、费用高的问题,目前仍属探索阶段。
4生物处理法
4.1活性污泥法
活性污泥法的基本原理是利用活性污泥中的好氧菌及其他原生动物对水中酚等物质进行吸附和氧化分解,把有害物质转变为稳定的无害物质。其优点是设备简单,处理效果好,受气候条件影响小等;缺点是预处理要求高,运行开支较大。Sami等采用序批式间歇活性污泥法(SBR)处理酚浓度为1 050 mg/L的废水,总曝气时间设定为6h,酚去除率可达80%以上,且对COD以及氨氮保持较高的去除率。而Chinhan等采用SBR工艺处理100~1000 mg /L含酚废水时,将SBR分为填充、反应、处理和再生4个阶段,并分别考察了在填充阶段进行曝气和不曝气两种情况,发现曝气系统降解酚的反应时间少于不曝气系统,且效果更好。
4.2生物接触氧化法
生物接触氧化法(ASFF)兼有生物膜法和活性污泥法的优点,在染料废水的处理中己取得良好的效益。该法采用人工曝气和将填料完全浸没在污水中的手段,使微生物以固定生物膜的形态附着于填料表面,与所需净化的污水相接触,从而对水中有机污染物进行降解与转化。采用多段ASFF法处理含酚废水,酚的去除率可达99.99%.(CWL-M高效离心萃取设备处理含酚废水治理的研究进展)
4.3生物流化床
近年来,将膜分离技术与生物反应器相结合用于废水处理的研究日益广泛。这种新型膜生物反应器结构紧凑、可处理高浓度含酚废水,显示出了良好的应用前景。Vinod采用生物流化床技术成功使水中酚浓度从1 250 mg/L降至50 mg/L以下。Wodzimierz等将生物固定化技术与三相生物流化床相结合,用于新型高效含酚废水生物处理技术的研究,发现载气速度为0.041 m/s,停留时间为45 h, pH值控制在6.5-7.0时,温度选择在28~30℃, COD由53 400 mg/L降为950 mg/L,并且系统对酚类物质也有很高的去除率。
5小结
传统的物理法如吸附法和溶剂萃取法是目前成熟的含酚废水处理工艺,具有操作范围广、再生简单、处理效果好等特点。随着新型吸附剂以及络合萃取技术的开发,吸