周玉玲
內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(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
周玉玲
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含酚廢水是一種較為常見的有害廢水,具有來源廣、數(shù)量多、危害大、難降解的特點,主要來自石油化工、煤化工和制藥行業(yè)。苯酚進入人體后會引起蛋白質(zhì)變性和凝固;當(dāng)水中苯酚的質(zhì)量濃度大于10 mg/L時,將引起魚類等水生生物的死亡;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)對于保護環(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
酚類化合物屬于芳烴類化合物,主要來源于焦化石油、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廢水。這種廢水若不經(jīng)處理任意排放,會對人體、水體、魚類以及農(nóng)作物帶來嚴(yán)重危害。因此,美國衛(wèi)生機構(gòu)規(guī)定飲用水中酚的含量必須低于1mg/L,而我國工業(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,大力開展含酚廢水的治理研究,不斷改進含酚廢水的處理技術(shù),是保護環(huán)境和造福人類的重要任務(wù)。
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,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目氣化技術(shù)路線選擇??疾旌訌U水的危害性,主要在于廢水中的酚類化合物。酚類化合物屬于原型質(zhì)毒物,具有使蛋白質(zhì)變性和凝固的功能,有很強的殺菌效果,且對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。這里有一個量化的概念,即當(dāng)飲用水中酚類污染物含量達(dá)到0.001mg/L時,就會產(chǎn)生難聞的氣味;當(dāng)酚類污染物含量超過0.002mg/L時,將會影響到人的身體健康;當(dāng)酚類污染物含量達(dá)到0.1~0.2mg/L時,水體中的魚將不能食用;當(dāng)酚類污染物含量達(dá)到6.5~9.3mg/L時,水體中的魚類等水生生物將會大量死亡;當(dāng)酚類污染物含量高于100mg/L時,此類廢水若直接用于農(nóng)作物灌溉,將會造成農(nóng)作物大量減產(chǎn)或枯死。對人體而言,若長期飲用被酚類物質(zhì)污染的水,將會引起貧血、頭暈以及神經(jīng)系統(tǒng)病癥,而且酚類物質(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,將對自然生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害,因此,大力開展新型煤氣化技術(shù)的研究,盡量減少含酚廢水的產(chǎn)生,并立足當(dāng)前實際情況,加大對已經(jīng)建成開車的魯奇碎煤加壓氣化裝置水處理設(shè)施進行升級改造,是環(huán)境保護和造福人類的重要任務(wù),勢在必行。
(一)萃取法
萃取法是利用酚類物質(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),而且萃取劑多價格昂貴,在處理過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從水中移除,當(dāng)吸附達(dá)到飽和后,再用蒸汽、堿液、有機溶劑等進行解吸脫附。目前,活性炭、大孔樹脂、磺化煤、膨潤土是吸附劑的主要類型?;钚蕴康谋缺砻娣e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86%。無選擇性和相對較差的機械強度限制了活性炭的廣泛應(yīng)用,和活性炭相比較,大孔樹脂由于其在復(fù)雜條件下吸附量大、機械強度高而更有優(yōu)勢。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樹脂),對質(zhì)量濃度高達(dá)93000mg/L的苯酚溶液進行處理,吸附量最高可達(dá)1000mg/g,飽和BMS樹脂很容易完全再生,在重復(fù)使用時吸附能力不變。采用吸附法處理含酚廢水可回收酚類,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題,如活性炭再生困難,大孔樹脂成本較高。因此,尋找制作廉價高效活性炭的方法和原料,降低大孔樹脂的生產(chǎn)成本,開發(fā)新型高效低價吸附劑是未來的發(fā)展趨勢。
(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)氧化法主要是通過外加氧化劑(過氧化物、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物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而達(dá)到降解有機物的目的,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)點是能徹底氧化高濃度、難降解污染物,缺點是因要求高溫、高壓而大大增加了投資成本和運行成本;催化氧化法是在有催化劑的條件下降解有機污染物的過程,該法也主要是通過過渡金屬或其氧化物做催化劑產(chǎn)生羥基自由基,從而高效降解酚類等有機物,該法對催化劑的技術(shù)含量要求比較高,技術(shù)相對復(fù)雜,如果使用貴重金屬,成本會很高。
(二)電解法
在電解反應(yīng)中,中間產(chǎn)物或者終極產(chǎn)物會有很高的化學(xué)活性,對處理含酚廢水有較顯著的效果。表1對比了兩種電解法在處理含酚廢水時的差異。
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H2O2和亞鐵離子作用形成具有極強氧化能力的芬頓試劑,進而將難降解有機物氧化為小分子有機物或無機物。同時,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,通過正交試驗研究了聚合氯化鋁鐵混凝劑和芬頓氧化各反應(yīng)因素對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)。
生物法具有處理量大、成本低、無二次污染等優(yōu)點,目前應(yīng)用較多的有活性污泥法和生物膜法。該法對低濃度的含酚廢水處理效果較好,對于高濃度含酚廢水,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%?;钚晕勰喾ㄌ幚硇矢撸僮骱唵?,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)量大等問題。生物膜法是在生物濾池中利用微生物附著在過濾介質(zhì)表面來處理廢水的方法,與活性污泥法相比,生物膜法的生物密度更大、耐污力更強、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)合附著生長和懸浮生長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%。
化工產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時也給人類賴以生存的環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染,含酚廢水治理問題是國內(nèi)外普遍重視的一個問題,目前,處理廢水中酚類物質(zhì)的方法有很多,歸納起來主要有物理法、化學(xué)法和生物法。這些方法還處于實驗室的初始階段,暫時不能帶來明顯的經(jīng)濟效益,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)前國內(nèi)外科研工作者努力的方向。
[1] 白志強,張玉秀,張敏,等. 近十年中國苯酚降解菌特性研究的文獻(xiàn)統(tǒng)計分析[J]. 農(nóng)業(yè)圖書情報學(xué)刊,2012,24(4):65-69.
[2] 易江華,章傳力. 含醚化酚廢水處理的研究[J]. 染料與染色,2012,49(2):42-43.
[3] 秦麗姣,鄧德剛,周彤. 煉油廢堿渣處理方案的探討[J]. 當(dāng)代化工,2014,43(8):1464-1467.