新型高效離心萃取機(jī)處理含酚廢水的技術(shù)現(xiàn)狀

新型高效離心萃取機(jī)處理含酚廢水的技術(shù)現(xiàn)狀

????含酚廢水是化工工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的高毒性、難處理廢水，主要來(lái)源于煤化工、石油化工、苯酚生產(chǎn)及酚醛樹(shù)脂廠等。例如，煤氣化過(guò)程剩余氨水中含酚量達(dá)到4000~6800mg/L，煤焦油加工粗酚精制產(chǎn)生酚水濃度達(dá)到3000~4000mg/L。然而酚類(lèi)化合物又是有機(jī)化工生產(chǎn)的基本原料，在化學(xué)工業(yè)中有著廣泛的用途。因此，處理工業(yè)含酚廢水，一方面應(yīng)使其含酚量大幅度下降，減少對(duì)環(huán)境的污染，另一方面則應(yīng)盡量回收廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)，使其變廢為寶。

????多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)含酚廢水的治理和回收做了大量工作，并已研究出多種方法，主要包括物理法、化學(xué)法、生物法和聯(lián)合處理技術(shù)幾大類(lèi)。筆者總結(jié)了目前較常用的含酚廢水治理技術(shù)，并對(duì)各種方法的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)做出了展望。1溶劑萃取法

????溶劑萃取法是目前最成熟的處理工藝，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)含酚廢水的治理上。該方法是利用難溶于水的萃取劑與廢水接觸，實(shí)現(xiàn)酚類(lèi)物質(zhì)的相轉(zhuǎn)移。其優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備投資少、占地面積小、操作方便、能耗低，同時(shí)能有效回收廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)，適用于高濃度含酚廢水的治理。缺點(diǎn)則是萃取過(guò)程中返混嚴(yán)重，易造成溶劑損失和二次污染。

????萃取劑影響著萃取操作的效果以及萃取產(chǎn)物的質(zhì)量、組成、分離程度，因此選擇經(jīng)濟(jì)又高效的酚類(lèi)回收和可再生萃取劑是含酚廢水萃取技術(shù)的實(shí)施關(guān)鍵。目前工業(yè)上使用較多的傳統(tǒng)型萃取劑有苯、重苯、N-503煤油、醋酸乙脂、異丙醚、苯乙酮、磷酸三丁酷(TBP)等。其中N-503是最常用的高效脫酚萃取劑，單級(jí)萃取率可達(dá)95 %以上。但萃取后的廢水含酚量仍不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，適合作為一級(jí)回收處理。欲使廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，須進(jìn)行二級(jí)生化處理。而目前新研制開(kāi)發(fā)的萃取劑如上海大學(xué)Z.Li等合成的N-辛酸毗咯烷(OPOD )?，對(duì)苯酚的萃取性能更好，脫酚效率高，萃取分配比高達(dá)400以上。朱某等采用碳酸二甲酷DMC}30J對(duì)含酚廢水進(jìn)行萃取處理，也取得了較好的結(jié)果，并指出DMC是優(yōu)良溶劑，在儲(chǔ)運(yùn)、使用中安全性高，毒性小，是值得推廣的綠色溶劑。

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????Chufen Y等以甲基異丁基酮(MIBK)作為萃取劑處理煤氣化含酚廢水，廢水含酚量5000mg/L，CODcr值為20000mg/L，pH值10。工藝流程圖如圖2.1所示，待處理廢水進(jìn)入靜態(tài)混合器，與來(lái)自萃取塔的溶劑MIBK并流混合，萃取溶劑和廢水體積比(相比)1:6，經(jīng)萃取作用后，進(jìn)入油水分離器靜止24min，萃余液進(jìn)入萃取塔，再次經(jīng)過(guò)多級(jí)逆流萃取。經(jīng)處理后的廢水總酚去除率超過(guò)93%, CODCr值也大幅度降低，去除率超過(guò)了80%。所用萃取劑可采用精餾法分離再生，滿(mǎn)足循環(huán)萃取要求，同時(shí)能有效回收酚類(lèi)物質(zhì)。

隨著絡(luò)合萃取劑的研究開(kāi)發(fā)，絡(luò)合萃取技術(shù)已在工業(yè)含酚廢水的治理上得到廣泛應(yīng)用。顧某等使用絡(luò)合萃取劑為20%TBP一煤油溶液，與酚形成1:1的絡(luò)合物，對(duì)酚濃度為300Um叭的堿渣廢水單級(jí)萃取率超過(guò)90%，有效降低了堿渣廢水對(duì)后續(xù)生化處理的沖擊?；げ窟B云港研究院采用自行開(kāi)發(fā)的新型萃取劑}[33}處理水楊酸生產(chǎn)中含酚量高達(dá)6000~12000mg/L的離心廢水，萃取率高于99.5 %，反萃取率高于99%分配比達(dá)100以上，而且溶解度小，消耗量小，分層速度快。Xu等應(yīng)用新型固定相絡(luò)合萃取劑QH-1的研究結(jié)果顯示，當(dāng)相比為1:14:1，轉(zhuǎn)速為2500~4000r/min，苯酚的單級(jí)萃取效率高于95%，分配系數(shù)高達(dá)108.6，用15%NaOH反萃再生效率可達(dá)99%，該法應(yīng)用于單級(jí)或多級(jí)固定床中可以除去較寬濃度范圍的含酚廢水，具有操作范圍廣、容易再生、處理效果好等特點(diǎn)，是具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)、高效、可靠的新型絡(luò)合萃取劑。

1.2乳化液膜分離技術(shù)

????乳化液膜是1968年美國(guó)某公司的華裔科學(xué)家發(fā)明的一種新型的分離技術(shù)。與溶劑萃取技術(shù)相比，乳化液膜技術(shù)具有選擇性高、相傳遞面積大、分離效果好等優(yōu)點(diǎn)，并可以實(shí)現(xiàn)萃取、反萃取一步完成的目的，適用于工業(yè)操作。由于液膜分離技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊，因而受到世界各國(guó)科學(xué)家們的重視，研究成果層出不窮。（CWL-M離心萃取機(jī)處理含酚廢水的技術(shù)現(xiàn)狀?）

????20世紀(jì)70年代初期，Cussler成功研究出含流動(dòng)載體的乳化液膜，使液膜的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。M.Xiao等[36)在近期的研究中采用硅膠液膜負(fù)載PDMS和氫氧化鈉溶液，考察流速、酚濃度溫度和pH四個(gè)因素對(duì)酚滲透率以及總傳質(zhì)系數(shù)(OMTC的影響，發(fā)現(xiàn)V=2.0 L/d, pH=13.0, T=50℃時(shí)對(duì)質(zhì)量濃度高達(dá)5 OOOm叭的酚去除率大于95 % } OMTC達(dá)到了10"'m/s，該研究也為液膜法在高濃度含酚廢水處理研究上提供了新思路。

2.2.1.3吸附法

????吸附法是一種傳統(tǒng)的含酚廢水處理方法，是利用比表面積較高的多孔吸附劑將廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)吸附回收。此方法的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、凈化效率高、吸附量大、吸附選擇性高等，但只適用于低濃度含酚廢水的處理。按其使用的吸附劑不同可分為固體吸附法、樹(shù)脂吸附法等。

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????目前國(guó)內(nèi)外使用較廣泛的固體吸附劑有活性炭、活性碳纖維、磺化煤、粉煤灰、以及膨潤(rùn)土等。固體活性炭的吸附容量大，對(duì)高、低濃度含酚廢水均有較好的去除效果，但其吸附劑的再生過(guò)程有一定困難。而活性碳纖維(ACF)相比于粉末或顆粒狀活性炭，具有吸附容量大，吸附、解吸速率高，再生條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在含酚廢水處理中的應(yīng)用研究逐漸增加。郭某等通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)對(duì)活性炭纖維吸附廢水中的酚進(jìn)行了研究，測(cè)定了吸附等溫線(xiàn)，考察了活性炭纖維的用量、苯酚濃度，以及過(guò)柱流速對(duì)吸附性能的影響。結(jié)果表明，活性炭纖維對(duì)苯酚的動(dòng)態(tài)吸附容量為256mg/g;隨著活性炭纖維用量的增加，處理水穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng);苯酚濃度越高，穿透時(shí)間越短;過(guò)柱流速越大，穿透時(shí)間越短。

樹(shù)脂吸附法是采用大孔徑樹(shù)脂作吸附劑，降低廢水中的酚類(lèi)有機(jī)物濃度。例如美國(guó)科學(xué)工作者在20世紀(jì)}o年代研制的Amberlite XAD系列樹(shù)脂，具有孔隙率高、吸附容量大、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)目前也相繼開(kāi)發(fā)出H系列、GDX系列、NKA系列樹(shù)脂，其性能已接近或超過(guò)國(guó)外產(chǎn)品。如謝某等在超臨界條件下研究發(fā)現(xiàn)NKA-II樹(shù)脂對(duì)苯酚有較強(qiáng)的吸附能力，同時(shí)能將廢水中酚類(lèi)化合物有效回收，降低能耗。圖2.2為樹(shù)脂吸附法處理含酚廢水的典型工藝流程。

1.4蒸汽脫酚法

蒸汽脫酚法原理是利用含酚廢水中揮發(fā)酚可與水蒸汽形成共沸混合物的特性，當(dāng)揮發(fā)性酚的蒸汽壓與水蒸汽的蒸汽壓之和超過(guò)外界壓力時(shí)，含酚廢水就開(kāi)始沸騰，并促進(jìn)揮發(fā)酚由液態(tài)轉(zhuǎn)入氣態(tài)。同時(shí)，由于酚在氣態(tài)中的平衡濃度大于酚在水中的平衡濃度，當(dāng)含酚廢水被加熱至95~100℃時(shí)，使其從脫酚塔頂部向下噴淋，與從塔底向上流動(dòng)的水蒸汽連續(xù)進(jìn)行接觸對(duì)流，廢水中的揮發(fā)性酚立即轉(zhuǎn)入到水蒸氣中，從而達(dá)到含酚廢水凈化的目的。蒸汽脫酚法主要用于高濃度揮發(fā)酚的處理上，回收酚的質(zhì)量好，不帶進(jìn)其他污染物。

1.5超聲波降解法

????超聲波是一種高頻機(jī)械波，具有波長(zhǎng)短、能量集中的特點(diǎn)。超聲降解廢水中酚類(lèi)化合物主要源于聲空化一液體中空腔的形成、振蕩、生長(zhǎng)、收縮至崩潰，及由此引發(fā)的物理、化???變化。液體聲空化的過(guò)程是集中聲場(chǎng)能量并迅即釋放的過(guò)程?？栈荼罎r(shí)，在極短時(shí)間內(nèi)并且在空化泡周?chē)臉O小空間內(nèi)，產(chǎn)生5000K以上的高溫和大約5X10乍a的高壓，溫度變化率高達(dá)109K/s，并伴隨強(qiáng)烈的沖擊波及時(shí)速達(dá)400km的射流或兩者同時(shí)出現(xiàn)，這就為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，提供了一種新的非常特殊的物理環(huán)境，開(kāi)啟了新的化學(xué)反應(yīng)通道(as-as]。目前，一般認(rèn)為超聲降解酚類(lèi)化合物有三個(gè)主要途徑:高溫?zé)峤?、·OH自由基氧化以及超臨界水氧化。國(guó)外學(xué)者Christian Peterier等研究了氯代苯酚、苯酚等的超聲波化學(xué)降解過(guò)程，發(fā)現(xiàn)這些酚類(lèi)化合物最終都被完全礦化為HCI ,H2O、?CO和CO2.

????盡管超聲技術(shù)具有操作方便、高效、無(wú)污染或少污染的特點(diǎn)，是一項(xiàng)很有前景的水處理新技術(shù)。但目前國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)研究的報(bào)導(dǎo)并不多。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，超聲技術(shù)仍然存在效率低，成本高的問(wèn)題。因此，還需要加強(qiáng)其降解機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究，探討超聲波和其它處理方法相結(jié)合，如US/O?,US/H2O2