高效離心萃取機膜萃取技術處理含酚廢水概述與研究進展

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1.1含酚廢水的來源與特性

含酚廢水主要來源于焦化、煤氣、煉油和以苯酚或酚醛為原料的化工、制藥等生產過程，其來源廣、數量多、濃度高、污染面較廣、危害大，是各國水污染控制中列為重點解決的有毒有害廢水之一。如何經濟而有效地治理含酚廢水，一直是國內外研究的重要課題。通常在處理高濃度的含酚廢水(> 1000 mg/L)時，應考慮將酚加以回收利用，使其濃度降至500mg/L以下，再采用吸附、生化、化學氧化等方法進行處理后達標排放。這樣既可減少資源浪費，也有利于廢水的深度處理。在各種工業(yè)中，含酚廢水的形成、數量與特性，隨生產工藝、原料性質、設備情況和操作條件等因素的不同而各有差異。（含酚廢水的分離回收技術及膜萃取技術概述與研究進展）

1.2酚類化合物的分類與性質

????酚類化合物種類繁多，有苯酚、甲酚、氨基酚、硝基酚、蔡酚、氯酚等，它們是苯環(huán)或其他芳香環(huán)上的氫被輕基(-OH)取代而得到的一類化合物，簡稱酚。按其芳環(huán)上所直接連接的輕基數目的不同，可分為一元酚和多元酚;也可按其能否與水共沸并與水蒸氣一起揮發(fā)，而分為揮發(fā)酚與不揮發(fā)酚，一元酚多具有揮發(fā)性(沸點在230℃以內)。酚的物理化學性質與其分子結構有著密切關系。隨著分子中經基數目的增多，酚類化合物的分子量、比重增加，沸點、熔點升高，在水中的溶解度增大。由于酚類是芳香烴的z基衍生物，故它們具有輕基反應和芳烴取代反應的性質。酚類的經基中的氫原子稍能電離，使酚具有弱酸性，可在強堿液中生成酚鹽，但酸性比碳酸略弱些，在生產實際中可利用此性質回收酚。（含酚廢水的分離回收技術及膜萃取技術概述與研究進展?）

酚類化合物引起的污染以苯酚、甲酚最突出。苯酚是種最簡單也是最重要的酚類物質，它的化學反應可代表一般酚的化學性質。苯酚簡稱酚，又名石炭酸，分子式C6H5OH,分子量94.11，比重1.071，熔點42~43℃，沸點182℃，燃點79℃。無色結晶或結晶熔塊，微酸性pKa=9.89)，常溫下能揮發(fā)，放出一種特殊的刺激性臭味，易被氧化，在空氣中變粉紅色，具有毒性大、難降解性等特點。室溫下苯酚微溶于水(82g/L, 20℃),能溶于苯及堿性溶液，易溶于乙醇、乙醚、氯仿、甘油等有機溶劑中，難溶于石油醚。甲酚又稱煤酚，與苯酚的化學活性及毒性類似，也經常同時存在。

1.3含酚廢水的危害

????含酚廢水是一種污染范圍廣、水量大、危害性十分嚴重的工業(yè)廢水，這種廢水不經處理任意排放，會給環(huán)境帶來了嚴重的污染，有害于人類健康及生物的生長繁殖，并且影響經濟的可持續(xù)性發(fā)展。

酚類化合物是一種原型質毒物，對一切生活個體都有毒殺作用。能使蛋白質變性和凝固。若長期飲用被酚污染的水會引起頭暈、貧血以及神經系統(tǒng)病癥;其水溶液很易通過皮膚引起全身中毒;吸入高濃度酚蒸汽或酚液或大量酚液濺到皮膚上可引起急性中毒;酚也是公認的致癌物質，人對酚的口服致死量為530 mg/Kg體重。水體遭受含酚廢水污染后，其氧平衡將受到嚴重破壞。水中含酚0.002~0.015mg/Kg時，加氯消毒就會產生氯酚惡臭，影響飲用水源。水中含酚0.1?~?0.2 mg/L時，魚肉即有臭味不能食用;水中含酚量>10 mg/L，魚類等水生生物不能生存。含酚濃度高于100 mg/L的廢水直接灌田，會引起農作物枯死和減產。酚類化合物已被美國國家環(huán)保局列入129種優(yōu)先控制污染物黑名單中，含酚廢水在我國水污染控制中也被列為重點解決的有害廢水之一。我國酚二類污染物排放標準為0.52 mg/L，而生活飲用水水質標準中揮發(fā)酚類(以苯酚計)0.002 mg/L。（含酚廢水的分離回收技術及膜萃取技術概述與研究進展?）

因此，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，是保護環(huán)境和造福人類的重要任務，勢在必行。

1.4高濃度含酚廢水的分離回收技術概述

????根據含酚廢水的特點，采取切實有效的措施，對其進行綜合治理，在減小廢水對環(huán)境造成污染的同時，回收廢水中的有用資源，以實現環(huán)境效益和經濟效益的統(tǒng)一。

解決含酚廢水的途徑，一是改革工藝，降低廢水含酚濃度，或循環(huán)用水以減少廢水量并提高廢水中含酚濃度，便于回收;二是回收利用和處理，主要方法有:萃取、吸附、蒸汽吹脫、離子交換、化學沉淀、化學氧化、反滲透、生化處理等。一般說來，含酚濃度在100mg/L以上的廢水應先考慮酚的回收，使其濃度降至500 mg/L以下，再采用吸附、生化、化學氧化等方法進行無害化處理后達標排放。本文著眼于高濃度含酚廢水的脫酚處理。目前，分離過程投資常占化工企業(yè)總投資的50~90%，各種新的分離技術不斷發(fā)展。

1.4.1溶劑萃取法

溶劑萃取法是從高濃度含酚廢水中回收酚類物質的主要方法。該法是利用酚類在與水互不相溶的萃取劑中和水中的溶解度不同，將萃取劑與廢水進行接觸，使廢水中酚類物質與萃取劑進行物理或化學的結合，實現酚類物質的相轉移。溶劑萃取法利用負載后的萃取劑通過改變pH值或溫度來反萃再生，分離的酚類化合物得到回收。由于萃取操作設備占地面積小、投資少、操作方便、能耗低，同時能有效回收廢水中的酚類物質，可獲取一定的經濟效益。特別是隨著高效萃取裝置與高溶解度萃取劑的出現，此法在廢水脫酚中正獲得日益廣泛的應用。但是，溶劑萃取過程中兩相密度差小、連續(xù)相粘度大、返混嚴重、難以形成穩(wěn)定出水;存在著極為復雜的影響兩相流動和相際傳質的因素，易造成溶劑損失和二次污染，溶劑再生也對過程的經濟性產生重要的影響。（含酚廢水的分離回收技術及膜萃取技術概述與研究進展?）

1.4.2吸附法

吸附是利用多孔性固體吸附劑的表面吸附污中水中的一種或多種污染物，達到污水凈化的過程。根據酚有一定極性或表面活性的特點，通過多孔固體吸附劑與比表面積起吸附作用，吸附飽和后，用有機溶液、堿液或蒸汽進行解析再生，分離出酚，吸附劑可長期反復使用.

????吸附研究中，最重要的課題是尋找優(yōu)良的吸附劑。吸附劑的吸附能力和吸附動力學受吸附劑孔徑、孔體積、表面積、被吸附物質與吸附劑之間的親和力等因素的影響選擇吸附劑的標準可參照以下幾點:1)高???選擇性和高的吸附容量;2)在操作條件下，足夠大的吸附解吸平衡常數;3)在經過重復的吸收、解吸操作時，具有穩(wěn)定的吸附容量;4)良好的機械性能。目前較為廣泛使用的吸附劑有活性炭、磺化煤樹脂、硅藻土等對酚進行吸附?；钚蕴康奈饺萘看螅瑢Ω?、低濃度廢水都有較好的去除效果，但使其再生有一定的困難，通過電再生活性炭，效果尚可?；钚蕴课娇勺鳛榻够?、煉油、石化廢水的深處理方法。與其相比，磺化煤的吸附容量較小，處理后廢水中含酚量遠達不到排放標準，需進行二級處理。大孔樹脂吸附較其它兩種吸附劑有明顯優(yōu)勢，有大量的孔穴，較大的比表面積和良好的疏水性而且對廢水中酚類物質吸附可逆性好，可以用NaCL-NaOH再生。（含酚廢水的分離回收技術及膜萃取技術概述與研究進展?）

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吸附法一般適于處理組成簡單、低濃度的含酚廢水，預處理要求高。吸附法的優(yōu)點是設備簡單、設備造價低、投資省、處理效果較好、占地面積也小。其缺點是由于其吸附容量有限，難于處理高濃度的含酚廢水;通常一次除酚效率不高，達不到排放的標準，須多次處理或再采用生物化學法處理后，方可排放;再生所需設備龐大，成本較高。

1.4.3膜分離技術

????膜與膜過程是材料科學和過程工程科學等諸多學科交叉結合、相互滲透而產生的新領域。膜分離過程屬于速度分離過程中的一種，以選擇性透過膜為分離介質，當膜兩側存在某種推動力(如壓力差、濃度差、電位差等)時，原料側組分選擇性地透過膜，以達到分離提純的目的。與傳統(tǒng)的分離技術比較，膜技術具有高效、低能耗、過程簡單、操作方便、環(huán)境污染少、易于與其它技術集成等突出優(yōu)點。

可用于含酚廢水分離回收的膜技術主要有:(1)液膜技術;{2)固體膜技術，包括多孔無機膜和具有特定基團的無孔聚合物膜。

(1)液膜技術

????液膜法((Liquid Membrane ?L)是一種新的萃取分離方法，液膜分離的主要特征是萃取過程和反萃取過程在同一反應槽內同時進行并自相禍合，內相傳質比表面大(10m2/m3)，因而傳質速率大，反萃容易。與溶劑萃取相比，液膜分離簡化了工藝流程、強化了傳質過程、傳質速度快、節(jié)能高效、投資與作業(yè)成本低。液膜法處理含酚廢水常用乳狀液膜，采用油包水型液膜，內相試劑為氫氧化鈉溶液，利用酚類物質在各相中的溶解度差，進行萃取與反萃取，從而達到凈化廢水的目的。乳狀液膜法處理含酚廢水時投資費用低。但是乳狀渡膜法需制乳、破乳等工序，工藝過程較復雜。此外，乳液溶脹和破裂限制了內相濃縮液濃度的進一步提高。（含酚廢水的分離回收技術及膜萃取技術概述與研究進展?）

(2)固體膜技術

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