物理、化学方法处理含酚废水研究进展.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 26 日 作者简介：张琪（1980），女，汉族，辽宁鞍山人，研究生，昆明冶金高等专科学校，讲师，研究方向为环境保护。-34-物理、化学方法处理含酚废水研究进展 张 琪 徐 静 谢磊磊 涂 伟 昆明冶金高等专科学校，云南 昆明 650000 摘要：摘要：随着我国工业的腾飞，焦化、石化等行业产生了大量的含酚废水，大量含酚废水排入水体，对人体和环境造成了较大危害。部分对于含酚废水的研究仍停留在实验室阶段的，应将实验室研究成果应用于实际，降低含酚废水对环境、人体的影响。本文对含酚废水处理常用的几种物理、化学方法进行了阐述，对吸附、萃取、高级氧化等脱酚进展情况进行了初步总结，并总结对比了各方法的优缺点、用途及发展趋势。关键词：关键词：含酚废水；吸附；臭氧氧化 中图分类号：中图分类号：TQ116 随着我国工业的飞速发展，焦化、石化等行业产生了大量的含酚废水，含酚废水处理难度大，对环境及人类危害较大，因此含酚废水的处理受到了广泛关注，本文对含酚废水的多种处理方法进行了调研，并对吸附、萃取、高级氧化等脱酚进展情况进行了初步总结。1 含酚废水的来源和种类 酚是一类普遍使用的化工原料，也是许多工业企业生产的副产物，含酚废水主要来源于煤气、焦化、制药、农药、纺织工业和以酚为原料或者酚合成等工业生产过程。含酚废水中的污染物质众多，主要有苯酚、邻（间、对）苯二酚、甲酚、二甲酚以及酚类的卤素或者硝基取代物，如不加以处理，排放到环境中会对人类造成较大的危害1。2 含酚废水的危害 对人体的危害：酚类作为一种原生质高毒物质，对所有生物个体都有毒害作用，可通过与生物体的皮肤等组织接触，或经过代谢吸收等方式进入体内，使得组织细胞失去活力，特别是对生物体的神经系统有较大的亲和力，从而造成全身中毒症状，危害人体健康安全，对人们的正常生活造成严重影响2。对水体的危害：当水体中含有微量的酚类时（0.002-0.015mg/L），进行加氯消毒时会产生氯酚臭，致使水体有特殊的臭味，失去饮用价值，如长期接触、饮用被酚污染的水，可引起头晕、贫血以及神经系统症状。当水中含低浓度酚类时（0.1-0.2mg/L），会使水体中生长的鱼类产生异味，导致无法食用，当酚浓度大于 1mg/L 时，会严重影响鱼类的生殖活动，当水中酚浓度大于5mg/L 时，则会造成鱼类的中毒死亡。对环境的危害：含酚废水的排放不仅对人体会产生较大影响，对农作物也会产生一定的影响。当使用低浓度含酚废水灌溉农田，会导致农作物无法食用；同时，含酚浓度较高的废水则不适宜用于农田灌溉，否则，会致使农作物枯死、减产。3 酚类的相关水质标准 因酚类对人类和环境的危害，含酚废水的防治已引起世界各国的普遍重视，酚类化合物已被列为优先控制污染物黑名单，含酚废水在我国水污染控制中亦被列为重点解决的废水之一，相关的水质、排放标准也对酚类制定了相关标准：如我国地表水环境质量标准中规定挥发酚的最高允许浓度为 0.1mg/L（类）；生活用水卫生标准 城市供水水质标准中规定挥发酚类指标限值为0.002mg/L；城镇污水处理厂污染物排放标准中规定挥发酚和五氯酚的最高日允许排放浓度为 0.5mg/L。4 含酚废水的处理方法 目前，常用的含酚废水处理技术常用的方法有物理方法、化学方法和生物方法三种3，本文仅针对对物理和化学方法进行总结。4.1 物理法 物理法是指在废水处理过程中，通过吸附、萃取等物理方式去除废水中的污染物的方法，该过程不涉及物质的化学性质的变化。中国科技期刊数据库 工业 A-35-4.1.1 吸附法 吸附法脱酚是利用吸附作用将酚污染物吸附到吸附剂上，从而实现酚的去除，在此过程中利用含有孔隙的表面活性剂吸附含酚废水的酚类物质，从而达到脱酚的目的。脱酚过程中材料的比表面积决定了对污染物的吸附程度，吸附剂的再生能力也影响着材料的重复使用性能。炭材料因其具有较高的比表面积、丰富的孔道结构、大量的可调变活性中心而用作催化载体和吸附材料，已广泛应用于含酚废水的处理技术中，此外广泛研究和应用的吸附剂还有树脂、膨润土等。李欣4将改性活性炭用于含酚废水的处理，结果表明，掺杂壳聚糖进行活性炭的改性效果最佳，当掺杂比例达到 1：6 时，最大苯酚吸附量可达 67.1mg/g，较未改性前提高了 116.2%。吴悦5通过对比载铜活性炭、微波辐射活性炭、载铁活性炭和原始活性炭的脱酚性能，认为载铜活性炭的脱酚效果较好，在优化实验条件下，对硝基苯酚和苯酚的去除率分别可达 95.2%和 89.5%，且经六次再生后，载铜活性炭仍能高效的去除水中酚类物质。张平涛1研究结论表明，其实验中采用的四种吸附剂均能有效去除苯酚，其中 NaY 分子筛对 COD 的去除效率最大。同时，实验得出四种吸附剂的最佳投加量及最佳吸附时间为MnO2为130mg、100min，碳粉为130mg、90min，NaY 分子筛为 500mg、70min、粉煤灰为 6mg、60min。苏云瑞6研究结论表明，当改性活性炭用量为0.6g、废水的含酚初始浓度为 200mg/L、pH 范围为6.05-10、反应时间为 60min 的条件下，COD 去除率可该达 92%以上，且改性活性炭经过 5 次的重复使用后，COD 的去除率依旧可达 83%以上。沈亚鹏7等人研究表明，在木奇用量为 1g、吸附温度为 20、振荡时间为 60min、pH 值为 3 条件下，苯酚的去除率可以达到 65.9%。4.1.2 萃取法 萃取法是利用相似相溶原理，通过添加有机萃取剂，使酚从废水中去除的方法，常用的萃取剂有酮、酯、醚类等。齐亚兵8等人研究对比了三种含酚废水萃取工艺，结果表明，含苯酚和苯二酚废水最佳工艺条件为：萃取级数为 6 级和 4 级，萃取相比为 1：3 和 1：4，最佳萃取温度为 40 和 30 秦林新9等人研究结果显示，萃取平衡时间为2min，随着温度的升高（10-70），萃取率下降（95.86-89.16%），随着 pH 值的上升（5.0-9.0），萃取率下降（94.56-85.12%），萃取剂与实验污水体积比增加时（1：6-6：6），萃取率提高（88.31-97.90%）。屈泽鹏10等人进行的兰炭废水脱酚研究表明，在 1级萃取、pH 值为 4，油水比为 1：2 条件时，酚和 COD去除率分别可达 97.8%和 87.9%，章丽萍11等人进行了新型萃取剂环已酮和传统萃取剂（甲基异丁基甲酮、二异丙醚）萃取效果对比实验，结果表明，环己酮的萃取性能优于工业传统萃取剂。4.2 化学法 化学法脱酚，即水体中的酚类物质发生化学反应，进而实现酚类物质的无毒化的处理过程，酚类物质最终转化为水、二氧化碳、有机小分子物质等易降解的无毒物质，再进行分离去除，目前常用的化学法脱酚法有化学沉淀法、化学氧化法、高级氧化法如芬顿（催化）氧化法、臭氧（催化）氧化法等。4.2.1 芬顿氧化法 芬顿氧化法即 Fe2+与 H2O2反应，诱导产生羟基自由基（OH），可快速进行含酚废水的降解，且处理效果较好，（OH）是目前已知在水处理中应用的最强氧化剂，可高效的氧化大部分污染物质12。苗秀荣13等人研究结发现，每升溶液中投加 2g FeSO47H2O 和 4mLH2O2，反应时间控制在 25min，pH 值为 4 时，COD 去除效率最高。齐亚兵12等人实验结果表明，COD 去除率最大化的条件为 H2O2和 Fe2+的物质的量比为 15：1，H2O2的质量浓度为 1205mg/L，pH 为 4。姜波14等人实验结果显示，在 H2O2与 Fe2+分别加入0.3mol 和 0.5mmol、pH 值为 3 时，反应 10min 后，苯酚的去除率高达 97%。刘聪15利用芬顿降解技术为江苏某石化企业含酚废水进行脱酚研究，结果显示挥发酚的去除率可达到98%以上。4.2.2 臭氧催化氧化法 臭氧催化氧化法即在催化剂的作用下，臭氧产生羟基自由基，该自由基具有较强的氧化能力，可分解中国科技期刊数据库 工业 A-36-水中的有机污染物质，同时能够克服臭氧氧化法的一些缺陷。王勇16等人实验结果表明，臭氧投加量与反应时间对 COD 去除的影响较为显著，优化后的反应条件下COD 去除率与单位臭氧量分别为 97.31%和 0.56g/mg。杨青17研究结果显示，苯酚臭氧氧化的最佳工艺条件为：pH 值为 11.3，氧气浓度为 1.6L/min,苯酚浓度为 600mg/L。李树庭18等人研究了非均相臭氧化工艺处理低浓度含酚废水实验，在实验中制备了了 Fe2O3和多组分两种非均相催化剂，两种催化剂在降解含酚废水时均展现了很好的催化作用。谢飞19实验结果显示，最佳的苯酚处理条件为：催化剂（MnO2）0.74mg/L、O3进气量 3.25L/min、水流量 520L/h、曝气量 0.6m/h。4.3 物理、化学法处理含酚废水比较 见表 1。5 结语（1）本文仅对含酚废水处理的部分物理和化学方法进行了研究进展的初步总结，且分析不够深入透彻，对于萃取、高级氧化等方法的分类，萃取剂、氧化剂、催化剂的特点、适用范围、研究进展还需深入整理。（2）很多对含酚废水的物理、化学方法处理均进行了大量的实验研究，且取得了很好的成果，物理和化学方法有各自的优缺点，但是各种方法仍有使用的局限性，例如物理方法仅仅是将含酚物质从废水中吸附出来，并没有彻底的将其转化为无毒无害物质，物理方法后续的处理处置仍需高度关注。（3）部分对于含酚废水的研究仍停留在实验室阶段的，应将实验室研究成果应用于实际，降低含酚废水对环境、人体的影响。参考文献 1张平涛.吸附法处理含酚废水的实验研究J.辽宁化工,2021,50(7):871-973.2国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法(第四版)M.北京:中国环境科学出版社,2002.3曹雨.含酚废水处理技术研究进展J.辽宁化工,2019,48(5):415-420.4李欣.改性活性炭处理含酚废水的研究J.电镀与环保,2020,40(1):65-67.5吴悦,张彩云,蔡泽煌.载铜活性炭对含酚废水的吸附性能J.净水技术,2018,37(9):101-105.6苏云瑞.改性活性炭处理含酚废水研究D.石家庄:河北科技大学,2021.表 1 物理、化学法处理含酚废水比较 处理方法 优点 缺点 用途 吸附法 设备简单，占地面积小，操作方便，效果好，吸附选择性高，吸附剂可重复使用。成本高，吸附剂再生困难，一次处理效率不高，对于高浓度，可生化性差的含酚废水，效果不好。常用于处理含酚浓度低、水质成分单一的废水，一般与其他方法联用。萃取法 环境要求低，设备投资少，工艺简单，占地面积小，效果好，操作方便，能耗低，同时能有效回收废水中的酚类物质，萃取剂可再生。萃取剂的价格比较昂贵，萃取过程返混严重，易造成溶剂损失和二次污染。适用于污染物单一，浓度高等特点的废水处理过程，针对污染严重的废水，效果非常明显。芬顿法 反应时间短、降解速率快、操作过程简便、反应效果显著、适用性强。阴极产生 H2O2的效率并不高，受 p的影响较大，处理后废水中有大量的铁泥产生。广泛应用于煤化工废水、印染废水、垃圾渗滤液、皮革废水等领域。常用于处理难生物降解有机废水的处理，可以单独使用，也可与其他技术协同使用。臭氧氧化法 工艺简单，速度快，占地面积小，氧化电位高、降解效率高、速率高、无二次污染，可以脱色、消毒、杀菌、除臭。臭氧法运行成本比较高，且臭氧氧化要求废水流速和有机物含量较低，不利于大规模的使用。广泛应用于医药、农药废水、印染废水、垃圾渗滤液等废水处理。可处理高浓度、高毒性、难降解废水，中国科技期刊数据库 工业 A-37-7沈亚鹏,耿鹏,李文玲,等.木奇吸附法处理含酚废水J.应用化工,2018,47(10):2158-2161.8齐亚兵,何佳玮,冉佳城,等.萃取法处理含酚废水的工艺J.应用化学,2021,50(4):961-964.9秦林新,张乐,陈作明.甲基异丁基甲酮萃取高含酚废水中苯酚的模拟研究J.西安石油大学学报(自然科学版),2020,35(5):92-121.10屈泽鹏,孙东明,安路阳,等.络合萃取法处理高浓度含酚兰炭废水J.工业用水与废水,2020,51(5):9-13.11章丽萍,戴瑾,魏含宇,等.煤化工含酚废水高效萃取研究J.煤炭科学技术,2019,47(6):219-224.12齐亚兵,何佳玮,冉佳城等.芬顿氧化法用于煤化工含酚废水的深度处理J.能源化工,应用化学,2019,40(6):59-62.13苗秀荣,李同发.芬顿法处理含酚废水的实验研究J.山东化工,2019,48(23):248-252.14姜波,李芬,刘硕.芬顿试剂处理苯酚废水的实验研究J.黑龙江环境通报,2009,33(4):15-22.15刘聪.高浓度含酚废水构成分析及芬顿氧化技术应用J.净水技术,2020,39(2):91-97.16王勇,张耀宗,毕莹莹,等.含酚废水-Fe2O3 催化臭氧氧化参数优化及机理分析J.环境工程技术学报,2022,12(5):1501-1507.17杨青.含酚实验废水的臭氧氧化处理研究J.科技资讯,2009(27):128-129.18李树庭,许振良,黄婕,等.臭氧非均相氧化处理含酚废水效能的研究J.高效化学工程学报,2019,33(5):1232-1239.19谢飞.含酚废水的臭氧氧化处理研究J.山西化工,2012,32(5):82-84.基金项目：昆明冶金高等专科学校基金项目 No.2021XJZK10。