苯酚类废水处理方法

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一、物理法
1、萃取法
由于酚类化合物是有机物,在水相与有机相的溶解度有较大差异,因此可以利用与水不互溶的有机萃取剂与含酚类污染物的废水混合,从而使酚类物质从水相转移至有机相中,以此实现酚类物质从水相中的脱除[8]。

目前萃取法的发展除了选取混合强度更高的反应器之外[9],选择、优化萃取剂也是一个重要方向,其中使用超临界流体进行反应萃取分离是目前萃取法研究的重要方向
[1()]。

由于萃取剂一般都相对昂贵,因此萃取剂一般都需要回收利用。

但由于萃取过程中存在一些副反应、操作过程中也有一定的损失、溶剂会一定程度地溶解于水中,因此萃取法一般只用来处理回收较高浓度的苯酚废水,从而限制了其广泛应用。

2、蒸汽法
蒸汽法用来脱除挥发酚也一种使用时间比较长的方法,主要是利用挥发酚能够与水蒸汽组成一种共沸物的物理特点,当两种物质的总蒸汽压大于外部的压力时,废液就会沸腾,同时挥发酚便会转变为气体。

在传统的蒸汽脱酚塔中,含酚废液喷淋塔顶端向下喷淋,而水蒸气则从下往上流动,两者进行逆流接触,从而使废液中的挥发酚转入气相中,达到脱除挥发酚的目标。

蒸汽法的优点是不使用昂贵的萃取剂、操作比较简便、处理量大、无后续污染,适合处理含挥发酚含量较高的酚类废水[li】,但其也存在蒸汽消耗大、设备体积大、废水处理不彻底的缺点。

3、吸附法
比表面积大、具有多孔结构等特征的物质常常能吸附水体中的污染物。

科研人员使用具有以上特征的吸附剂处理酚类废水,在达到一定吸附量之后,再利用其他手段进行脱附,如通过加热脱附、溶剂脱附、蒸汽脱附等等。

目前使用最为广泛的吸附剂是活性炭吸附剂,其具有吸附总量大的特点,对高含酚量和低含酚量的酚类废水都有很好的吸附效果,但活性炭吸附法也存在着脱附能耗高、脱附产物难以利用等缺点[12]。

也有科研工作者探索使用其他更为廉价吸附剂进行吸附,如焦木素等[13]。

焦木素吸附污染物的能力与活性炭接近,生产原料来源广泛、成本低,可以实现废物再利用,是一种有前途的替代吸附剂。

二、生物法
1、活性污泥法
生物法中最为常用的处理方法为活性污泥法,活性污泥法是通过在水中生存、利用氧气进行有氧化呼吸的细菌和其他水生生物对污水中的污染物进行栏截及分解,从而将有毒性的污染物转化为对环境无害的物质。

活性污泥法处理污水的过程既包括物理过程、化学过程也包括生物化学过程,一方面活性污泥具有较强的吸附和容纳污染物的能力,通过吸附作用将水体中的酚类等有害物质进行拦截,使其从水体中分离;另一方面,好氧细菌在氧气充足的情况下进行有氧呼吸,通过一系列生物化学过程对有机污染物进行利用,分解转化为对环境无害的物质。

酚类可以被很多水处理微生物所利用,是其生长时的碳源,所以活性污泥法也被广泛用于中低浓度酚类废水的处理[14-17]。

由于酚类物质对于微生物有一定生物毒性,高浓度的酚类废水使用生物法处理需要进行预处理,同时活性污泥法的操作技术含量高、对有生物毒性的物质敏感、产生大量活性污泥需要处理,因此难以用来处理较高浓度的苯酚废水[18]。

2、生物膜法 .
生物膜法是通过在曝气池中加入比表面积较大的过滤材料,使微生物在材料表面生长从而形成一层由微生物组成的生物粘膜。

在污水处理流程中,生物滤池的主要作用是当废水流过滤池时,过滤材料会通过物理吸附作用拦截富集酚类等污染物,附着在过滤材料表面的微生物在氧气充足时通过新陈代谢等生化作用将污染物作为营养源利用,从而加速繁殖形成生物滤膜进一步吸附利用污染物,但也存在投资较高、单位处理效率低等缺点【19]。

3、生物流化床法
常规的活性污泥法(好氧法)、生物膜法是当今应用最广泛的废水生物处理方法,具有操作费用低、适用范围广等优点,但也存在着污泥产生量大、处理设备大等问题。

生物流化床法将生物法与流化床技术相结合,具有单位体积负荷大、处理效率高等优点。

杨平等[M]研究发现,在使用此工艺联合厌氧-缺氧-好氧(A2O)工艺处置焦化行业污水时,对于脱氮、化学需氧量(COD)脱除均有良好效果,脱氮效率在97%以上,达到一级排放标准,COD降解率达到90%以上,经过后续混凝沉淀处理后可达到一级排放标准,其处理成本为每吨废水3.6-4.36元。

4、厌氧法
活性污泥法(好氧法)在处理可生化性较差的有机废水时存在着水质波动大、好氧微生物难以适应的问题,为此科研工作者们开发了主要利用厌氧微生物的厌氧法来进行酚类废水的处理。

厌氧生物处理法相对活性污泥法产生的污泥总量更少,由于所需氧气要少得多,因此能耗也相对更低。

但是厌氧法和活性污泥法一样也存在着对毒性物质敏感的特点,将较高浓度的酚类废水直接排入厌氧流程会破坏系统的稳定性,使废水排放难以达标。

为改善酚类污染物对厌氧流程的破坏作用,有研究者将活性炭加入到厌氧池中[21],利用活性炭的吸附作用,将酚类污染物富集于活性炭上,从而降低废水中酚类物质浓度,使厌氧流程的降解能力得到进一步的提高。

5、厌氧-好氧工艺
单独使用厌氧法或者好氧法处理酚类废水都存在着一定的缺点,而通过联用厌氧工艺和好氧工艺则能明显提高污水的处理效率。

雷焦玲等[22]联用双重厌氧工艺和好氧工艺(A20)对酚类工业污水处置时发现,该工艺能够大幅降低处理后污水的COD、酚类污染物浓度以及氨氮指标,使之达标排放。

郑笑彬等[23]采用厌氧固定膜-好氧生物处理工艺处理焦化废水,同时脱除酚类和氰类物质,明显提高COD和氨氮的脱除效率,相对好氧法具有更高的处理效率。

三、化学法
1、化学沉淀法
为使酚类从水相中分离,可在酚类废水中投加相应的沉淀剂,使废水中的酚类物质产生沉淀而从水相中分离[24"25]。

具体实例包括树脂制造行业里所产生的高浓度的酚类废水,其中残余不少甲醛,因此通过蒸发浓缩过程使酚类与甲醛反应生成酚醛树脂沉淀进行回用;在处理煤气站产生的废液中,可加入碱性物质如生石灰等将废液中的酚类转化为有机盐再进行回收利用。

2、焚烧法
焚烧法是目前处理高浓度难降解有机废水的一种较常用的方法,由于某些含酚废水除了含有酚类污染物还含有很多高浓度的难降解污染物,使酚类废水的回收处理难以进行。

因此通过使废液在高温环境下与空气反应,利用氧气将有机物燃烧产生二氧化碳和水的焚烧法是处理此类废水有效途径之一[26_28]。

研究表明[26],在含酚废液中污染物的产热量高于4360千焦/千克时,即可使用焚烧法,此时仅需要添加较少的初始燃料对炉体预热,在点火之后污染物的燃烧反应可以自行发生。

此方法由于操作条件易于控制能实现自动化,适用于各种高浓度难降解有机废水,被越来越多地使用。

但当污染物的产热量偏低时,釆用焚烧法将需要更多的燃料,从而提高处理费用。

同时,当焚烧条件不理想时,有可能会产生其他有毒气体,造成空气污染。

3、化学氧化法
相比焚烧法,化学氧化法是通过往酚类废液中投加氧化剂,通过化学氧化作用将酚类污染物降解为小分子有机物甚至是二氧化碳和水p9]。

在化学氧化法中使用较多的化学氧化剂包括氯气
[3<)-31]、次氯酸钠[3W3]、臭氧[34#]、过氧化氢[36"37]、高锰酸钾[38]等。

化学氧化法能够相对彻底地降解酚类污染物,对其他有机污染物也有降解效果,选择性较低,适用于大多数有机废水。

此外,由于化学氧化法能够打破污染物的结构,使之降解为易于被微生物利用的小分子有机物。

因此,化学氧化法在处理酚类废水的同时也能提高其可生化性。

同时,化学氧化法还具有操作简便、处理速度快、处理率.较高等优点。

由于化学氧化剂一般不能重复利用,因此操作费用偏高,一般用于污水预处理或者深度处理。

四、其他方法
1、湿式催化氧化法
一般湿式氧化法的操作条件严苛,一般需要200摄氏度以上的高温和5个大气压以上的环境压力,在高温高压环境下通入氧气或者空气,使含酚废液在反应器中直接与氧化剂接触降解。

为提高湿式氧化法的可操作性,研究人员开发出湿式催化氧化法,通过在湿式氧化反应器中放置相应的催化剂,从而使氧化反应所需的压力和温度降低,达到提高降解速率、降低操作费用一的目的[39"^]。

陈拥军等人[41]比较了活性炭和氧化铜/氧化铝催化剂用以湿式催化氧化降解苯酚废水的研究,发现当反应温度为140摄氏度、反应一小时之后,废水中苯酚和化学需氧量的去除率分别达到90%以上和88%,使苯酚在较温和的条件下彻底降解。

张秋波等人[42]采用硝酸铜作为催化湿式氧化催化剂处理酚类废水,废水含酚浓度为7.8 g/L,化学需氧量为23g/L,处理后酚类几乎完全去除,化学需氧量降解率达90%。

湿式催化氧化法能够将绝大多有机污染物彻底降解,但其所需的较高的温度和压力依然提高了设备费用,催化剂也存在损失的问题。

因此,开发一种能应用于温和条件下的湿式氧化催化剂是目前研究的热点。

2、电化学氧化技术
电化学技术在污水处理中的应用是当今废水处理研究的新领域,包括电化学氧化、内电解等[43]。

在对酚类、垃圾渗沥液等难降解有机废水领域,此方法能够取得较高的降解效率。

电化学氧化不用额外添加氧化剂,利用施加外部电压,使有机污染物中的电子通过电极转移,转变污染物化学结构而使之被氧化,被应用于?类废水等难以降解的有机废水处理。

电化学氧化法具有氧化势能、降解速度可调节、操作简便、无二次污染等特点,具有一定的实用价值[44][45]。