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        含酚廢水處理工藝

        標簽:含酚廢水處理

        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、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。在實際含酚廢水的處理中,對高濃度的含酚廢水,首先應考慮將酚加以回收利用;對含酚濃度較低、無回收價值的廢水或經回收處理后仍留有殘余酚的廢水,則必須進行無害化處理,做到達標排放,以實現經濟效益與環境效益的統一。下面將概述含酚廢水處理工藝的研究進展、發展趨勢。

        含酚廢水處理工藝

        1、好氧-厭氧工藝

        好氧或厭氧條件下生物降解有機物的能力都具有一定局限性,但采用厭氧-好氧組合工藝,結果會有很大改善。采用厭氧-缺氧/好氧(A-A/O)工藝對焦化廢水進行處理,不僅可除酚,出水的COD與NH3-N均可達標,是對現有焦化廢水活性污泥法處理的一種有效改良。采用厭氧固定膜-好氧生物處理工藝(即改進的A/O工藝)處理焦化廢水,在去除酚與氰的基礎上,可大幅度降低COD、NH3-N等污染物,效果優于好氧生物處理。

        高降解活性菌種的篩選與培育傳統的生物法大多是對自然界生長的微生物群體經馴化、繁殖后利用,但對酚類等毒性物質,僅靠從自然界獲得的菌種,通常其降解活性有限。為此,許多學者進行了高降解活性菌種的篩選及培育工作。有人用降解五氯酚(PCP)的純菌來增強污泥系統活性,在加入5%~7%的菌量、PCP負荷增加到原來的3倍時,在18 h以內就使出水PCP濃度得到穩定,表現出良好的抗負荷沖擊能力。利用連續流紫外誘變技術直接對活性污泥馴化培育,結果表明,普通活性污泥在苯酚濃度達到1200mg/L時,仍顯示很高的降解活性。顯然,引入高降解活性菌種能提高含酚廢水的降解率,但如何使這些優良菌種長期地在生物處理系統中占優勢,并保持其高降解活性是我們要解決的主要問題。

        2、酶處理技術

        酶是一種高效專一的生物催化劑,自20世紀80年代起,開始了將酶技術用于廢水處理的研究。選用適宜的酶來催化降解含酚廢水已有報道,如用酪氨酸酶可以使苯酚得到降解;用辣根過氧化物酶處理含酚330mg/L的廢水,酚去除率可達97%~99%。但水溶性酶屬一次性消耗,導致處理成本高。為此要解決的主要問題是降低成本、提高酶活性。

        3、固定化細胞技術

        近十幾年來,國內外開展了將固定化細胞技術用于廢水處理的探索研究,以克服活性污泥法中微生物易流失、細胞對毒物的承受能力低等缺點。用紅磚碎粒為載體固定脫酚菌,可將該菌種24h大耐酚能力由游離細胞的不足180mg/L提高到固定細胞的820mg/L左右,脫酚菌經固定后,反應速率增大,降解酚的能力大大增強。用惡臭假單胞菌美國型技術49451構造的固相細胞膜反應器處理酚,可使濃度高達2000~3500mg/L的酚完全降解,而懸浮狀態下的惡臭假單胞菌只能處理濃度小于1000mg/L的酚。固定化細胞技術還處于研究階段,要投入實際應用,還面臨許多問題。

        4、氧化處理技術

        1)濕式催化氧化法該法是在傳統的濕式氧化工藝中加入適宜的催化劑以降低反應的溫度和壓力,提高氧化分解能力,縮短反應時間。若配合使用H2O2、O3等氧化劑,則可加大自由基產生的速率,進一步提高廢水處理能力。以Cu(NO3)2為催化劑,濕式氧化處理煤氣含酚廢水(酚7866mg/L,COD 22928mg/L)時,酚、氰、硫的去除率達高,COD去除率達65%~90%。濕式催化氧化法雖對有機物的處理效率高,但由于在高溫、高壓下反應,對設備要求高(要求耐高溫、耐高壓和耐腐蝕),且催化劑的損耗大。因而研究適合于溫和反應條件下高效經濟的催化劑是濕式催化氧化法推廣應用中要解決的重要課題。

        2)光化學氧化法光化學氧化是近十幾年來發展迅速的先進氧化技術,它的反應條件溫和、氧化能力強、適用范圍廣,特別適用于難生物降解的有毒有機物的處理。目前研究較多的是非均相半導體光催化氧化法和均相光氧化法兩大類。非均相半導體光催化氧化法一般可使有機物完全降解,如用TiO2半導體光催化氧化較低濃度的含酚廢水,在pH=4的環境下光解2h,可使酚的去除率高。但是若要投入實際運行,該法還面臨許多問題,如光量子效率低、反應器的設計、固體催化劑的回收和固定化技術以及催化劑的污染與活化等問題都有待于進一步解決。半導體催化劑是該技術實際應用的關鍵,因而經濟、高效催化劑的選擇、改性及固定化技術的研制開發,是該技術在廢水處理中大規模應用面臨的重要課題。與半導體光催化氧化法相比,加入O3、H2O2、Fenton試劑等氧化劑與光一起作用的均相光氧化法,其氧化能力和光解速率都遠遠超過單純的半導體光催化氧化法,而且不存在催化劑的回收與固定、污染與活化等問題,因而是一種十分簡便的廢水處理技術。

        常用的均相光氧化體系有:UV/O3、UV/H2O2、UV/Fenton、UV/H2O2/草酸鐵絡合物等。其中在含酚廢水處理中應用較多的是Fenton試劑,光Fenton氧化法可在較短時間內將酚完全分解,但對組成復雜的實際廢水,完全礦化則需要較長時間的光照及要消耗較大量的氧化劑。從經濟上考慮,光氧化法適于低濃度、少量廢水的處理;對有機物濃度較高的廢水,單純采用光氧化法能耗高、氧化劑用量大,在經濟上是不可行的。用太陽光代替人工電光源,可節省能源、降低成本,具有廣泛的應用前景,但是如何提高太陽光的光效率仍是研究的熱點。

        3)超臨界水氧化法它利用超臨界水(Tc≥374℃,Pc≥22.1Mpa)作為氧化有機物的介質,使氣體、有機物完全溶于廢水中,氣液相界面消失,形成均相氧化體系,大大提高了反應速率,許多有機物在極短時間內就可完全分解,被氧化成H2O、CO2、N2及其他無害小分子,國內外的研究表明,超臨界水氧化法以及其他多種有機物的氧化降解是很有效的。超臨界水氧化法因反應迅速、氧化徹底而倍受關注,國外發達已建成中試及工業化裝置并投入運行,中國在這方面的研究仍處于起步階段。超臨界水氧化法由于在特殊的高溫、高壓狀態下反應,面臨的主要問題是反應器材的腐蝕,對反應器材質要求高、功耗大,因而在一定程度上限制了其工業化應用。研制長期耐高溫、耐腐蝕的反應器材質是該法大規模工業化應用的關鍵。

        4)超聲波化學氧化法超聲波化學氧化法是20世紀80年代后期新發展起來的一種有機污染物高效處理技術,其原理是利用超聲波輻照溶液產生高溫(>5000K)的空化氣泡及強氧化性物質,使難降解有機物在此條件下完全氧化降解、無二次污染。但與其他水處理技術相比,超聲輻射降解法仍存在處理量少、費用高的問題,目前仍屬探索階段,其工業化應用還有許多尚需解決。從環境保護的角度考慮,對含酚濃度低、無回收價值的廢水或經回收處理后仍留有殘余酚的廢水,須進行無害化處理,做到達標排放。鑒于目前含酚廢水無害化技術在實際應用中仍存在一定的局限性,今后應加強以下幾個方面的研究:加強生物處理新工藝、新技術及生化預處理技術的研究。生化法處理量大、處理成本低、無二次污染,且其硬件設施和工藝流程均較成熟。

        可以預見在今后較長的一段時間內,生化法仍將是含酚廢水無害化的主要方法。為提高生化處理,有必要加強旨在提高生化處理效率的生物處理新工藝、新技術及生化預處理技術的研究。加強對先進氧化技術的應用研究。近年來有較大發展的先進氧化技術,可在較短時間內將有機物氧化降解為CO2、H2O及其他低分子無機化合物,去除效率高,氧化速度快,無二次污染,可達到無害化處理的目的,同時也避免了采用生物法處理時間長的缺點,具有很好的應用前景。但要投入實際應用,還面臨諸多問題,如設備投資費用和運行費用高、反應條件苛刻、對反應器材質要求高、處理量小等問題均有待于進一步解決。加強經濟、高效的聯用技術研究??紤]到含酚廢水的復雜與多樣性,單純采用一種方法往往難以達到預期目的,因此要考慮幾種技術的聯用以實現高效、經濟的目的。

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        2021-04-20

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