1、含酚廢水處理技術(shù)的現狀

　　目前有兩類(lèi)方式來(lái)處理含酚廢水。一方面是優(yōu)化生產(chǎn)工藝，將廢水循環(huán)使用或減少廢水排放量從而降低酚總排放量。另一方面對廢水中酚回收，資源化利用。

　　國內主要用物理法、化學(xué)法和生物法等技術(shù)來(lái)處理含酚廢水。

　　1.1 物理法

　?、傥椒?②萃取法;③蒸汽法。

　　1.2 化學(xué)法

　?、僖耗しǎ盒矢?、能耗低，但工藝復雜;

　?、陔x子交換法：弱堿性陰離子交換樹(shù)脂再生和吸附回收酚法;

　?、刍瘜W(xué)氧化法：酸析→氧化→中和→稀釋→排放;

　?、茏贤庋趸ǎ汉訌U水通過(guò)紫外燈反應器，添加雙氧水反應;

　?、莩暡ê凸獯呋趸ǎ捍呋瘎┡c光的作用下進(jìn)行化學(xué)反應;

　?、藁瘜W(xué)沉淀法：投加化學(xué)藥劑將酚類(lèi)物質(zhì)沉淀下來(lái)而被分離回收。

　　1.3 生物法

　?、俸醚跎锾幚矸ǎ禾幚硇矢?、反應速率快，但沖擊負荷、毒物抑制能力太差，不適合處理含較高濃度的酚的廢水;

　?、趨捬跎锾幚矸ǎ菏勾蠓肿佑袡C物被專(zhuān)性厭氧菌和兼性厭氧菌降解為小分子化合物，進(jìn)而被分解轉化為二氧化碳、甲烷的有機廢水的處理方法;

　?、酆醚?-厭氧生物處理法：運用好氧法和厭氧法的協(xié)同作用，去酚率將會(huì )大大改善;

　?、芨呓到饣钚跃N法：高效降解活性微生物誘變活性污泥，能提高含酚廢水中酚類(lèi)物質(zhì)去除率。

　　2、鐵屑微電解法處理有機廢水的原理

　　鐵屑微電解法是以廢水為電解質(zhì)溶液，將廢舊鐵屑或鐵屑與活性炭、石墨等作為原料，在氧化還原、絮凝等多種除污功能下達到處理目的。該法的特點(diǎn)有操作簡(jiǎn)單、運行成本低廉、處理效果較好、設備容易維護等。

　　2.1 腐蝕電化學(xué)作用

　　本次試驗用的原料是鑄鐵和酸，鑄鐵的組成部分主要有硅、碳和鐵，其含碳量超過(guò)2%。當鐵屑浸在含酸的廢水中時(shí)，由于鐵與碳存在電位差，系統內會(huì )發(fā)生微電池反應，其中陽(yáng)極是低電位鐵屑，陰極是碳，在酸性溶液中發(fā)生電化學(xué)反應，生成的產(chǎn)物化學(xué)活性很高，鐵受腐蝕后變?yōu)閬嗚F離子，新生態(tài)的[H]能和廢水中多組分發(fā)生氧化還原反應，此類(lèi)反應能破壞酚類(lèi)物質(zhì)等有機物的結構，這種類(lèi)似強氧化的反應可直接在陽(yáng)極上將酚類(lèi)物質(zhì)等氧化分解。同時(shí)鐵離子具有混凝作用，與帶負電荷的微粒相吸附，形成鐵泥。

　　2.2 鐵的還原作用

　　鐵單質(zhì)或亞鐵離子能將其他氧化性較強的離子還原為毒性比較小的還原態(tài)。除鐵外，可作為還原劑的新生態(tài)的[H]也能降低有機污染物的毒性并可提高其降解性。

　　2.3 氫氧化鐵的絮凝作用

　　在電解過(guò)程中，有機粒子等能將亞鐵離子凝膠在一起，形成以亞鐵離子為中心的絮凝體，從而吸附、捕集和挾裹懸浮于廢水中的膠體并沉降。而且在曝氣和堿性的條件下，在廢水中會(huì )生成具有絮凝作用的Fe(OH)2和Fe(OH)3，能對廢水中膠體或者類(lèi)膠體顆粒起到吸附等凝聚作用。

　　2.4 電化學(xué)附集

　　廢水中形成的原電池在周?chē)a(chǎn)生的電場(chǎng)效應，能破壞分散在廢水中的膠體粒子的穩定體系。膠體粒子沉積或吸附在與電荷相反的電極上，從而使廢水中的膠體態(tài)得到進(jìn)一步的去除。

　　2.5 物理吸附

　　在酸性溶液中，比表面積豐富的鐵屑有較高的表面活性，吸附作用強。

　　2.6 類(lèi)Fenton體系作用

　　鐵在電解過(guò)程中在陽(yáng)極發(fā)生了溶解，反應如下：

　　陽(yáng)極反應生成的Fe2+與陰極反應生成的H2O2構成類(lèi)Fenton體系，便可發(fā)生降解反應如下：

　　產(chǎn)生的羥基自由基，可與廢水中各類(lèi)有機物迅速發(fā)生反應，從而氧化、降解有機物。各類(lèi)有機物與自由基反應的類(lèi)型主要有三種：

　?、佥p基取代反應：指芳環(huán)上的氫受到羥基自由基進(jìn)攻。羥基的存在，使芳環(huán)的二羥基取代物很容易生成，令芳環(huán)發(fā)生間位或鄰位開(kāi)裂;

　?、诿摎浞磻毫u基自由基能直接將烷烴分子上的氫變?yōu)樗陀袡C自由基R?，生成的R?自由基可與水中的溶解氧反應，也可以相互反應：

　　ROO?是強氧化劑，可使有機物上的氫脫除：

　　自由基R?可加一個(gè)氧分子到分子上，使氧化的鏈反應能夠不斷繼續下去，直到有機物徹底氧化;

　?、垭娮愚D移反應：羥基自由基以及有機分子發(fā)生一系列復雜的鏈反應，眾多反應產(chǎn)物等也會(huì )與羥基自由基發(fā)生反應：

　　因為反應產(chǎn)物不會(huì )再使氧化劑產(chǎn)生?OH，對?OH起到了淬滅的作用，中止鏈反應。

　　3、鐵屑微電解-H2O2協(xié)同處理含酚廢水

　　將鐵屑微電解法與H2O2聯(lián)合使用，主要運用微電解產(chǎn)生的亞鐵離子和雙氧水二者聯(lián)合作用，在酸性條件下能產(chǎn)生具有較強氧化性的?OH，甚至引發(fā)更多其他的自由基，由于亞鐵離子起激發(fā)和傳遞作用，故而將一系列復雜的鏈反應維持反應一直到廢水中的雙氧水消耗盡，從而將廢水中的有機物如苯酚氧化。

　　本實(shí)驗以鐵屑微電解-H2O2聯(lián)合法處理含酚廢水，探索不同的反應條件、不同的工藝組合對處理效果的影響。

　　主要研究的內容有：

　?、傧蚍磻髦刑钛b鐵屑填料，考察單因素實(shí)驗確定的最佳工藝條件用于循環(huán)處理含酚廢水的除酚效果;

　?、谙蚍磻髦刑钛b鐵屑填料，同時(shí)在恒定的時(shí)間里加入適量的雙氧水，考察該反應器在鐵屑微電解法與H2O2聯(lián)合作用下循環(huán)處理含酚廢水的除酚效果;

　?、弁ㄟ^(guò)對各項條件實(shí)驗處理結果的分析研究，確定最佳工藝條件。

　　4、實(shí)驗部分

　　4.1 實(shí)驗材料與儀器

　　4.1.1 實(shí)驗材料

　　本次試驗的廢水采用的是人工配水，方案為蒸餾水中加入目標污染物--苯酚，使苯酚濃度達到實(shí)驗的設計要求，設定濃度為苯酚中間液的濃度，即20mg/L。

　　4.1.2 實(shí)驗裝置

　?、僮贤?-可見(jiàn)分光光度計;②恒流泵;③智能型混凝實(shí)驗攪拌儀;④pH計;⑤艾科浦純化水機;⑥移液槍;⑦電熱鼓風(fēng)干燥箱;⑧電子分析天平;⑨雙向磁力加熱攪拌器，反應柱、恒流泵和磁力攪拌器等組成連續試驗裝置，反應柱里面充填事先準備好的鐵屑。

　　4.1.3 實(shí)驗藥品

　?、俦椒?②濃硫酸;③氫氧化鈉;④4-氨基安替比林;⑤氯化銨;⑥氨水;⑦乙醇;⑧鐵氰化鉀;⑨硫酸鋁;⑩濃鹽酸。

　　4.1.4 實(shí)驗方法

　　4.1.4.1 苯酚含量的測定

　　紫外分光光度法測定。苯酚標準中間液的配制：用10mL的移液管從已經(jīng)定容的容量瓶中移取50mL苯酚廢水標準溶液(1000mg/L的標準儲備液)于1000mg/L的容量瓶中，加超純水到容量瓶標定線(xiàn)，將溶液混勻，苯酚濃度為0.010mg/mL。

　　4.1.4.2 染色劑的配置

　?、倬彌_溶液配置(pH大約為10);②2%(m/v)4-氨基安替比林溶液;③8%(m/v)鐵氰化鉀溶液。

　　4.1.4.3 標準曲線(xiàn)的繪制

　　4.1.4.4 水樣的測定

　　用5mL移液管取2.5mL待測溶液于50mL的比色管中，用超純水稀釋?zhuān)尤?.5mL緩沖溶液，再加1.0mL的4-氨基安替比林溶液，再加1.0mL的鐵氰化鉀溶液，設定紫外分光光度計的波長(cháng)為510nm，測出其吸光度，用超純水做參比。

　　4.1.4.5 試驗方法

　　將反應柱倒置，加入高度為10cm的經(jīng)過(guò)處理后的鐵屑，在500mL燒杯中加50mg/L的苯酚模擬廢水500mL，使用H2SO4和NaOH溶液調節pH。將反應柱敞口處與裝廢水的燒杯口用保鮮膜封住，燒杯留一個(gè)小口方便采集水樣和加雙氧水。每隔一段時(shí)間用滴管將一定量的雙氧水加到用于進(jìn)水的恒流泵的進(jìn)水端口處，再將進(jìn)水管端口放進(jìn)廢水中繼續循環(huán)，以保證雙氧水完全參與反應。在反應過(guò)程中用恒流泵將稀硫酸溶液投加到燒杯中，以維持反應體系pH值基本不變。每隔一定時(shí)間，用移液管從燒杯中移取一定量的廢水水樣于燒杯中，用NaOH溶液調節至弱堿性，加微量硫酸鋁進(jìn)行絮凝沉降，對廢水進(jìn)行曝氣至水樣顏色變?yōu)榘迭S，曝氣完后靜置20min，用雙層濾紙過(guò)濾上清液后，測出廢水中剩余的苯酚濃度。

　　5、結果與討論部分

　　5.1 廢水pH對苯酚去除效果的影響

　　將連續反應裝置準備好。用H2SO4和NaOH溶液將廢水的pH調節為2，雙氧水的投加量為0.12mL/h。循環(huán)反應6h。每隔一定時(shí)間，取一定量的廢水水樣于燒杯中，用NaOH溶液調節至弱堿性，加微量硫酸鋁進(jìn)行絮凝沉降，對廢水進(jìn)行曝氣至水樣顏色變?yōu)榘迭S，曝氣完后靜置20min，用雙層濾紙過(guò)濾上清液后，測出廢水中剩余的苯酚濃度。

　　為了形成對比，再做一次參照實(shí)驗，即將廢水的pH調節為3，其余反應條件不變，得到雙氧水投加量為0.12mL/h時(shí)廢水pH對處理效果的影響，實(shí)驗結果如圖2。

　　由圖2可知，即使反應pH不同，兩次實(shí)驗的苯酚去除率都隨著(zhù)反應時(shí)間增加而升高，反應超過(guò)5h后，反應結果逐漸趨于不變。實(shí)驗結果的表明，pH為3比pH為2時(shí)要去除率要高。經(jīng)分析，在pH為3.5時(shí)，H2O2參與反應生成羥基自由基的速率最大，可知在pH為3時(shí)，苯酚去除率更好，達到了90%以上。又因雙氧水在酸性條件下起氧化作用，且酸性越強，越有利于亞鐵離子的產(chǎn)生。則將鐵屑微電解法與H2O2聯(lián)合使用的最佳反應pH定為3。

　　同時(shí)從兩次實(shí)驗中還可知，當鐵屑微電解法與H2O2聯(lián)合使用處理含酚廢水時(shí)，最佳反應時(shí)間為5小時(shí)，反應超過(guò)5小時(shí)后，反應的處理效果基本無(wú)多大變化。

　　5.2 H2O2投加量對苯酚去除效果的影響

　　將連續反應裝置準備好。將反應pH值定為3，H2O2的投加量為0.06mL/h、0.12mL/h和0.18mL/h。循環(huán)反應6h。每隔一定時(shí)間，取一定量的廢水水樣于燒杯中，用NaOH溶液調節至弱堿性，加微量硫酸鋁進(jìn)行絮凝沉降，對廢水進(jìn)行曝氣至水樣顏色變?yōu)榘迭S，曝氣完后靜置20min，用雙層濾紙過(guò)濾上清液后，測出廢水中剩余的苯酚濃度。所得結果如下圖3。

　　由圖3可知，無(wú)論雙氧水的投加量是0.06mL/h、0.12mL/h還是0.18mL/h，實(shí)驗結果所顯示的苯酚去除率都隨反應時(shí)間的推進(jìn)而增加，當雙氧水的投加量是0.06mL/h時(shí)，反應效果變化最迅速，苯酚去除率幾乎呈直線(xiàn)上升，但在相同的時(shí)間內，當雙氧水的投加量是0.18mL/h時(shí)，數據顯示的去除率約為99%，若將投加量繼續增大，則雙氧水會(huì )將亞鐵離子直接氧化從而影響實(shí)驗結果，這就表明，在該聯(lián)合實(shí)驗中，最佳雙氧水投加量為0.18mL/h，即1.8mL/L。

　　6、結論

　　鐵屑微電解法處理含酚廢水已有多種行業(yè)廢水治理工程成功運用。

　　本實(shí)驗結果表明，將鐵屑微電解法與H2O2聯(lián)合使用處理含酚廢水，在量不變的前提下，進(jìn)行在不同的反應pH值下的對比試驗實(shí)驗，當pH為3時(shí)，在相同的時(shí)間內，反應完成時(shí)，苯酚去除率能達到90%以上，相對在pH為2時(shí)的處理效率高很多。同時(shí)，還可以得出最佳反應時(shí)間為5小時(shí)的結論。在此基礎上進(jìn)一步實(shí)驗，當pH為3，雙氧水投加量為0.18mL/h時(shí)，苯酚去除率達到了99%左右的處理效率，此時(shí)，雙氧水投加量為1.8mL/L，廢水循環(huán)200次，比較鐵屑微電解法單獨處理含酚廢水的技術(shù)上大大縮短了處理時(shí)間，同時(shí)又提高了處理效率，是一種經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行的新處理技術(shù)，其以廢治廢的治理理念具有良好的工業(yè)前景。(來(lái)源：長(cháng)沙市璽成工程技術(shù)咨詢(xún)有限責任公司)