合成香料废水处理技术的应用现状探讨

Posted 2023-01-11 香料

篇首语：案头见蠹鱼，犹胜凡俦侣。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了合成香料废水处理技术的应用现状探讨相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

现代废水处理技术按原理可分为物理处理法、化学处理法、生物化学处理法。对上述方法在合成香料废水处理中的应用进行了简要的介绍，并对近几年来的合成香料废水处理新技术的发展进行了探讨。
合成香料是香料香精行业重要的组成部分。在合成香料生产过程中所产生的废水中含有大量的有机物质，其COD通常高达几万mg/L以上，且色度高、毒性大、难生化降解，属于典型的高浓度难降解有机废水[1～4]。过去对高浓度的香料废水的处理大都采用化学法和物理生化法。而这两种方法都存在一定的局限性或不足。化学法处理香料废水存在出水不能稳定达标、运行费用高等问题，目前基本还处于实验室研究阶段；物理生化法基本上也存在同样的问题。
1废水来源及水质
1.1废水来源
合成香料主要以石油化学制品、煤加工副产品、植物精油等为原料，用有机合成的方法制取。
目前世界上合成香料的品种已有5000多种，常用400余种。合成香料工业已成为现代精细化工领域中的一个重要组成部分。我国生产的合成香料中，香兰素、香豆素和洋茉莉醛等品种在世界上占有很重要的地位，但这些香料属于污染型产品，在生产制造过程中使用大量的有毒有害化工原料和高温高压的工艺，因此三废排放量较大，导致环境污染和生态失衡，因此必须在保护环境、治理三废等方面加大力度。
废水主要是由设备清洗、萃取分离、缩合、水解、甲苯结晶、地面冲洗等环节产生的。
1.2废水水质
1)废水种类多、成分复杂。合成香料生产过程产生的废水种类很多，每一种废水水质成分、浓度因原料和工艺而异，既有香料、香料副产品、降解物，还有原辅材料，且含有大量有毒有害物质如甲苯、苯甲醛等，水中污染物成分复杂，色度高，多数有强烈刺激性气味，是目前最难处理的废水之一。
2)排放无规律。除少部分洗水连续溢流排放外，其余废水多为间歇集中排放。
3)水量、水质变化大。由于废水成分、浓度各异，且排放无规律，造成合成香料废水排放量、水质变化很大且无规律可循。
2香料废水处理技术简介
现代废水处理技术按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法。
随着经济的发展，工业化程度的提高，排放水质越来越复杂且难于控制，同时人们的环境保护意识越来越强，新的环境法规不断出台，对于废水排放要求也越来越高，这些都促使科研工作者不断研究出废水处理的新技术、新工艺，熟悉和了解国内外工艺，辩证地分析其利弊，选择适用的新技术，这对我国的废水治理有着重要的意义。
2.1物理法
物理法主要包括萃取法和吸附法。
液膜技术近年来发展较快，它有很好的经济和环境效益。
2.1.1萃取法
溶剂萃取又称液液萃取，是一种利用不溶或者难溶于水的溶剂将污染物分子从水溶液中提取、分离和富集有用物质的分离技术。液膜技术近年来发展较快，它有很好的经济和环境效益，主要有物理萃取法和络合萃取法。
2.1.2活性炭吸附
活性炭吸附法的主要问题是不易脱附、再生困难，工业上常用高温热再生，炭的损失较大(5%～10%)，再生后吸附能力下降10%～15%，且排出的废水常常带有酸性腐蚀性气体，因而对设备腐蚀较严重。
2.1.3树脂吸附
近年来，树脂法处理有毒有机化工废水逐渐成为国内外废水处理和资源化的热点课题之一。树脂吸附法具有以下特点：适用范围宽，废水中有机物浓度大到几万mg/L，小到几mg/L，均可用此法处理，且在非水体系中也可应用；吸附效率高，脱附再生容易，树脂性能稳定，使用寿命长；工艺合理操作简便，资源化过程能耗低，不需高温高压，固液容易分离；在水体中不会引入新的污染物，易于实现工业化。
2.1.4液膜分离技术
该技术是一种高效、快速并能达到专一分离目的的新技术，具有不涉及相变、无二次污染、操作方便、维持费用低等优点。国内外已经有一些应用，用液膜法处理磷酸盐废水，取得较为理想的效果，但由于该技术复杂、成本高，目前工业规模应用较少，我国现在仍处于实验室向工业应用的过渡阶段。
2.2化学法化学法
主要利用化学反应的作用，转化、分离、回收或处理废水中的污染物质。
2.2.1催化氧化法
根据催化剂的不同，催化氧化法可分为湿式氧化法、Fenton试剂氧化法[8～11]、臭氧氧化法、二氧化氯氧化法和光催化氧化法。
1)湿式氧化法是在一定的温度和压力条件下，向废水中通入氧气或空气，将水中的有机物分解为氮气、水蒸气、二氧化碳、灰分及残存有机物的方法。由于该法须在高温高压下进行，因此对设备和安全提出了很高的要求，这在一定程度上影响了它在工业上的应用。
2)Fenton试剂是由过氧化氢和二价铁盐以一定比例混合组成的一种强氧化剂。反应中产生的一种氧化能力很强的自由基，可以破坏苯环，形成脂肪族化合物，从而消除芳香族化合物的生物毒性，改善废水的生物降解性能。但在实际应用中，过氧化氢价格较高，使其推广应用受到限制，到目前为止在国内外还未见工业化应用报道。
3)臭氧对难降解有机物质的氧化通常是使其环状分子的部分环或长链分子部分断裂，从而使大分子物质变成小分子物质，生成为易用于生化降解的物质，提高了废水的可生化性。臭氧氧化法因成本等原因，国内很少单独使用。
4)二氧化氯是一种新型高效氧化剂，性质极不稳定，遇水能迅速分解，生成多种强氧化剂。这些氧化物组合在一起产生多种氧化能力极强的自由基。它能激发有机环上的不活泼氢，通过脱氢反应生成自由基，成为进一步氧化的诱发剂，直至完全分解为无机物。比一般其他方法简单且费用低廉，是一种经济实用的废水预处理方法。
5)光氧化分为光敏化氧化、光激发氧化和光催化氧化。用光敏化半导体为催化剂处理有机废水，是近年来有机废水催化净化技术研究较多的一个分支领域。
2.2.2絮凝法
絮凝法在水处理领域应用较早，是废水处理常用方法之一，该法具有使用简单、设备投资少、处理效果好、能有效降低废水COD、成本较低等优点。絮凝剂的好坏直接影响处理效果，开发低成本、无毒害、高效率的絮凝剂是当前研究的重要方向，并向着天然、复合复配和非金属方向发展。混凝沉淀法作为一种经济的废水预处理方法被广泛应用。
2.2.3焚烧法
废水的焚烧有一定的热值要求，一般在105kJ/kg以上。当废水热值不高，或水量较大时，日常燃料消耗量较大，目前此法国内尚未推广使用。
2.2.4微电解法
微电解法的原理是当碳铁合金的铸铁浸入水中，构成无数个FeC微原电池，在酸性溶液中，阴极反应所产生的氢与废水中许多物质发生还原反应，破坏水中污染物原有结构，使其易被吸附或絮凝沉淀；阳极铁被氧化成二价或三价铁，在碱性条件下生成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮状沉淀，能吸附水中悬浮物，有效地去除废水中的污染物，使废水净化[12，13]。
2.3生物化学处理法
根据作用微生物的不同，生物处理法主要有好氧生物处理、厌氧生物处理、光合细菌生物处理等。
2.3.1好氧生物处理法
好氧生物处理法主要分为活性污泥法和生物膜法两类。
2.3.1.1活性污泥法
活性污泥法是当前应用最广泛的一种生物处理技术，其运行方式很多，主要有传统活性污泥法、阶段曝气法、生物吸附法、完全混合法、延时曝气法、渐减曝气法。为了进一步提高活性污泥法的处理效果，丰富净化功能，简化设备和方便运转，近年来活性污泥法在技术上有了不少的改进，如用氧气代替空气和纯氧曝气法、深水曝气法、向曝气池投加粉末活性碳、两级活性污泥法(吸附+传统活性污泥法或AB法)、间歇式活性污泥法(SBR法)等，还进一步研究关于活性污泥法脱氮、除磷、脱色、除臭和絮凝剂的应用[14～16]。
2.3.1.2生物膜法
生物膜法是废水好氧生物处理法的一种，是指使废水流过生长在固定支承物表面的生物膜，利用生物氧化作用和各相间的物质交换，降解废水中有机污染物的方法。用生物膜法处理水的构筑物有生物滤池、生物转盘和生物接触氧化法等。
2.3.1.3光合细菌生物处理法
光合细菌可以利用光能进行高效的能量代谢，在有氧条件下分解有机物，通过氧化磷酸化取得能量，并且伴随生长条件的变化而灵活地改变代谢类型。
3废水处理新技术
3.1高效降解菌的应用
实验已经表明，在生化处理系统中投加高效降解菌可大幅度提高降解能力，尤其能提高难分解有机物的分解率。运用原生质体融合和基因工程技术创建高效工程菌，为污水处理开辟了广阔的前景。目前主要有组建带有多个质粒的新菌株、降解性质粒DNA的体外重组、质粒分子育种、原生质体融合等几种技术。
3.2超声波技术的应用
超声波技术在废水处理中的应用是近几年发展起来的，其作用原理是在超声波的作用下加速分子的热运动，破坏有机物胶粒的稳定性，使之与混凝剂更有效地进行混凝，同时可改变废水中有机物的性能，提高了废水的可生化性，因此此技术常用于生化前的预处理。
3.3磁分离法
磁分离法是近年来发展起来的一种水处理新技术，它是向废水中投加磁种和混凝剂，利用磁种的剩磁，在絮凝剂同时作用下，使颗粒相互吸引而聚结长大，加速悬浮物的分离，然后用磁分离器除去有机污染物。国外高梯度磁分离技术已经从实验室走向应用。
3.4超临界水氧化法
超临界水氧化技术是将水的温度和压力升高到临界点以上时，就会处于一种既不同于气态，也不同于液态或固态的流体态，即超临界，该状态下的水即为超临界水。超临界流体具有类似气体的良好的流动性，同时密度又远大于气体，因此具有许多独特的理化性质。超临界水的介电常数与常温常压下的极性有机溶剂相似，所以可与一些有机物以任意比例互溶。同时，一般在水中溶解度不大的气体也可与超临界水混溶，以均相状态存在。在水的超临界状态下，通过氧化剂氧气、臭氧等完全氧化有机物，反应温度高，速度快，可在几秒钟内将有机物氧化成二氧化碳和水，效率高。目前欧美一些发达国家已将超临界水氧化技术实现了工业化，我国在这方面的研究较少，大多处于实验阶段。
3.5电极生物膜法
结合生物法和电化学法发展起来的电极生物膜法具有脱氮效率高、运行管理方便、处理费用低廉等优点。电极生物膜法的原理是采用固定化技术将提纯的反硝化菌固定在阴极表面，在低压直流电作用下，阴极产生氢。在酶的催化作用下，阴极表面的反硝化菌以电解产生的氢气为电子供体，发生反硝化反应使硝酸盐氮还原。
4结束语
水资源供需矛盾日益突出，成为世界范围战略性问题之一，因此废水的达标排放、再生与回用是废水处理所面临的刻不容缓、急待解决的问题。这些都促使科研工作者不断地研究出废水处理的新技术、新工艺，不断地完善和改进现有工艺，采用能达到最佳处理效果的综合处理技术，以实现可持续发展战略，造福子孙后代。