陶瓷业含酚废水处理与酚回收技术

Posted 2023-01-14 含酚废水处理

篇首语：大鹏一日同风起，扶摇直上九万里。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了陶瓷业含酚废水处理与酚回收技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

　　酚类化合物属于芳烃类化合物，是美国EPA 列出的129 种优先控制的污染物之一。由于酚类化合物毒性极大且难以降解，并影响水生生物的生长和繁殖，污染饮用水水源，因此在我国也被列为重点解决的有害废水之一，对其进行处理意义重大。

　　随着近些年来建筑业的发展，对建筑陶瓷的需求量也日益增大，仅珠江三角洲的佛山地区就有 300 余家陶瓷厂，规模较大的也有100 多家。陶瓷生产行业废水排放量大，如一般中小型陶瓷生产企业废水量就可达500～1 000 t/d。水质复杂，且酚浓度高，若不对其处理就直接排放，势必会严重污染附近的水环境。而酚类化合物作为重要的化工原料之一，广泛应用于医药、农药、染料、高分子材料等的制备工业，如果能回收陶瓷生产行业废水中的酚，不仅可以减少对环境的污染，还使其中有价值的酚类物质变废为宝。目前国内外用于回收含酚废水中酚类的方法主要有蒸汽脱酚法、吸附脱酚法和溶剂萃取脱酚法，但这些方法只能部分回收酚。根据陶瓷行业烧瓷后余热温度较高的特点，本着节约能源的目的，笔者提出利用烧陶瓷剩下的余热来处理废水的方法，即加入氢氧化钠进行反应，然后再蒸馏去除并回收废水中的酚类物质。该方法处理流程短、操作简单、方便，并可达到较高的脱酚率和回收率。

　　1 试剂与仪器

　　仪器：上海天美生产的UV1102 紫外分光光度计; 安丘天瑞机械制造有限公司生产的ET 125 SC 消化机; 上海盛海威电气仪表有限公司生产的 D8401-WZ 多功能电动搅拌器。

　　试剂：溴化钾，溴酸钾，碘化钾，重铬酸钾，硫酸，苯酚，硫酸银，硫酸汞，六水合硫酸亚铁铵，试亚铁灵，五水合硫代硫酸钠，均为分析纯。

　　100 g/L 碘化钾溶液：称取50 g 碘化钾，溶于水中，全部转移至500 mL 棕色容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

　　溴酸钾-溴化钾溶液：0.05 mol/L。称取2.784 g 溴酸钾溶于水，加入10 g 溴化钾，溶解后移入1 L 容量瓶中，用水稀释至标线。

　　0.004 167 mol/L 重铬酸钾标准溶液：称取在 180 ℃烘箱内干燥至恒重的纯重铬酸钾1.225 8 g，溶于水中，全部转移到1 000 mL 容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。

　　0.025 mol/L 硫代硫酸钠溶液：称取3.1 g 硫代硫酸钠溶于煮沸放冷的水中，加入0.2 g 碳酸钠，稀释至1 L，临用前用重铬酸钾溶液标定。

　　淀粉溶液：称取1 g 可溶性淀粉，用少量水调成糊状，加沸水至100 mL，冷却，待用。 6 mol/L 盐酸溶液。

　　实验用废水：实验水样取自佛山某陶瓷公司水煤气未处理废水，有黑色沉淀，水呈褐色，有刺激性臭味，pH 为8～9，酚质量浓度11 577 mg/L，COD 为 30 860 mg/L。

　　2 分析方法

　　酚类和氢氧化钠能发生反应，生成酚钠。酚钠为离子晶体，而原酚类为分子晶体。根据离子晶体的沸点要远高于分子晶体的原理，利用蒸馏的方法，蒸去水剩下酚钠。然后再利用强酸制弱酸的原理，往剩余的废液中加入盐酸，从而可以回收酚类物质。反应如下：

　　按式(1)、式(2)计算脱酚率与回收率。

　　式中：Q———脱酚率，%;

　　P———回收率，%;

　　m1———蒸出液中酚的质量，mg;

　　M———蒸馏前溶液中总酚的质量，mg;

　　m2———回收酚的质量，mg。

　　使用直接溴化的方法测定未处理废水中总酚的含量，测得废水总酚质量浓度为11 577 mg/L。

　　3 结果与分析

　　3.1 氢氧化钠用量对脱酚率、回收率的影响

　　取25 mL 废水于250 mL 单孔圆底烧瓶中，加入不同量氢氧化钠固体，搅拌10 min，进行蒸馏，控制蒸出液体积为15 mL，测定脱酚率。随后向残留液中投加适量无机酸进行溶解，转移至容量瓶内定容，测定酚的回收率。氢氧化钠投加量对脱酚率和酚回收率的影响见图 1。

　　图 1 氢氧化钠用量与脱酚率、回收率的关系

　　从图 1 可以看出：氢氧化钠的投加量直接影响到脱酚率的高低。当投加的氢氧化钠用量<0.45 g 时，只需添加很少量的氢氧化钠固体就能大幅度提高脱酚率，说明此时氢氧化钠的用量不足;当加入的氢氧化钠质量增至0.9 g 后，脱酚率基本维持在97% 不变。而由图 1 还可以看出，随着氢氧化钠用量的增加，废水中酚类物质的回收率随之增大，当加入的氢氧化钠的质量约为0.75 g 时，酚的回收率达到90%，此后氢氧化钠用量的增大对酚类回收率的影响不大。对于25 mL 废水，为达到较高的回收率，氢氧化钠的用量最好大于0.9 g。综合考虑氢氧化钠的用量对废水酚类去除率和回收率的影响，对于25 mL 废水，选用约0.9 g 氢氧化钠较为合适，在此用量下，脱酚率可达到96.44%，酚的回收率可达到95.12%。

　　3.2 搅拌时间对脱酚率的影响

　　往废水中加入氢氧化钠固体后进行蒸馏来回收其中的酚类，为使氢氧化钠溶解并和废水中酚类物质充分发生反应，应进行充分搅拌和反应。氢氧化钠投加质量固定为0.9 g 条件下，搅拌时间对脱酚率的影响见图 2。

　　图 2 搅拌时间对脱酚率的影响

　　由图 2 可知，当向废水中加入0.9 g 氢氧化钠，搅拌时间超过10 min 后，脱酚率几乎没有太大变化。这说明搅拌10 min 就可使氢氧化钠完全溶解，并与废水中的酚类物质充分反应生成酚钠。由此可知，要使氢氧化钠与废水中酚类物质充分反应，搅拌时间至少需要10 min。

　　3.3 蒸出液体积对脱酚率的影响

　　在25 mL 水煤气废水中加入0.9 g 氢氧化钠，搅拌10 min 后蒸馏。蒸出液体积不同时，其对脱酚率的影响见表 1。

　　从表 1 可知：蒸出液体积<15 mL 时，馏分中含酚量非常接近。当流出液体积>20 mL 后，随着蒸出液体积的增大，酚类的含量也随之增大，导致脱酚率降低。为了保证一定的脱酚率和回收率，蒸馏时蒸出液体积应<15 mL。

　　3.4 放大试验

　　在小试基础上做了放大试验，取2 L 废水，加入氢氧化钠固体约75 g，手动搅拌约10 min 至氢氧化钠完全溶解，移取25 mL 处理后废水进行蒸馏，控制蒸出液体积为15 mL，结果表明，放大试验的脱酚率仍可高达96.15%，相应的回收率达94.96%，说明采用先加氢氧化钠再蒸馏的处理方法对陶瓷业水煤气废水的处理效果很好。。

　　4 结论

　　根据上述实验确定了最佳实验条件：取25 mL 废水于250 mL 单孔圆底烧瓶中，投加0.9 g 氢氧化钠固体，搅拌10 min 后蒸馏，控制蒸出液体积为 15 mL，测定废水的酚及COD。随后向残留液中投加适量无机酸进行溶解，转移至容量瓶内定容，测定酚的回收率。处理后废水蒸出液中酚的质量浓度为297.0 mg/L，COD 为1 065.5 mg/L，对二者的去除率分别为96.44%、96.55%。由此可知，采用加入氢氧化钠后再进行蒸馏的方法，不仅可以大幅度降低水煤气废水的含酚量，还可以显著降低蒸出废水的 COD。

　　由于含酚废水对环境危害严重，迫切需要高效率、低能耗的处理方法。对陶瓷业水煤气废水采用先加入氢氧化钠固体，再利用烧陶瓷剩下的余热来蒸馏的方法去除和回收酚类物质，不仅降低了废水中酚的含量，还高效地回收了废水中的酚类物质，实现了处理污水和增加经济效益相结合的双重功效。