微泡技術在有機物分離和提取中的應用

周春雨　孟令偉　楊林

摘要：綜述了微泡技術在分離、提取和降解有機物甲基叔丁基醚、多環芳烴、多氯聯苯、活性淤泥、石油光澤幾個方面的應用，與傳統方法相比，微泡技術使甲基叔丁醚的利用率提高1倍；使多環芳烴和多氯聯苯的去除時間縮短；使活性淤泥中較大固體減少縮短消除時間，并且增加能源生產；使含有有機酸的水溶液濁度從200NU降低到2NU，并且和表面光澤完全隔離。展望了微泡技術在色素或某類有機物的分離和提取中的應用，為色素或某類有機物的分離和提取提供更進一步的研究參考。

關鍵詞：微泡技術；有機物；分離；提取

中圖分類號：O631

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08020203

[FL（2K2]

1引言

隨著經濟發展人工合成化學品的種類和數量逐漸增多，一部分化學品在生產運輸和使用過程中直接或間接進入大氣土壤和水體等自然環境 據估計全球已合成的化學品超過千萬種，而進入水環境的化學品數量達數十萬種[1]。人類活動往往也導致一些非目標污染物的產生，如煤、石油、木材和煙草燃燒產生的多環芳烴[2]，城市和工業垃圾焚燒產生的二惡英[3]。河流、湖泊和水庫的水環境是最為重要的環境介質之一，也是水生生物的棲息地和人類的飲用水水源地。我國水體環境中已檢測到重金屬、多氯聯苯、有機氯農藥、多溴聯苯醚、內分泌干擾物和藥物與個人護理品等各類污染物[～10]。這些污染物對生活于其中的水生生物可能會造成諸多不利影響，如三致、效應遺傳毒性、芳香烴受體效應和內分泌干擾效應等[4，11，12]。對環境和地下水也造成嚴重的污染。因此，開發新的、先進的技術，對污染物進行有效地處理，使之變廢為寶，又不致損害環境，危害人體健康，開辟環境友好道路，走上良性發展的道路，已成為當代環境工作者肩負的重大任務和歷史使命。

2微泡技術

微泡技術是美國猶他大學康佩群教授發明的專利技術，在環境領域中有廣泛利用價值。該技術能夠對污泥進行預處理，通過對污泥在壓力反應釜中進行加壓和減壓的循環，達到打開生物質膜的目的，使厭氧發酵充分進行，提高沼氣的生產效率和增加產量。我國的城市污水和工業廢水的處理率逐年提高，伴隨著處理污（廢）水也產生了大量的污染物，如果污染物處理處置不當，不但占用大量的有限耕地，還會對地表環境和地下水造成嚴重的污染。所以應用微泡技術對水污染處理和污染物處理會有很大益處。

3微泡技術的應用

31微泡技術降解甲基叔丁基醚

目前，對甲基叔丁基醚污染修復處理技術主要包括活性炭及合成樹脂吸附、高級氧化、絲光沸石法、生物法等[13～2]，其中高效氧化過程對于甲基叔丁基醚的降解是最可行的。最新研究的一種高效氧化技術：用O3/2O2在一個密閉系統中循環反應，使體系的壓力提高到690kPa，再快速釋放壓力。與單一的O3和O3/2O2條件下相比，應用這種特殊的化學方法降解甲基叔丁基醚，其降解率得到提高。常規O3/2O2處理方法在36min消除11mg/L的甲基叔丁基醚27%，而新方法在36min消除11mg/L的甲基叔丁基醚90%，相比之下，使用壓力輔助利用率是沒有使用壓力鋪助的利用率1倍[26]。這就是通過微泡與壓力輔助過程所提供的氣-液界面，解釋加速動力學在污染物與氧化劑之間的緊密聯系。

32微泡技術降解PA和PCB沉積污染物

多環芳烴（Polycyclic Aromatic ydrocarbons PAs ）是人們熟知的持久性有機污染物之一，大多數 PA具有致癌性、致畸、致突變的“三致毒性[27]，多氯聯苯（polychlorinated biphenyls PCBs ）又稱氯化聯苯，主要被作為變壓器油、添加劑等應用在電力、化工等行業。但是對PCBs的毒理研究表明，即便是少量的PCBs也會對生物產生嚴重致癌、致畸作用[28] ，多氯聯苯（ PCBs）和多環芳烴（PAs ）是沉積物污染難降解有機物，處理措施受到阻礙由于污染物的疏水性，主要是沉積物基質限制了它們的可用性從而限制他們接觸處理劑。PK Andy ong[29]等人從Passaic河，圣路易斯河，沃基根港和威爾斯國家河口研究自然保護區取受污染的沉積物樣品，在690kPa采用連續的快速加壓和減壓循環，可實現比傳統臭氧更有效的處理。分別從Passaic河（初始40mg/kg）和圣路易斯河（初始 20mg/kg）取多環多環芳烴樣品沉積物，用傳統的臭氧技術處理最大值達到60%和40 %，壓力輔助的技術1h內除去河流沉積物96%的多環芳烴，它完全去除沃基根港泥沙多環芳烴（最初16mg/kg）和多氯聯苯（最初1mg/kg）這兩種物質用0h。這研究表明一種新的臭氧技術誕生，通過土壤團粒壓裂后壓力循環解釋暴露的污染物以及由疏水性污染物和臭氧的合流的加強處理在微泡存在的氣-液界面。該技術有望加速臭氧處理廣泛的有機污染物質，并且它可以提供處理挖出和存儲污染的沉積物。

33微泡技術分解活性淤泥

傳統的淤泥處理有污泥堆肥、污泥干化、污泥焚燒和超聲波厭氧消化等等[30]。其中實行活性污泥（ AS ）的厭氧消化，可以減少污泥的體積和回收沼氣，是一種可再生能源形式。然而，常規的厭氧消除過度浪費淤泥，又由于水解步驟受動力學限制，使其有比較長的保留時間。PK Andrew ong等人嘗試減少臭氧消除的時間，應用臭氧壓力循環以提高分解和溶解活性淤泥為目標，使活性污泥（ AS ）進行重復性壓力循環在一個封閉的容器，其中臭氧氣體空氣混合物被壓縮進含有泥漿并且頂部空間達到1040kPa的密閉容器，隨后快速排氣。含有8200mg/L COD活性淤泥、001g臭氧懸浮固體通過20個壓力循環遞送，在16min之內導致SCOD / COD的比增長37倍（由于溶解性COD的增加，即SCOD ）和懸浮固體（SS ）減少2% ，相比于008g臭氧懸浮固體通過微泡連接超過1min的結果是SCOD / COD的比增長1倍和懸浮固體（SS ）減少12%。通過污泥處理以后全磷（從10～64mg/L）總氮（從14～120mg/L）和蛋白質（從小于1～39mg/L）溶解量的增加都說明了淤泥的分解[31]，污泥預處理可取的好處包括縮短消除期、較大固體的減少和增加能源生產，所以微泡技術對活性淤泥的分解有顯著意義。

34微泡技術去除石油光澤

現行的含油污泥處理工藝有物理化學法和生物處理法。其中物理化學處理法包括：填埋法，固化焚燒法，化學破乳法，調質-機械分離處理工藝和高溫處理工藝等[32]。PK Andrew ong等人最近開發一個新的臭氧技術與砂濾相結合，迅速去除水中的油和防止石油光澤。該技術包括在臭氧化過程中快速地連續地循環壓縮和解壓。為氣泡從小到大體積膨脹提供充足的氣 - 液界面反應區，從而提高顯著的化學轉化過程即從疏水性烴分子轉化為親水性分子。該研究根據對處理參數和配置的評估以及處理后的濁度，COD，BOD和光澤存在的變化探討了去除碳氫化合物和石油光澤。當人工合成水中含有120×10-6的油（約含100×10-6的分散和20×10-6可溶性油在320mg/L的總COD中）進行10次壓力循環（達到10MPa；每次20s）臭氧和砂濾在每分鐘6cm，然后20個臭氧和砂濾重復循環，此方法可以去除20×10-6的水溶性有機酸，使濁度從200降低到2 NU，并且和表面光澤完全隔離[33]。這項新技術提供了一個可供選擇的處理生產水和其他可能的殘油水的方法，促進了環境中水的安全排放并使水的用途更加有益。endprint

摘要：綜述了微泡技術在分離、提取和降解有機物甲基叔丁基醚、多環芳烴、多氯聯苯、活性淤泥、石油光澤幾個方面的應用，與傳統方法相比，微泡技術使甲基叔丁醚的利用率提高1倍；使多環芳烴和多氯聯苯的去除時間縮短；使活性淤泥中較大固體減少縮短消除時間，并且增加能源生產；使含有有機酸的水溶液濁度從200NU降低到2NU，并且和表面光澤完全隔離。展望了微泡技術在色素或某類有機物的分離和提取中的應用，為色素或某類有機物的分離和提取提供更進一步的研究參考。

關鍵詞：微泡技術；有機物；分離；提取

中圖分類號：O631

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08020203

[FL（2K2]

1引言

隨著經濟發展人工合成化學品的種類和數量逐漸增多，一部分化學品在生產運輸和使用過程中直接或間接進入大氣土壤和水體等自然環境 據估計全球已合成的化學品超過千萬種，而進入水環境的化學品數量達數十萬種[1]。人類活動往往也導致一些非目標污染物的產生，如煤、石油、木材和煙草燃燒產生的多環芳烴[2]，城市和工業垃圾焚燒產生的二惡英[3]。河流、湖泊和水庫的水環境是最為重要的環境介質之一，也是水生生物的棲息地和人類的飲用水水源地。我國水體環境中已檢測到重金屬、多氯聯苯、有機氯農藥、多溴聯苯醚、內分泌干擾物和藥物與個人護理品等各類污染物[～10]。這些污染物對生活于其中的水生生物可能會造成諸多不利影響，如三致、效應遺傳毒性、芳香烴受體效應和內分泌干擾效應等[4，11，12]。對環境和地下水也造成嚴重的污染。因此，開發新的、先進的技術，對污染物進行有效地處理，使之變廢為寶，又不致損害環境，危害人體健康，開辟環境友好道路，走上良性發展的道路，已成為當代環境工作者肩負的重大任務和歷史使命。

2微泡技術

微泡技術是美國猶他大學康佩群教授發明的專利技術，在環境領域中有廣泛利用價值。該技術能夠對污泥進行預處理，通過對污泥在壓力反應釜中進行加壓和減壓的循環，達到打開生物質膜的目的，使厭氧發酵充分進行，提高沼氣的生產效率和增加產量。我國的城市污水和工業廢水的處理率逐年提高，伴隨著處理污（廢）水也產生了大量的污染物，如果污染物處理處置不當，不但占用大量的有限耕地，還會對地表環境和地下水造成嚴重的污染。所以應用微泡技術對水污染處理和污染物處理會有很大益處。

3微泡技術的應用

31微泡技術降解甲基叔丁基醚

目前，對甲基叔丁基醚污染修復處理技術主要包括活性炭及合成樹脂吸附、高級氧化、絲光沸石法、生物法等[13～2]，其中高效氧化過程對于甲基叔丁基醚的降解是最可行的。最新研究的一種高效氧化技術：用O3/2O2在一個密閉系統中循環反應，使體系的壓力提高到690kPa，再快速釋放壓力。與單一的O3和O3/2O2條件下相比，應用這種特殊的化學方法降解甲基叔丁基醚，其降解率得到提高。常規O3/2O2處理方法在36min消除11mg/L的甲基叔丁基醚27%，而新方法在36min消除11mg/L的甲基叔丁基醚90%，相比之下，使用壓力輔助利用率是沒有使用壓力鋪助的利用率1倍[26]。這就是通過微泡與壓力輔助過程所提供的氣-液界面，解釋加速動力學在污染物與氧化劑之間的緊密聯系。

32微泡技術降解PA和PCB沉積污染物

多環芳烴（Polycyclic Aromatic ydrocarbons PAs ）是人們熟知的持久性有機污染物之一，大多數 PA具有致癌性、致畸、致突變的“三致毒性[27]，多氯聯苯（polychlorinated biphenyls PCBs ）又稱氯化聯苯，主要被作為變壓器油、添加劑等應用在電力、化工等行業。但是對PCBs的毒理研究表明，即便是少量的PCBs也會對生物產生嚴重致癌、致畸作用[28] ，多氯聯苯（ PCBs）和多環芳烴（PAs ）是沉積物污染難降解有機物，處理措施受到阻礙由于污染物的疏水性，主要是沉積物基質限制了它們的可用性從而限制他們接觸處理劑。PK Andy ong[29]等人從Passaic河，圣路易斯河，沃基根港和威爾斯國家河口研究自然保護區取受污染的沉積物樣品，在690kPa采用連續的快速加壓和減壓循環，可實現比傳統臭氧更有效的處理。分別從Passaic河（初始40mg/kg）和圣路易斯河（初始 20mg/kg）取多環多環芳烴樣品沉積物，用傳統的臭氧技術處理最大值達到60%和40 %，壓力輔助的技術1h內除去河流沉積物96%的多環芳烴，它完全去除沃基根港泥沙多環芳烴（最初16mg/kg）和多氯聯苯（最初1mg/kg）這兩種物質用0h。這研究表明一種新的臭氧技術誕生，通過土壤團粒壓裂后壓力循環解釋暴露的污染物以及由疏水性污染物和臭氧的合流的加強處理在微泡存在的氣-液界面。該技術有望加速臭氧處理廣泛的有機污染物質，并且它可以提供處理挖出和存儲污染的沉積物。

33微泡技術分解活性淤泥

傳統的淤泥處理有污泥堆肥、污泥干化、污泥焚燒和超聲波厭氧消化等等[30]。其中實行活性污泥（ AS ）的厭氧消化，可以減少污泥的體積和回收沼氣，是一種可再生能源形式。然而，常規的厭氧消除過度浪費淤泥，又由于水解步驟受動力學限制，使其有比較長的保留時間。PK Andrew ong等人嘗試減少臭氧消除的時間，應用臭氧壓力循環以提高分解和溶解活性淤泥為目標，使活性污泥（ AS ）進行重復性壓力循環在一個封閉的容器，其中臭氧氣體空氣混合物被壓縮進含有泥漿并且頂部空間達到1040kPa的密閉容器，隨后快速排氣。含有8200mg/L COD活性淤泥、001g臭氧懸浮固體通過20個壓力循環遞送，在16min之內導致SCOD / COD的比增長37倍（由于溶解性COD的增加，即SCOD ）和懸浮固體（SS ）減少2% ，相比于008g臭氧懸浮固體通過微泡連接超過1min的結果是SCOD / COD的比增長1倍和懸浮固體（SS ）減少12%。通過污泥處理以后全磷（從10～64mg/L）總氮（從14～120mg/L）和蛋白質（從小于1～39mg/L）溶解量的增加都說明了淤泥的分解[31]，污泥預處理可取的好處包括縮短消除期、較大固體的減少和增加能源生產，所以微泡技術對活性淤泥的分解有顯著意義。

34微泡技術去除石油光澤

現行的含油污泥處理工藝有物理化學法和生物處理法。其中物理化學處理法包括：填埋法，固化焚燒法，化學破乳法，調質-機械分離處理工藝和高溫處理工藝等[32]。PK Andrew ong等人最近開發一個新的臭氧技術與砂濾相結合，迅速去除水中的油和防止石油光澤。該技術包括在臭氧化過程中快速地連續地循環壓縮和解壓。為氣泡從小到大體積膨脹提供充足的氣 - 液界面反應區，從而提高顯著的化學轉化過程即從疏水性烴分子轉化為親水性分子。該研究根據對處理參數和配置的評估以及處理后的濁度，COD，BOD和光澤存在的變化探討了去除碳氫化合物和石油光澤。當人工合成水中含有120×10-6的油（約含100×10-6的分散和20×10-6可溶性油在320mg/L的總COD中）進行10次壓力循環（達到10MPa；每次20s）臭氧和砂濾在每分鐘6cm，然后20個臭氧和砂濾重復循環，此方法可以去除20×10-6的水溶性有機酸，使濁度從200降低到2 NU，并且和表面光澤完全隔離[33]。這項新技術提供了一個可供選擇的處理生產水和其他可能的殘油水的方法，促進了環境中水的安全排放并使水的用途更加有益。endprint

摘要：綜述了微泡技術在分離、提取和降解有機物甲基叔丁基醚、多環芳烴、多氯聯苯、活性淤泥、石油光澤幾個方面的應用，與傳統方法相比，微泡技術使甲基叔丁醚的利用率提高1倍；使多環芳烴和多氯聯苯的去除時間縮短；使活性淤泥中較大固體減少縮短消除時間，并且增加能源生產；使含有有機酸的水溶液濁度從200NU降低到2NU，并且和表面光澤完全隔離。展望了微泡技術在色素或某類有機物的分離和提取中的應用，為色素或某類有機物的分離和提取提供更進一步的研究參考。

關鍵詞：微泡技術；有機物；分離；提取

中圖分類號：O631

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08020203

[FL（2K2]

1引言

隨著經濟發展人工合成化學品的種類和數量逐漸增多，一部分化學品在生產運輸和使用過程中直接或間接進入大氣土壤和水體等自然環境 據估計全球已合成的化學品超過千萬種，而進入水環境的化學品數量達數十萬種[1]。人類活動往往也導致一些非目標污染物的產生，如煤、石油、木材和煙草燃燒產生的多環芳烴[2]，城市和工業垃圾焚燒產生的二惡英[3]。河流、湖泊和水庫的水環境是最為重要的環境介質之一，也是水生生物的棲息地和人類的飲用水水源地。我國水體環境中已檢測到重金屬、多氯聯苯、有機氯農藥、多溴聯苯醚、內分泌干擾物和藥物與個人護理品等各類污染物[～10]。這些污染物對生活于其中的水生生物可能會造成諸多不利影響，如三致、效應遺傳毒性、芳香烴受體效應和內分泌干擾效應等[4，11，12]。對環境和地下水也造成嚴重的污染。因此，開發新的、先進的技術，對污染物進行有效地處理，使之變廢為寶，又不致損害環境，危害人體健康，開辟環境友好道路，走上良性發展的道路，已成為當代環境工作者肩負的重大任務和歷史使命。

2微泡技術

微泡技術是美國猶他大學康佩群教授發明的專利技術，在環境領域中有廣泛利用價值。該技術能夠對污泥進行預處理，通過對污泥在壓力反應釜中進行加壓和減壓的循環，達到打開生物質膜的目的，使厭氧發酵充分進行，提高沼氣的生產效率和增加產量。我國的城市污水和工業廢水的處理率逐年提高，伴隨著處理污（廢）水也產生了大量的污染物，如果污染物處理處置不當，不但占用大量的有限耕地，還會對地表環境和地下水造成嚴重的污染。所以應用微泡技術對水污染處理和污染物處理會有很大益處。

3微泡技術的應用

31微泡技術降解甲基叔丁基醚

目前，對甲基叔丁基醚污染修復處理技術主要包括活性炭及合成樹脂吸附、高級氧化、絲光沸石法、生物法等[13～2]，其中高效氧化過程對于甲基叔丁基醚的降解是最可行的。最新研究的一種高效氧化技術：用O3/2O2在一個密閉系統中循環反應，使體系的壓力提高到690kPa，再快速釋放壓力。與單一的O3和O3/2O2條件下相比，應用這種特殊的化學方法降解甲基叔丁基醚，其降解率得到提高。常規O3/2O2處理方法在36min消除11mg/L的甲基叔丁基醚27%，而新方法在36min消除11mg/L的甲基叔丁基醚90%，相比之下，使用壓力輔助利用率是沒有使用壓力鋪助的利用率1倍[26]。這就是通過微泡與壓力輔助過程所提供的氣-液界面，解釋加速動力學在污染物與氧化劑之間的緊密聯系。

32微泡技術降解PA和PCB沉積污染物

多環芳烴（Polycyclic Aromatic ydrocarbons PAs ）是人們熟知的持久性有機污染物之一，大多數 PA具有致癌性、致畸、致突變的“三致毒性[27]，多氯聯苯（polychlorinated biphenyls PCBs ）又稱氯化聯苯，主要被作為變壓器油、添加劑等應用在電力、化工等行業。但是對PCBs的毒理研究表明，即便是少量的PCBs也會對生物產生嚴重致癌、致畸作用[28] ，多氯聯苯（ PCBs）和多環芳烴（PAs ）是沉積物污染難降解有機物，處理措施受到阻礙由于污染物的疏水性，主要是沉積物基質限制了它們的可用性從而限制他們接觸處理劑。PK Andy ong[29]等人從Passaic河，圣路易斯河，沃基根港和威爾斯國家河口研究自然保護區取受污染的沉積物樣品，在690kPa采用連續的快速加壓和減壓循環，可實現比傳統臭氧更有效的處理。分別從Passaic河（初始40mg/kg）和圣路易斯河（初始 20mg/kg）取多環多環芳烴樣品沉積物，用傳統的臭氧技術處理最大值達到60%和40 %，壓力輔助的技術1h內除去河流沉積物96%的多環芳烴，它完全去除沃基根港泥沙多環芳烴（最初16mg/kg）和多氯聯苯（最初1mg/kg）這兩種物質用0h。這研究表明一種新的臭氧技術誕生，通過土壤團粒壓裂后壓力循環解釋暴露的污染物以及由疏水性污染物和臭氧的合流的加強處理在微泡存在的氣-液界面。該技術有望加速臭氧處理廣泛的有機污染物質，并且它可以提供處理挖出和存儲污染的沉積物。

33微泡技術分解活性淤泥

傳統的淤泥處理有污泥堆肥、污泥干化、污泥焚燒和超聲波厭氧消化等等[30]。其中實行活性污泥（ AS ）的厭氧消化，可以減少污泥的體積和回收沼氣，是一種可再生能源形式。然而，常規的厭氧消除過度浪費淤泥，又由于水解步驟受動力學限制，使其有比較長的保留時間。PK Andrew ong等人嘗試減少臭氧消除的時間，應用臭氧壓力循環以提高分解和溶解活性淤泥為目標，使活性污泥（ AS ）進行重復性壓力循環在一個封閉的容器，其中臭氧氣體空氣混合物被壓縮進含有泥漿并且頂部空間達到1040kPa的密閉容器，隨后快速排氣。含有8200mg/L COD活性淤泥、001g臭氧懸浮固體通過20個壓力循環遞送，在16min之內導致SCOD / COD的比增長37倍（由于溶解性COD的增加，即SCOD ）和懸浮固體（SS ）減少2% ，相比于008g臭氧懸浮固體通過微泡連接超過1min的結果是SCOD / COD的比增長1倍和懸浮固體（SS ）減少12%。通過污泥處理以后全磷（從10～64mg/L）總氮（從14～120mg/L）和蛋白質（從小于1～39mg/L）溶解量的增加都說明了淤泥的分解[31]，污泥預處理可取的好處包括縮短消除期、較大固體的減少和增加能源生產，所以微泡技術對活性淤泥的分解有顯著意義。

34微泡技術去除石油光澤

現行的含油污泥處理工藝有物理化學法和生物處理法。其中物理化學處理法包括：填埋法，固化焚燒法，化學破乳法，調質-機械分離處理工藝和高溫處理工藝等[32]。PK Andrew ong等人最近開發一個新的臭氧技術與砂濾相結合，迅速去除水中的油和防止石油光澤。該技術包括在臭氧化過程中快速地連續地循環壓縮和解壓。為氣泡從小到大體積膨脹提供充足的氣 - 液界面反應區，從而提高顯著的化學轉化過程即從疏水性烴分子轉化為親水性分子。該研究根據對處理參數和配置的評估以及處理后的濁度，COD，BOD和光澤存在的變化探討了去除碳氫化合物和石油光澤。當人工合成水中含有120×10-6的油（約含100×10-6的分散和20×10-6可溶性油在320mg/L的總COD中）進行10次壓力循環（達到10MPa；每次20s）臭氧和砂濾在每分鐘6cm，然后20個臭氧和砂濾重復循環，此方法可以去除20×10-6的水溶性有機酸，使濁度從200降低到2 NU，并且和表面光澤完全隔離[33]。這項新技術提供了一個可供選擇的處理生產水和其他可能的殘油水的方法，促進了環境中水的安全排放并使水的用途更加有益。endprint