酚醛縮合-鐵碳微電解預處理高含酚工業廢水

朱武斌， 任 涵， 金士威，

（1.中南民族大學化學與材料科學學院 催化材料科學國家民委教育部重點實驗室， 湖北 武漢 430074；2.杭州中環環保工程有限公司， 浙江 杭州 310020）

0 引言

含酚廢水成份復雜，苯環結構化學性質穩定，毒性高，可生化性差，處理難度比較大，已經成為工業水處理技術領域亟待解決的問題之一[1]。

常用的含酚廢水的處理方法有物理法、生物法和化學法[2－3]。物理法包括焚燒、萃取、氣提及吸附等方法；化學法包括化學氧化、光化學氧化、化學沉淀、離子交換及液膜等方法；生物法包括活性污泥法、生物濾池法及接觸氧化法等。這些廢水處理方法有利有弊，治理污水的同時，難以保證安全穩定的效果。例如，萃取法處理過程中抗廢水沖擊能力較弱，且易造成二次污染；氣提法操作復雜，且脫酚效果不理想；吸附法運行成本太高，經常在酚類污染物濃度較高時使用該方法，不適于處理低濃度含酚廢水。因此，有必要根據廢水性質，將多種方法有機結合以取得滿意的效果，并研究開發新的含酚廢水處理技術。

本文根據臺州某制藥企業廢水的性質及企業要求，開發了一種酚醛縮合-鐵碳微電解預處理高含酚工業廢水的工藝。將酚質量濃度超過10 000 mg/L的廢水降至500 mg/L以下，進入化工園區廢水處理廠。

1 實驗部分

1.1 試劑

苯酚、氫氧化鈉、鹽酸、氫氧化鈉、重鉻酸鉀、4-氨基安替比林、甲醛等試劑均為分析純；鐵碳填料為工業級。

含酚廢水來自浙江臺州某制藥公司，廢水呈棕色粘狀，酚質量濃度為13 850 mg/L。

1.2 儀器

pHS-25酸度計，CP124C電子天平，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，TD5A-WS離心機，UV-2600紫外-可見分光光度計。

1.3 分析方法

4-氨基安替比林比色法測揮發酚含量[4],COD測定采用重鉻酸鉀法[5]。

1.4 實驗方法

1.4.1 酚醛縮合處理

取250 mL原廢水樣置于500 mL三口燒瓶中，加入一定量甲醛和濃鹽酸，攪拌，加熱至80℃，回流數小時后停止加熱，離心過濾，濾液冷卻后測酚含量。

1.4.2 鐵碳微電解

在500 mL燒杯中加入一定量鐵碳粒子,先開啟曝氣裝置2 min，再加入200 mL經酚醛縮合處理后的廢水（預先調節pH值），保證水面高于鐵碳粒子層2 cm左右，進行曝氣微電解。在微電解完后，取出剩下的液體，調節pH值為9左右，加入一定量3%PAC溶液，快速攪拌2 min，然后沉淀30 min，取上清液測COD和酚的濃度。

2 結果與討論

2.1 酚醛縮合法處理含酚廢水

2.1.1 反應時間對廢水含酚量的影響

在酸性條件下，苯酚可與甲醛反應，形成直鏈狀酚醛樹脂分子。在酚質量濃度為13 850 mg/L的250 mL廢水中加入15%廢水量的甲醛，加鹽酸量為廢水體積的2%，80℃加熱回流數小時，結果見圖1。由圖1可以看出，在酸性條件下利用酚醛縮合法去除廢水中的酚，延長反應時間，能夠很有效地降低酚含量。但當反應時間超過5 h后，酚含量降低速率明顯減慢，并不利于工業應用，因此選擇反應時間為5 h，此時酚的去除率為92.9%，質量濃度為980 mg/L。

圖1 反應時間對廢水殘留酚濃度的影響

2.1.2 酸性催化劑用量對廢水含酚量的影響

實驗考察了酸性催化劑用量對含酚量的影響。在加入15%廢水量的甲醛，80℃反應5h的條件下結果，見圖2。由圖2可以看出，當鹽酸的加入量在廢水量的2%時，殘液含酚質量濃度大約為980 mg/L，繼續增加酸量對深度的影響不大，故選擇加酸量為2%。

圖2 酸催化劑用量對廢水殘留酚濃度的影響

2.1.3 甲醛加入量對廢水含酚量的影響

酚與醛發生縮合反應，為使酚盡量轉化，甲醛應過量。于250 mL廢水中加入不同體積的甲醛，2%廢水量的鹽酸，80℃反應5 h，結果見圖3。

圖3 甲醛加入量對廢水殘留酚濃度的影響

由圖3看出，當向溶液中加入廢水量的15%甲醛時，廢水中酚質量濃度降至980 mg/L，而甲醛加入量為廢水量的20%時，廢水中酚質量濃度為930 mg/L，并未出現明顯下降，而甲醛的加入，會使廢水COD增大，因此，控制甲醛加入量為廢水量的15%為宜。

經過酚醛縮合處理后，廢水中的酚質量濃度由13 850 mg/L降至大約980 mg/L,仍未達到企業低于500 mg/L的要求，而且由于加入了過量的甲醛，廢水中的COD質量濃度約為5 400 mg/L，因此，對酚醛縮合反應處理后的廢水還需要進一步處理。

2.2 鐵炭微電解處理含酚廢水

2.2.1 反應時間對處理效果的影響

將廢水的pH值調至2.0,考察反應時間對酚及COD去除效果的影響。

試驗結果表明,隨著反應時間的延長,鐵炭對酚和COD的去除率不斷提高;在前60 min內對COD的去除速率最快，在60 min時，酚的去除率為79.6%，COD的去除率為81.9%。當反應時間大于120 min后，對酚和COD去除率的幅度趨緩。在120 min時，酚去除率為95.1%，COD去除率為96.0%，而在180 min時，酚的去除率為95.9%，COD的去除率為96.9%。因此將鐵炭反應時間確定為120 min。

圖4 反應時間對鐵碳微電解去除酚和COD的影響

2.2.2 廢水pH值對處理效果的影響

廢水的pH值會影響到微電解反應的電位差，從而影響鐵炭微電解反應的處理效果。選擇反應時間為120 min，改變廢水的pH值，考察其對酚和COD去除效果的影響,結果見圖5。由圖5可知，隨著廢水pH值的升高，對酚和COD的去除率不斷降低。當pH值為1時，酚和COD的去除率分別為95.5%和96.8%；當pH值為2時，酚和COD的去除率分別為95.1%和96.0%；當pH值為3時，酚和COD的去除率分別為91.3%和94.5%。顯然，當廢水pH值在1～3時鐵炭微電解的處理效果較好。考慮酸性對設備的腐蝕及對鐵碳的消耗，鐵碳微電解時可取pH值為2～3。本次實驗取pH值為2。

圖5 廢水pH值對鐵碳微電解去除酚和COD的影響

經酚醛縮合、鐵碳微電解處理后，廢水中的酚質量濃度由原來的13 850 mg/L降到了50 mg/L以下，廢水COD的質量濃度＜300 mg/L，達到企業的要求。

3 結論

（1）在酸性條件下利用酚醛縮聚法對高濃度的含酚廢水進行處理，最佳工藝條件為：加入甲醛的量為廢水量的15%，2%廢水量的濃鹽酸為催化劑，80℃下反應5 h，此時廢水中酚的質量濃度由13 850 mg/L降至980 mg/L,酚的去除率可達92%。

（2）經酚醛縮合處理后的廢水，再經鐵碳微電解處理,在廢水pH值為2，經120 min處理后，廢水中酚的質量濃度降至48 mg/L,COD質量濃度降至214 mg/L。酚的總去除率為99.7%。

[1]WEI Z,LIANG F,LIU Y,et al.Photoelectrocatalytic degradation of phenol-containing wastewater by TiO2/g-C3N4hybrid heterostructure thin film[J].Applied catalysis b:environmental,2017,201:600-606.

[2]黃太彪,李劉柱,高 嵩,等.含酚廢水處理技術的研究進展[J].工業用水與廢水，2016,47(4):12-15.

[3]董自斌,王開春,李學字,等.2-萘酚生產廢水綜合治理與資源化利用工程實例[J].環境科技,2014(6):38-41.

[4]國家技術監督局.水質-揮發酚的測定-蒸餾后4-氨基安替比林分光光度法：GB 7490—87[S].北京:中國標準出版社,2005.

[5]國家環境保護總局.水質化學需氧量的測定:GB/T 11914—1989[S].北京:中國標準出版社,1990.