芳香磺酸类废水处理方法的比较文献综述 6页

文献综述芳香磺酸类废水处理方法的比较%1.前言部分水环境是指自然界屮水的形成、分布和转化所处空间的环境。是指囤绕人群空间及可直接或间接影响人类生活和发展的水体，其正常功能的备种自然因素和有关的社会因素的总体。也有的指相对稳定的、以陆地为边界的天然水域所处空问的环境。在地球表面，水体面积约占•地球表血积的71%。水是由海洋水和陆地水二部分组成，分别与总水量的97.28%和2.72%。后者所占总量比例很小，且所处空间的环境十分复杂。水在地球上处于不断循环的动态平衡状态。夭然水的基木化学成分和含量，反映了它在不同El然环境循环过程中的原始物理化学性质，是研究水环境屮元素存在、迁移和转化和环境质最（或污染程度）与水质评价的基木依据。水环境主要由地表水环境和地下水环境两部分组成。地表水环境包括河流、湖泊、水库、海洋、池塘、沼泽、冰川等，地下水环境包括泉水、浅层地下水、深层地下水等。水环境是构成环境的基木要索是人类社会赖以生存和发展的重要场所，也是受人类干扰和破坏最严重的领域。水环境的污染和破坏已成为当今世界主要的环境问题乙一。染料⑴在人们的日常生活屮扮演了非常重要的角色，不仅在纺织，造纸等工业上有极大的应用，在食品T业也有肴不可替代的作川，正因为他的存在，使我们的生活变得绚丽多彩。染料及染料中间体废水是指染料或染料中间体生产过程中排出的工艺废水。染料中间体的生产包括以下几个过稈：由苯、蔡、蔥等基本有机原料经磺化、硝化、还原、卤化、胺化、氧化、酰化、烷基化等化学反应过稈，生成比原来结构复杂，但不具有染料特性的有机化合物，如H酸、土氏酸、J酸等。染料屮间体经重氮化、偶合等反应过稈制成原染料。原染料再经染料示处理，制成商品染料。染料生产过程耗川的原料多，每吨物耗可达几吨到几十吨,同时在其生产过程中，往往需要一次或多次水洗，因而产生大量的副产物或废料，尤其是废液产生量很大。随着染料行业的不断发展，4B〔2］酸的生产量在不断地增加，其废水的排放量也在不断地增加，污染周围的环境，损坏企业的形象，因此寻找高效、经济的4B酸废水治理方法，对保护环境。染料企业和4B酸企业的可持续发展都有重要的意义。%1.主题部分芳香族磺酸基化介物作为一种重要的精细化工产品，是化工行业不可缺少的原材料，其n产量相当可观。但由于其结构复杂、生产流程长、副反应多、水溶性强，生产过程屮极易产生大量成分复杂、浓度较高的废水。另外，偶氮染料的还原产物中也含有大量的磺酸基芳香胺类，这些芳香胺类化合物大多有毒，具有“三致”危害，其毒性其至比偶氮染料木身毒性更大。在厌氧条件下芳香胺类难以进一步降解⑶，好氧条件下也需要特殊的微生物才能实现,这成为制约偶氮染料废水彻底矿化的重要因素。这类废水一般具有以下几个特点：（1）污染物浓度高。芳香族磺酸化合物带有亲水性的磺酸基，其水溶性较大，水屮的有机物浓度（以COD表示）高达几力mg/L,—般还含有大量的无机盐。以DSD酸（4,4一二氨基■对苯乙烯・2,2—二磺酸）生产废水为例，COD高达27040mg/L,硫酸钠等无机盐的质量分数高达14%。（2）酸性强。芳香族磺酸基有机化工废水常为强酸性,如J酸〔呵（2■氨基・5•蔡酚7磺酸）生产废水的pH约为0・5〜1・5。（3）色泽深。芳香族磺酸基有机化工废水一般都呈深棕色至深黑色，色度极高。（4）不易生物降解。这类废水大多BOD/COD比值极低，可生化性差，难以用一般生化法处理。1.物理化学法目前对芳香族磺酸基有机化工生产废水治理的研究T作，较多地集屮于高级氧化法、络合萃取法、液膜萃取法和树脂吸附法等物理化学方法。1.1高级氧化法高级氧化法可使化合物的结构转变，色度降低，降低COD和TOC,提高BOD/COD比值。目前环境科学领域研究最活跃的是应用高级氧化技术（AOP）来处理高浓度、难以生物降解的废水，在水溶液屮产生以梵基自由基为主的强氧化自由基，快速分解难降解污染物，并显著提高废水的可生化性。用于芳香磺酸类有机化工废水处理的高级氧化技术主要有以下几种。（I）Fcnton试剂氧化法。Fenton试剂氧化法属于均相催化氧化法，，它用双氧水为氧化剂，2价铁为催化剂。整个反应体系关键是通过Fe在反应中起激发和传递作川，使链反应能持续进行，直至双氧水耗尽。反应屮激发出氧化能力仅次于F的拜基白由基（-OH）,对于芳香族物质来说，・OH基的作用是破坏芳香核，形成脂肪族化合物，后者在大多数情况下比取代的芳香物可生化降解性好，随后，脂肪族化合物向无机物质形态转化，转化的稈度与双氧水的剂量有关。Fenton试剂氧化法不仅可有效降低芳香磺酸类有机化工废水的COD值，而且可明显地提高其BOD/COD比值。n（2）臭氧氧化法臭氧氧化法在近20年來的废水处理屮得到较多关注，在碱性条件下，臭氧和水屮有机物主要通过a由基反应来降解有机物。臭氧对不同分子结构的芳香磺酸类物质具有不同的氧化降解效率。为增强臭氧氧化效率，臭氧往往与催化剂、UV等相结合。除了Fenton试剂和臭氧氧化法外，湿式氧化法和光催化氧化法也被用来处理芳香族磺酸基废水。高级氧化技术（AOP）用于处理芳吞磺酸类有机化工废水具有适应性强、能快速和较彻底地降解有机物或提高废水的可生化性的特点，但AOP的主要问题是反应条件比较苛刻，运行费用高。Fenton试剂和臭氧氧化法药剂消耗量大，催化剂无法冋收；湿式氧化法需要高温、高压设备，能耗大；光催化氧化反应选择性差，废水浊度高时透光率低，处理难以见效。因此，只有进一步改善反应条件，降低运行费用，AOP才可能有望成为经济有效的废水处理技术。1.2萃取法萃取法⑹是利用混合物中各成分在两种互不相溶的溶剂屮分配系数不同而达到分离的方法。芳香族磺酸化合物属强Lewis酸，其酸性接近于无机酸，水溶性大，川普通萃取法难以奏效，络合萃取法则对该种废水具有较好的处理效果。络合萃取法处理芳香族磺酸基有机化工废水是利用胺类化合物特别是叔胺类萃取剂能与芳香磺酸类化合物形成络合物而脱离水相的机理。在碱性条件下，络合物又会发生分解反应，使萃取剂得到再生。鲁军⑺等使用萃取剂N235和稀释剂（煤汕）对主要成分为4,4一二硝基■对苯乙烯一2,2-二磺酸的DSD酸生产废水进行处理，当pH=K萃取剂和稀释剂按废水：萃取剂N235：稀释剂（煤油）=20：2：5（体积比）比例投加时,COD去除率为86.4%；对高浓度J酸废水应用络合萃取法进行处理，COD去除率可达95%罔。液膜分离技术是新开发的可应用于废水治理的萃取技术，在表面活性剂的作用下将萃取剂制成油包水型的液珠，污染物在载体作用下透过膜层进入萃取内相，分层示将萃取相破乳即可得到浓缩液，同时冋收有机相。络合萃取法和液膜萃取法处理芳香磺酸类有机化工废水，是选用了与待分离冋收物质发生化学反应的萃取剂进行化学萃取，因此，具有良好的选择性、单向迁移性及快速高效等特点，达到消除污染和冋收资源的双重1=1的。但萃取过程屮可能存在着有机溶剂的溶解和夹带流失到水相，不仅使运行成木增加，同时还可能因潜在的有毒污染物造成新的污染。1.3树脂吸附法n吸附法以英能够选择性地富集某些化合物而受到广泛关注,它是利用多孔I古I体物质具有的高比表面积或所带有的功能基团，通过分了间作用力，对废水屮的污染物进行有效的分离,采用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、改性纤维素、黏十-矿物、硅胶和树脂等。芳香族磺酸化合物一般是强极性，在广泛的pH范围内以离子态存在，很难被疏水性的吸附剂吸附，比如在工业水处理屮被大量使用的活性炭。白20世纪60年代以来，随着大孔结构离子交换树脂和吸附树脂的出现，大孔树脂克服了活性茨〔刃等吸附剂所存在的缺点，较好地解决了吸附选择性羌、解吸再生困难和物理化学稳定性并等问题，已被广泛应用于有机废水的治理。针对芳香磺酸类有机化工废水的特点，科学工作者通过相关文献⑼合成出具有不同物理和化学结构的大孔树脂，用来处理该类废水并取得了良好的效果。树脂吸附法处理废水具有工艺简单、操作方便、利于综合利用和变废为宝等特点，在保护环境的同时冋收了资源，是处理芳香磺酸类有机工业废水〔⑼的有效方法今示，合成具有高吸附容最、高选择性的大孔树脂⑴切是该法处理芳香磺酸类有机化工废水的研究重点.2.生物处理法芳香族磺酸基化合物是一类生化性校差的化合物，尤其是结构父杂的多环化合物或多取代基化合物。目前关于该类物质的生物降解报道较少；偶氮染料做为一类重要的芳香族磺酸基化合物，利用生物法对其进行脱色及矿化有不少研究报道。木文作者利用分离选育的高效菌株Pannonibactersp.Wl降解对氨基苯磺酸，能够实现其彻底矿化JOERY等分离选冇出具有高降解性能的假单胞菌(Pseudomonos)应用于多取代芳香族磺酸物质的降解，但微心物对营养物质、pH、温度等条件有一定要求，难以适应芳香磺酸类有机工业废水*⑹水质波动大、盐含量高及毒陛大等特点；KULLA等发现Xenophilus和entiphaga菌株能以corboxy-orangeI和Carboxy-orange为唯一碳源和能源生长。说明菌株可以对偶氮染料的中间产物，即磺酸基芳香胺类化合物进行降解；Haug等利用降解6—氨基一2蔡磺酸的菌群在厌氧环境下MordantYellow还原脱色，并可以利用厌氧一好氧过稈对其彻底矿化，对于彻底处理偶氮染料废水和磺酸基芳香胺类有机废水很有意义；Kudlich等对芳香族的邻位耗基苯胺的『I氧化进行了报道，认为这些化合物在有氧条件下|'|氧化，生成相应的荼醜或者聚合物,更难降解，有重新肴色的现象，后来也有文献报道，这个发现给偶氮染料屮间产物及磺酸基芳香胺类化合物在好氧条件下不易降解提供了一个很好的解释;Xu等对Shewanella菌»降解酸性大红进行了研究，可实现偶氮还原产生的磺酸基芳香胺类化介物的开环降解，并首次n提出微氧概念，在微氧坏境下对酸性大红GR进行了彻底的矿化，这与以前的厌氧还原脱色,好氧矿化降解的报道一致，微氧环境可以实现局部缺氧也可以提供有氧环境，实现了厌氧还原和好氧矿化育接的接力，避免白氧化过程的发生。最近儿年也有很多报道把反丿应器的使用引入偶氮染料的彻底矿化，更加容易控制厌氧・好氧过程，取得了较好的效果。Khehra等利用Stenstrophomonas菌属、pseudomonas菌属和Baeillas菌屈通过缺氧•好氧问歇式反应器使染料C丄酸性红88脱色并得到降解，是关于以蔡磺酸为母体的偶氮染料彻底降解的报道；Coughlin等利用菌株ICX和SAD4i故早在好氧生物膜反应器屮将含蔡磺酸的偶氮染料酸性橙矿化，不需要外加碳源和氮源，口缺氧条件抑制降解，这在以后很少报道；Zhao等利用白腐真菌对4一拜基一苯磺酸和酸性橙7进行降解,发现前者可以被降解，后者生成的1,2—蔡醞也会消失，但是没有确定是彻底矿化还是生成其他屮间产物好。%1.总结部分芳香族磺酸类化合物作为一类应用十分广泛的化工产品，在其生产和使用过程屮会产生大量的有机废水。这类废水产量大、浓度高、难处理，对坏境的污染1-分严重，其处理手段受到广泛关注。日前，这类物质的处理主要集屮在物化处理，但是存在能耗高、效率低、二次污染等缺陷；生物法有望克服这些缺点，但是微生物对降解基质、水质条件等有很强的选择性，如将生物强化用于废水处理将有广阔的应用前景。另外，分子生态技术的发展为研究生物强化系统微观动态提供了新方法、新手段，使生物强化技术与传统的生物治理技术相结合成为废水生物处理的一种趋势。运用大孔树脂吸附4B酸废水的实验研究己经非常广泛。随着研究的不断深入和在工程实例屮的应用，一些创新的实验成果会不断涌现，有关树脂吸附的新工艺也会不断开发和应用，将会在更广阔的领域发挥巨大作用。目前，我国对废水处理越来越重视，相信树脂吸附法是一种很有推广价值和发展潜力的处理染料屮体废水的方法。四、参考文献[1]莫滨弘等.染料T业废水处理的现状与进展.污染防治技术・1998,12n[1]张雪梅，简春贵等・4B酸的合成•精细石油化工,1996.[2]王菊思等.某些芳香化合物生物降解性研究•环境科学学报,1995,15(4):407-41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