芳香磺酸類廢水處理方法的比較[文獻(xiàn)綜述]

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　芳香磺酸類廢水處理方法的比較</p><p><b>　　一、前言部分</b></p><p>　　水環(huán)境是指自然界中水的形成、分布和轉(zhuǎn)化所處空間的環(huán)境。是

2、指圍繞人群空間及可直接或間接影響人類生活和發(fā)展的水體，其正常功能的各種自然因素和有關(guān)的社會因素的總體。也有的指相對穩(wěn)定的、以陸地為邊界的天然水域所處空問的環(huán)境。在地球表面，水體面積約占地球表面積的71％。水是由海洋水和陸地水二部分組成，分別與總水量的97.28％和2.72％。后者所占總量比例很小，且所處空間的環(huán)境十分復(fù)雜。水在地球上處于不斷循環(huán)的動態(tài)平衡狀態(tài)。天然水的基本化學(xué)成分和含量，反映了它在不同自然環(huán)境循環(huán)過程中的原始物理化學(xué)性質(zhì)

3、，是研究水環(huán)境中元素存在、遷移和轉(zhuǎn)化和環(huán)境質(zhì)最（或污染程度）與水質(zhì)評價的基本依據(jù)。水環(huán)境主要由地表水環(huán)境和地下水環(huán)境兩部分組成。地表水環(huán)境包括河流、湖泊、水庫、海洋、池塘、沼澤、冰川等，地下水環(huán)境包括泉水、淺層地下水、深層地下水等。水環(huán)境是構(gòu)成環(huán)境的基本要素之一，是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要場所，也是受人類干擾和破壞最嚴(yán)重的領(lǐng)域。水環(huán)境的污染和破壞已成為當(dāng)今世界主要的環(huán)境問題之一。</p><p>　　染料[1

4、]在人們的日常生活中扮演了非常重要的角色，不僅在紡織，造紙等工業(yè)上有極大的應(yīng)用，在食品工業(yè)也有著不可替代的作用，正因為他的存在，使我們的生活變得絢麗多彩。</p><p>　　染料及染料中間體廢水是指染料或染料中間體生產(chǎn)過程中排出的工藝廢水。染料中間體的生產(chǎn)包括以下幾個過程：由苯、萘、蒽等基本有機原料經(jīng)磺化、硝化、還原、鹵化、胺化、氧化、?；?、烷基化等化學(xué)反應(yīng)過程，生成比原來結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但不具有染料特性的有機化合物

5、，如H酸、土氏酸、J酸等。染料中間體經(jīng)重氮化、偶合等反應(yīng)過程制成原染料。原染料再經(jīng)染料后處理，制成商品染料。染料生產(chǎn)過程耗用的原料多，每噸物耗可達(dá)幾噸到幾十噸，同時在其生產(chǎn)過程中，往往需要一次或多次水洗，因而產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物或廢料，尤其是廢液產(chǎn)生量很大?！　?lt;/p><p>　　隨著染料行業(yè)的不斷發(fā)展，4B[2]酸的生產(chǎn)量在不斷地增加，其廢水的排放量也在不斷地增加，污染周圍的環(huán)境，損壞企業(yè)的形象，因此尋找高效、經(jīng)

6、濟的4B酸廢水治理方法，對保護環(huán)境。染料企業(yè)和4B酸企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。</p><p><b>　　二、主題部分</b></p><p>　　芳香族磺酸基化合物作為一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，是化工行業(yè)不可缺少的原材料，其產(chǎn)量相當(dāng)可觀。但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)流程長、副反應(yīng)多、水溶性強，生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生大量成分復(fù)雜、濃度較高的廢水。另外，偶氮染料的還原產(chǎn)物中

7、也含有大量的磺酸基芳香胺類，這些芳香胺類化合物大多有毒，具有“三致”危害，其毒性甚至比偶氮染料本身毒性更大。在厭氧條件下芳香胺類難以進一步降解[3]，好氧條件下也需要特殊的微生物才能實現(xiàn)，這成為制約偶氮染料廢水徹底礦化的重要因素。</p><p>　　這類廢水一般具有以下幾個特點：(1)污染物濃度高。芳香族磺酸化合物帶有親水性的磺酸基，其水溶性較大，水中的有機物濃度(以COD表示)高達(dá)幾萬mg／L，一般還含有大量

8、的無機鹽。以DSD酸(4，4 ─二氨基-對苯乙烯-2，2 ─二磺酸)生產(chǎn)廢水為例，COD高達(dá)27 040 mg／L，硫酸鈉等無機鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)14％。(2)酸性強。芳香族磺酸基有機化工廢水常為強酸性，如J酸[4-5] (2-氨基-5-萘酚-7-磺酸)生產(chǎn)廢水的pH約為0．5～1．5。(3)色澤深。芳香族磺酸基有機化工廢水一般都呈深棕色至深黑色，色度極高。(4)不易生物降解。這類廢水大多BOD/COD比值極低，可生化性差，難以用一般生化

9、法處理。</p><p><b>　　1．物理化學(xué)法</b></p><p>　　目前對芳香族磺酸基有機化工生產(chǎn)廢水治理的研究工作，較多地集中于高級氧化法、絡(luò)合萃取法、液膜萃取法和樹脂吸附法等物理化學(xué)方法。</p><p><b>　　1.1 高級氧化法</b></p><p>　　高級氧化法可使化

10、合物的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，色度降低，降低COD和TOC，提高BOD/COD比值。目前環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究最活躍的是應(yīng)用高級氧化技術(shù)(AOP)來處理高濃度、難以生物降解的廢水，在水溶液中產(chǎn)生以羥基自由基為主的強氧化自由基，快速分解難降解污染物，并顯著提高廢水的可生化性。用于芳香磺酸類有機化工廢水處理的高級氧化技術(shù)主要有以下幾種。</p><p>　　(1)Fenton試劑氧化法。</p><p>　　Fe

11、nton試劑氧化法屬于均相催化氧化法，，它用雙氧水為氧化劑，2價鐵為催化劑。整個反應(yīng)體系關(guān)鍵是通過Fe 在反應(yīng)中起激發(fā)和傳遞作用，使鏈反應(yīng)能持續(xù)進行，直至雙氧水耗盡。反應(yīng)中激發(fā)出氧化能力僅次于F的羥基自由基(·OH)，對于芳香族物質(zhì)來說，·OH基的作用是破壞芳香核，形成脂肪族化合物，后者在大多數(shù)情況下比取代的芳香物可生化降解性好，隨后，脂肪族化合物向無機物質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的程度與雙氧水的劑量有關(guān)。Fenton試劑氧化

12、法不僅可有效降低芳香磺酸類有機化工廢水的COD值，而且可明顯地提高其BOD/COD比值。</p><p><b>　　(2)臭氧氧化法</b></p><p>　　臭氧氧化法在近20 年來的廢水處理中得到較多關(guān)注，在堿性條件下，臭氧和水中有機物主要通過自由基反應(yīng)來降解有機物。</p><p>　　臭氧對不同分子結(jié)構(gòu)的芳香磺酸類物質(zhì)具有不同的氧化

13、降解效率。為增強臭氧氧化效率，臭氧往往與催化劑、UV等相結(jié)合。</p><p>　　除了Fenton試劑和臭氧氧化法外，濕式氧化法和光催化氧化法也被用來處理芳香族磺酸基廢水。高級氧化技術(shù)(AOP)用于處理芳香磺酸類有機化工廢水具有適應(yīng)性強、能快速和較徹底地降解有機物或提高廢水的可生化性的特點，但AOP的主要問題是反應(yīng)條件比較苛刻，運行費用高。Fenton試劑和臭氧氧化法藥劑消耗量大，催化劑無法回收；濕式氧化法需要

14、高溫、高壓設(shè)備，能耗大；光催化氧化反應(yīng)選擇性差，廢水濁度高時透光率低，處理難以見效。因此，只有進一步改善反應(yīng)條件，降低運行費用，AOP才可能有望成為經(jīng)濟有效的廢水處理技術(shù)。</p><p><b>　　1.2 萃取法</b></p><p>　　萃取法[6]是利用混合物中各成分在兩種互不相溶的溶劑中分配系數(shù)不同而達(dá)到分離的方法。芳香族磺酸化合物屬強Lewis酸，其酸性

15、接近于無機酸，水溶性大，用普通萃取法難以奏效，絡(luò)合萃取法則對該種廢水具有較好的處理效果。絡(luò)合萃取法處理芳香族磺酸基有機化工廢水是利用胺類化合物特別是叔胺類萃取劑能與芳香磺酸類化合物形成絡(luò)合物而脫離水相的機理。在堿性條件下，絡(luò)合物又會發(fā)生分解反應(yīng)，使萃取劑得到再生。</p><p>　　魯軍[7]等使用萃取劑N235和稀釋劑(煤油)對主要成分為4，4 ─二硝基-對苯乙烯─2，2─二磺酸的DSD酸生產(chǎn)廢水進行處理，當(dāng)

16、pH=l、萃取劑和稀釋劑按廢水：萃取劑N235：稀釋劑(煤油)=20：2：5(體積比)比例投加時，COD去除率為86．4％；對高濃度J酸廢水應(yīng)用絡(luò)合萃取法進行處理，COD去除率可達(dá)95％[8]。液膜分離技術(shù)是新開發(fā)的可應(yīng)用于廢水治理的萃取技術(shù)，在表面活性劑的作用下將萃取劑制成油包水型的液珠，污染物在載體作用下透過膜層進入萃取內(nèi)相，分層后將萃取相破乳即可得到濃縮液，同時回收有機相。</p><p>　　絡(luò)合萃取法和

17、液膜萃取法處理芳香磺酸類有機化工廢水，是選用了與待分離回收物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的萃取劑進行化學(xué)萃取，因此，具有良好的選擇性、單向遷移性及快速高效等特點，達(dá)到消除污染和回收資源的雙重目的。但萃取過程中可能存在著有機溶劑的溶解和夾帶流失到水相，不僅使運行成本增加，同時還可能因潛在的有毒污染物造成新的污染。</p><p><b>　　1.3樹脂吸附法</b></p><p>

18、　　吸附法以其能夠選擇性地富集某些化合物而受到廣泛關(guān)注，它是利用多孔固體物質(zhì)具有的高比表面積或所帶有的功能基團，通過分子間作用力，對廢水中的污染物進行有效的分離，采用的吸附劑有活性炭、粉煤灰、改性纖維素、黏土礦物、硅膠和樹脂等。芳香族磺酸化合物一般是強極性，在廣泛的pH范圍內(nèi)以離子態(tài)存在，很難被疏水性的吸附劑吸附，比如在工業(yè)水處理中被大量使用的活性炭。自20世紀(jì)60年代以來，隨著大孔結(jié)構(gòu)離子交換樹脂和吸附樹脂的出現(xiàn)，大孔樹脂克服了活性炭

19、[9]等吸附劑所存在的缺點，較好地解決了吸附選擇性差、解吸再生困難和物理化學(xué)穩(wěn)定性差等問題，已被廣泛應(yīng)用于有機廢水的治理。針對芳香磺酸類有機化工廢水的特點，科學(xué)工作者通過相關(guān)文獻(xiàn)[9]合成出具有不同物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)的大孔樹脂，用來處理該類廢水并取得了良好的效果。</p><p>　　樹脂吸附法處理廢水具有工藝簡單、操作方便、利于綜合利用和變廢為寶等特點，在保護環(huán)境的同時回收了資源，是處理芳香磺酸類有機工業(yè)廢水[10

20、]的有效方法之一。今后，合成具有高吸附容量、高選擇性的大孔樹脂[11-12]是該法處理芳香磺酸類有機化工廢水的研究重點.</p><p><b>　　2．生物處理法</b></p><p>　　芳香族磺酸基化合物是一類生化性較差的化合物，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多環(huán)化合物或多取代基化合物。目前關(guān)于該類物質(zhì)的生物降解報道較少；偶氮染料做為一類重要的芳香族磺酸基化合物，利用生物法

21、對其進行脫色及礦化有不少研究報道。本文作者利用分離選育的高效菌株P(guān)annonibacter sp.W1降解對氨基苯磺酸，能夠?qū)崿F(xiàn)其徹底礦化JOERY等分離選育出具有高降解性能的假單胞菌(Pseudomonos)應(yīng)用于多取代芳香族磺酸物質(zhì)的降解，但微生物對營養(yǎng)物質(zhì)、pH、溫度等條件有一定要求，難以適應(yīng)芳香磺酸類有機工業(yè)廢水[13-16]水質(zhì)波動大、鹽含量高及毒陛大等特點；KULLA等發(fā)現(xiàn)Xenophilus和entiphaga菌株能以co

22、rboxy-orange I和Carboxy-orange為唯一碳源和能源生長。說明菌株可以對偶氮染料的中間產(chǎn)物，即磺酸基芳香胺類化合物進行降解；Haug等利用降解6─氨基─2萘磺酸的菌群在厭氧環(huán)境下Mordant Yellow還原脫色，并可以利用厭氧一好氧過程對其徹底礦化，對于徹底處理偶氮染料廢水和磺酸基芳香胺類有機廢水很有意義；Kudlich等對芳香族的鄰位羥基苯胺的自氧化進行</p><p>　　最近幾年也

23、有很多報道把反應(yīng)器的使用引入偶氮染料的徹底礦化，更加容易控制厭氧-好氧過程，取得了較好的效果。Khehra等利用Stenstrophomonas 菌屬、pseudomonas菌屬和Baeillas菌屬通過缺氧-好氧問歇式反應(yīng)器使染料C.I.酸性紅88脫色并得到降解，是關(guān)于以萘磺酸為母體的偶氮染料徹底降解的報道；Coughlin等利用菌株ICX和SAD4i最早在好氧生物膜反應(yīng)器中將含萘磺酸的偶氮染料酸性橙礦化，不需要外加碳源和氮源，且缺氧

24、條件抑制降解，這在以后很少報道；Zhao等利用白腐真菌對4─羥基─苯磺酸和酸性橙7進行降解，發(fā)現(xiàn)前者可以被降解，后者生成的1，2一萘醌也會消失，但是沒有確定是徹底礦化還是生成其他中間產(chǎn)物好。 </p><p><b>　　三、總結(jié)部分 </b></p><p>　　芳香族磺酸類化合物作為一類應(yīng)用十分廣泛的化工產(chǎn)品，在其生產(chǎn)和使用過程中會產(chǎn)生大量的有機廢水。這類廢水產(chǎn)

25、量大、濃度高、難處理，對環(huán)境的污染十分嚴(yán)重，其處理手段受到廣泛關(guān)注。目前，這類物質(zhì)的處理主要集中在物化處理，但是存在能耗高、效率低、二次污染等缺陷；生物法有望克服這些缺點，但是微生物對降解基質(zhì)、水質(zhì)條件等有很強的選擇性，如將生物強化用于廢水處理將有廣闊的應(yīng)用前景。另外，分子生態(tài)技術(shù)的發(fā)展為研究生物強化系統(tǒng)微觀動態(tài)提供了新方法、新手段，使生物強化技術(shù)與傳統(tǒng)的生物治理技術(shù)相結(jié)合成為廢水生物處理的一種趨勢。</p><p&

26、gt;　　運用大孔樹脂吸附4B酸廢水的實驗研究已經(jīng)非常廣泛。隨著研究的不斷深入和在工程實例中的應(yīng)用, 一些創(chuàng)新的實驗成果會不斷涌現(xiàn)，有關(guān)樹脂吸附的新工藝也會不斷開發(fā)和應(yīng)用， 將會在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。目前，我國對廢水處理越來越重視，相信樹脂吸附法是一種很有推廣價值和發(fā)展?jié)摿Φ奶幚砣玖现畜w廢水的方法。</p><p><b>　　四、參考文獻(xiàn)</b></p><p&g

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