强化含酚废液水热资源化技术研究

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含酚废液主要来源于化工生产及含酚废水的蒸馏,其主要成分是苯酚。含酚废液虽然产量不是很大,但具有浓度高、毒性强及处理难度大的特点,属于危险废物。焚烧法和萃取法是目前最常用的处理含酚废液的方法,但是成本高,易产生二次污染,需要开发新的工艺。水热碳化法(HTC)操作简单,反应条件温和,大量的研究表明,该工艺可以将许多生物质材料碳化,并通过控制工艺条件,制备出不同形貌的炭材料或炭复合材料,从而实现废弃生物质的资源化。近年来HTC工艺逐渐应用于化工废液及有机固废处理中,实现废物的资源化。然而,该工艺处理含酚废液未见报道。本研究以模拟苯酚废液为研究对象,配制浓度参照浙江某化工厂的实际废液浓度,苯酚含量为50 g/L,拟采用HTC工艺进行无害化和资源化处理。主要的研究内容包括以下三个部分:(1)废液及其均相强化条件下的HTC研究。结果表明,苯酚废液在180-220℃温度范围、反应时间4-8 h条件下均难以发生碳化,在最佳条件下,化学需氧量(COD)的去除率为17.5%,苯酚的去除率为15.4%。以浓硫酸为催化剂,苯酚废液与浓硫酸体积混合比为1:1至1:4范围内,在180-220℃温度范围,反应时间4-8h条件下也难以碳化,当体积比在1:2及以上时,检测不到苯酚的残留,但COD去除效果不理想。以H2O2为添加剂引发碳化实验中,废液与H2O2体积混合比为2:0.3至2:1范围内,在180℃温度下反应4 h,废液都发生了碳化,继续提高H2O2投加量,COD去除率可进一步提高,但不发生碳化了;当体积比为2:0.9时,反应得到的水热碳的产率最高为37.0%,COD去除率为77.0%,没有检测到苯酚的残留。(2)采用催化活性强的硅藻土和Fe2O3改性硅藻土为固相介质来强化苯酚废液发生水热碳化。结果表明,废液与硅藻土或Fe2O3改性硅藻土在不同的投加量下,在180-220℃温度下反应4 h都没能成功碳化,COD的最高去除率分别为18.3%和19.9%。在硅藻土和Fe2O3改性硅藻土存在的条件下,再添加适量的H2O2能促进废液发生碳化,而且碳化程度要高于只添加H2O2的反应,水热碳的最高产率分别为38.5%和63.5%,COD去除率分别为83.1%和79.0%。固相界面能够促进H2O2氧化苯酚废液,从而引发废液发生碳化。(3)采用壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)来强化苯酚废液发生水热碳化。结果表明,添加NP-10对废液的碳化是非常有利的,少量的NP-10就能引发废液发生碳化。通过改变反应的条件,优化工艺参数,得到了最佳的水热碳化条件:2 ml的苯酚废液、4 ml的浓硫酸和0.075 ml的NP-10在180℃条件下反应4 h。在此条件下得到的水热碳具有丰富的表面官能团,比表面积为14.05 m2/g,对亚甲基蓝的最大吸附量达到698 mg/g,远高于活性炭对亚甲基蓝的最大吸附量363 mg/g;洗涤水的COD为499 mg/L,二次污染不严重。因此,水热碳可以作为废水处理的一种很有前途的吸附剂。
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