目前,国内外处理树脂厂含酚废水的方法主要有:革取法。生化法、液膜法与活性炭吸附法等。革取法处理高浓度含酚废水,除酚率能达到95%以上,但需多次萃取及反萃取,工艺繁琐,不适宜工业推广;生化法只用于处理低浓度含酚废水,费用高;液膜法除酚效果虽好,但工艺复杂,操作技术高,不利于中小型企业的推广;活性炭吸附法能够有效的吸附有机物质,但解析困难,其再生所需设备庞大,成本较高。我们从废水的治理与再利用出发,本着既经济高效又简便易行的原则,进行了多次实验,发现采用酚醛缩聚法及吸附中和相结合的方法处理含酚废水,既可回收酚醛树酯,使废水酚含量降至排放标准以下,又可使废水处理到再利用程度。
1 试验部分
1.1 仪器
主要仪器:721分光光度计。
1.2
试剂
4-氨基安替比林;盐酸苯肼;甲醛。
1.3
测试方法
4-氨基安替比林比色法测挥发酚含量[1];盐酸苯肼比色法测甲醛含量[2]。
1.4
实验步骤
1.4.1 取 250 mL原废水样(保定某酚醛树脂厂废水,酚的质量浓度平均为 1900
mg/L,甲醛的质量浓度平均为 627 mg/L),置于 500
mL三颈瓶中,加人定量HCHO及浓H2SO4,搅拌,加热回流数小时,水样逐渐由混浊变澄清时,停止加热,取出树脂称重,处理后的残液冷却,测其挥发酚含量。
1.4.2 深度处理:称取
20 g活性炭,装人直径为 8 mm的交换柱中,滤料高度为 250 mm,缩聚后的废水以 3
mL/min的流速流经活性炭柱。取样,测其挥发酚和甲醛的含量。
1.4.3 取 100
mL,经活性炭吸附后的水样,用工业生石灰,调节pH值至6-7,过滤。
2 结果和讨论
2.1
反应机理
在酸性条件下,苯酚与甲醛反应按下式进行,形成直链状酚醛树脂分子,其结构如下:

这种直链结构的热塑性缩聚物,是脆的半胶质体,相对分子质量较低,能溶解于丙酮、乙醇及碱性水溶液中。与之比较,在碱性条件下,产生不溶解不熔化的网状缩聚物,燃烧又不能产生火焰,不可回收利用,造成二次污染。从经济效益上考虑,处理方法酸性条件优于碱性条件。
2.2
最佳条件的选择
2.2.1 反应时间对含酚量的影响
按前述实验步骤,在ρ(酚)为 1900
mg/L的250 mL废液中加人 0.2 mL HCHO,加
H2SO4量为废液体积的3%,加热回流数小时,结果见表1。
从表1可以看出,在酸性条件下利用酚醛树脂缩聚法处理废水,适当延长反应时间,能够很有效的降低酚含量。从工业上考虑,由于活性炭解析困难,再生成本高,故能在此步大幅度地降低酚的含量,可提高经济效益。选择时间为5h。
| 表1 反应时间对合酚量的影响 | ||
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| 反应时间/h | 处理后ρ(酚)/(mg·L-1) | 产生树脂的质量/g |
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| 2 | 1.78 | 12.1 |
| 4 | 0.6 | 12.7 |
| 5 | 0.375 | 12.0 |
| 6 | 0.2 | 11.6 |
|
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2.2.2 酸性催化剂用量对含酚量的影响
按前述实验步骤,在p (酚)为 1900
mg/L的250mL废液中加人0.2mL
HCHO,加人定量H2SO4,加热回流5h,结果见表 2。
| 表2 酸性催化剂用量对含酚量的影响 | ||
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| 加酸量/% | 处理后ρ(酚)/(mg·L-1) | m(树脂)/g |
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| 1 | 8.23 | 10.2 |
| 2 | 2.55 | 10.4 |
| 3 | 0.41 | 11.0 |
| 4 | 0.20 | 11.2 |
|
| ||
从表2可以看出,当加人废液3%的酸性催化剂时,残液含酚量可以降到排放标准以下,故选择加酸量为3%。
2.2.3
甲醛加人量的选择
酚与醛发生缩聚反应,需有一定的比例关系,而且甲醛应过量。我们于 250
mL废水中加人不同体积的甲醛实验,结果见表3。
| 表3 甲醛加入量与含酚量的关系 | |||
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| HCHO量/mL | n(酚):n(甲醛) | 处理后ρ(酚)/(mg·L-1) | m(树脂)/g |
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| 0 | 1:1.1 | 1.14 | 10.3 |
| 0.10 | 1:1.36 | 0.735 | 11.0 |
| 0.15 | 1:1.48 | 0.320 | 11.8 |
| 0.20 | 1:1.62 | 0.305 | 12.0 |
| 0.25 | 1:1.75 | 0.300 | 12.0 |
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| 注:反应时间5h,加酸量 3%。 | |||
从表3看出,当向溶液中加人0.15mL甲醛时,即可使废水中含酚量降至0.32
mg/L,也就是说,当溶液中酚与醛的物质的量比为1:1.48以上时,均可使处理后废水中酚含量降至0.5mg/L以下。从除酚效果及回收酚醛树脂量考虑,在含酚量1900mg/L的废水250mL中加人0.20
mL甲醛为宜。
2.2.4
催化剂及HCHO加人方式的选择
在实验中,我们对酸性催化剂(浓H2SO4)加人方式进行了探索。实验表明,浓H2SO4。不宜一次加人,这与产生的酚醛树脂的性质有一定的关系。因为一次加人浓H2SO4,放热多,反应过于剧烈,产物的相对分子质量变大,影响其热塑性树脂的生成。故我们建议,在反应中加入酸性催化剂应在有搅拌装置的反应器中逐滴加入为佳。
为了达到更好的去酚效果,我们对何时加人HCHO也进行了摸索。实验表明,反应进行2h冷却后加人HCHO,产生的树脂性能上有所改善,但工艺繁琐,从经济效益和实际情况考虑,我们选择反应滴加
HCHO为宜。
2.3
吸附中和法进行后处理
废水经酚醛缩聚后,含酚量已降至国家排放标准0.5mg/L以下,但HCHO含量仍较高,且有一定的刺激性气味,需用活性炭吸附废液中残余的挥发酚与甲醛,同时使气味降至极微。用20g活性炭处理2
500 mL酚的质量浓度为0.4mg/L的废水,流出液中含酚量未检出,甲醛的质量浓度降到0.9
mg/L。
在缩聚过程中,由于使用了酸性催化剂,使溶液酸性增强,用工业生石灰中和废液,调节pH值为6-7,过滤使之符合国家排放标准。同时经以上深度处理后,废水也可供树脂厂再利用。
3 结论
①在酸性条件下利用酚醛缩聚法对中等浓度的含酚废水进行处理,除酚率高达99.9%以上,使废水中挥发酚的含量降低到排放标准以下,同时可回收部分相对分子质量低的酚醛树脂。
②经过缩聚及吸附中和处理后,不但除去了苯酚,而且也除去了大量的醛,达到了综合治理的效果,使废水处理到了再利用的程度。
参考文献:
[1]张曾惠. 水和废水标准检验以[M]
北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]污染源统一监测分析编写组,污染源统一监测分析方法(废水部分[M].
北京:技术标准出版社,1983.
作者简介:马艳然(1946-),女,河北肃宁人,副教授,主要从事环境化学教学及研究工作。