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甲醛废水处理技术研究进展

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第44卷第3期 201 5年3月 当 代 化 工 Contemporary Chemical Industry Vo1.44.NO.3 March.20i 5 甲醛废水处理技术研究进展 苑丹丹,沈筱彦,邵楠,聂春红 (东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工重点实验室,黑龙江大庆163318) 摘 要: 随着化学工业及其相关产业的高速发展,甲醛废水的产生量越来越多,对生态环境和人类健康的 危害也日益严峻。采用传统的废水处理技术已不能满足越来越高的环保要求。因此探索高效、经济的方法处理 甲醛废水已经成为化学界和环保领域重要的研究课题。介绍了国内外近年来甲醛废水处理技术的研究进展,为 今后甲醛废水处理提供了新的思路,对工业处理具有重要意义。 关键词:甲醛;废水;处理方法;组合T艺 文献标识码:A 文章编号: 1671-0460(2015)03—0516—04 中图分类号:X 703 Research Progress in Treatment technologies of Formaldehyde Wastewater YUANDan—dan,SHENXiao-yan,SHAO Nan,NIE Chun—hong (Key Laboratory for Oil and Gas Chemical Industry,School of Chemistry and Chemical Engineering,Northeast Petroleum University,Heilongjiang Daqing 163318,China) Abstract:With rapid development of the chemical industy,more and more forrmaldehyde wastewater has been generated,which impacts on the ecological environment and human health greatly.Using conventional technology for treating formaldeh3 de wastewater can not meet the increasing environmental requirements.Therefore,exploring an eficientf and economical way to treat formaldehyde wastewater has become an important research topic in the field of chemical industry and environmental protection.In this paper,research progress of formaldehyde wastewater treatment technologies in recent years was described,which could offer new ideas for formaldehyde wastewater treatment in the future. Key words:Formaldehyde;Wastewater;Treatment;Group technology 甲醛是一种重要的有机原料,主要用于塑料工 液体混合物分离技术。这种方法不受汽液平衡的限 制,因而在微量水的脱除,近沸物系、恒沸物的分 离,及水中微量有机物的去除方面有着独特的优越 性 。 ,所以越来越多的人开始重视该技术的发展。 业、合成纤维、皮革工业等。甲醛在有毒化学品名 单上排名第二,且被世界癌症协会定为致癌物质, 被美国环境保护局和世界卫生组织定为致畸、致突 变物质。由于甲醛在工业生产中的用途很广,完全 的限制是不现实的,必须对生产出现的甲醛废水进 丁少杰等 采用硅橡胶(PDMS)/ ̄酸纤维素(CA) 复合膜对甲醛废水进行渗透汽化处理,实验结果表 行处理。我国《污水综合排放标准》(GB8978—1996) 明,随着料液浓度的增加,膜的渗透通量随之增大。 中规定,二级排放标准的甲醛含量不得高于2mg/L。 各因素中温度对膜渗透通量的影响比较显著。且在 目前,针对甲醛废水自身特点,国内外科学家开展 定温度范围内,该体系的渗透汽化过程存在一个 了大量的实验研究,发现了众多新型的废水处理工 最佳的分离因子;在处理质量分数为1%甲醛废液 艺、技术和设备,以适应日益严格的排放标准。 时,在50℃、透过侧压力为13 kPa时,可以达到 一l物理法 根据物理作用的不同,物理处理法分为渗透汽 化法、真空膜蒸馏法、膜吸收法、吸附法。 1.1渗透汽化法 最佳的分离效率,此时甲醛的渗透通量可达到1 10 g/(m ・h1,分离因子为1.75。 1.2真空膜蒸馏法 渗透汽化法是近年来迅速发展起来的一种新的 真空膜蒸馏法是基于膜两侧水蒸气压差,热侧 水蒸气由膜孑L进入冷侧,水蒸气在冷侧冷凝,这个 基金项目:东北石油大学青年基金,项目号:2013NQIl 5。 收稿日期:2014-09—28 作者简介: 苑丹丹(1980一),女,黑龙江大庆人,副教授,硕士研究生,2011年毕业于东北石油大学环境工程专业,研究方向:新能源化工 油田污水及处理领域研究。E-mail:yuandandan@nepu.edu.cn。 第44卷第3期 苑丹丹,等:甲醛废水处理技术研究进展 5l 7 过程和普通蒸馏中的蒸发一传递一冷凝过程相同。膜 蒸馏具有可在常压或稍高于常温的条件下进行分离 和聚苯胺等 。 李亚焕等 q采用CTMAB对天然膨润土进行改 的优点,并且能充分利用工业余热、太阳能和废热 性,并进行了甲醛模拟废水的吸附实验,进而探讨 等低价能源,所需设备简单、操作方便,可用于苦 了改性膨润土对甲醛模拟废水的处理效果。结果表 咸水与海水的淡化、超纯水、浓缩水制备,在医药、 明,改性有机膨润土对水中的甲醛能产生良好吸附作 环保等方面也有广泛应用 。 用,对甲醛模拟废水有较好的去除效果,在改性膨润 王树立 利用聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙 土用量为40 g/L,pH值为中性,吸附时间为30 min, 烯(PTFE)膜中空纤维微孔膜组件对含甲醛废水进 吸附温度为30。c的条件下处理浓度为5 g/mL的低 行膜蒸馏处理,通过试验得到用PVDF膜和PTFE 膜处理甲醛废水的最佳条件,即PVDF膜的膜分离 浓度甲醛模拟废水,甲醛的去除率可达45.12%。 效率在50℃时达最大值,为86.27%,而PTFE膜 在60℃时达最大值,为97.1%。浓度高达900 mg/L 的甲醛废水经膜蒸馏法处理后可降低至30 mg/L以 下,达到了国家规定的排放标准。 1.3膜吸收法 膜吸收法是膜技术和气体吸收技术相结合的新 型的吸收过程,膜吸收法适合于回收、浓缩和分离 溶液中的具有挥发性的物质 。膜吸收法与传统的 液/液以及气/液接触反应器相比较而言,具有许多 优点 …,譬如传统的气液接触反应器的传质面积约 为5—20 m ,而膜吸收法是在微孔膜表面开孔处的 两相界面上气液两相互相接触的同时进行物质的吸 收,这些膜孔为膜两侧的流体提供了相当大的接触 面积(膜吸收反应器的传质面积可达到10 ~10 m ), 这样传质效率就大大提高了。 刘艳 采用序批式膜吸收法以亚硫酸氢钠作为 吸收剂对甲醛废水进行了实验研究,得出当吸收液 和料液温度为60℃,吸收液浓度为2%,膜吸收时 间120 min,流速为5.24 X 10 m/s时,废水中甲醛 初始浓度约为7 500 mg/L,实验中采用序批式膜吸 收法先后处理甲醛废水6次,累计去除率可达到 99.15%,其中剩余甲醛的浓度小于100 mg/L。序批 式处理尽管去除率高,但由于需要定时更换新鲜吸 收剂,所需药剂量大,处理成本高,而且若膜两侧 存在水蒸气压差,将可能产生伴生渗透蒸馏,导致 反应产物的回收和再利用难度大。 1.4吸附法 膨润土的主要矿物组分是蒙脱石,它有很大的 比表面积,具有良好的吸附性能和阳离子交换能力 [12,131,是一种新型的廉价的水处理吸附剂,并且在废 水处理领域得到了广泛应用。但是用天然膨润土直 接处理污水时效果不佳。因此,人们采用添加表面 活性剂等方法将天然膨润土变为改性膨润土,从而 改善其吸附l生能,目前,应用较多的改性剂如环氧 树脂、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、聚丙烯 2氧化法 2.1 Fenton法 Fenton试剂是H:O 溶液在Fe2+的催化作用下分 解产生羟基自由基f・OH),能对有机污染物发挥出很 强的氧化能力并在在短时间内将有机污染物氧化分 解为H O、CO:等无机物质 ,同时,Fe 被氧化成 Fe 产生混凝沉淀,去除大量有机物。Fenton法对很 多难生化降解的有机废水有着较好的处理效果 。 李湘 探讨了不同HzO 、Fe 浓度和pH下 Fenton试剂氧化降解甲醛废水的规律,并比较均相 催化过程和非均相催化过程Fenton试剂氧化降解甲 醛废水的效果。研究发现在其它条件相同的情况下, pH在3.2下,Fenton试剂的氧化性能最好,适当的 HzO:和Fe 浓度有利于甲醛的降解,与均相催化剂 相比以活性炭为载体吸附Fe 制成的非均相催化剂 具有更强的催化性能。 李勇等 叫研究发现,在Fenton氧化过程中,反 应时间为30 min,H:O 投加量为4.5 ml/L,11(HzO:): n(Fe“)=4,pH为3,静置5 min的条件下对甲醛降 解效果最好,此时甲醛去除率为89%,CODc 去除 率为82%。 2.2 CIO2氧化法 C10:作为一种强氧化剂,在医院污水的灭菌处 理、饮用水消毒、游泳池水的循环处理以及工业废 水处理方面得到了广泛应用。C10。氧化法处理甲醛 废水是根据二氧化氯可将甲醛氧化成甲酸,进一步 氧化成CO:的原理而将其去除。 奚小艳等口 研究稳定性二氧化氯对甲醛废水处 理的去除效果,主要考查了甲醛浓度、反应温度、 反应时间及二氧化氯浓度对甲醛去除率的影响。结 果表明甲醛的初始浓度为2 mg/L,反应时间为30 min,甲醛去除率约为84%;甲醛初始浓度为4 mg/L, 反应时间为20 min,甲醛去除率已达到96.3%。 2.3光催化法 光催化氧化技术是在光化学氧化技术的基础上 处理效果较好,在温度25℃、甲醛初始浓度400 术。它是以半导体为催化剂 。矧在特定波长光源的照 mg/L、活性污泥浓度为4 g/L的条件下,反应进行 发展起来的,也是近几十年来快速发展的一项新技 射下产生催化作用,将水中的OH一离子和HzO分子 氧化成具有较强氧化性的羟基自由基(・OH),进 而将有机物氧化降解,具有不产生二次污染、适用 10 h后,甲醛去除率达到99.9%,但是活性污泥法 耐受的最高的甲醛浓度仅为400 mg/L左右,最适宜 的反应时间为8 h。 范围广、净化度高、能耗低等优点,是一种高效节 能型的废水处理技术。 杨寒稀p 对实际工业甲醛废水在SBR中的生物 吴雅睿等 以TiOz为光催化剂,直接将催化剂 降解性作了研究,研究表明,采用低负荷法启动厌 氧SBR,污泥经过17 d的适应和稳定,对甲醛废水 投加到甲醛废水溶液中降解甲醛,结果表明,在甲 醛浓度为40 mg/L,采用Z=350~400 nm紫外灯光源 照射下其最佳工艺条件为:pH为7,TiO 锐钛矿与 金红石晶型比为1:1,TiO 催化剂投加量5 g/L。同 时,TiO 催化剂回收利用率较高。 2.4 H2O2氧化法 杨翔宇拉 研究碱性过氧化氢氧化处理甲醛废水 的实验,实验表明,过氧化氢与甲醛含量比、甲醛 初始浓度、反应温度、反应时间、碱投加量以及非 均相催化剂的加入都对甲醛氧化效果有一定的影 响。在(H。O。):(HCHO)=4.2,NaOH投加量为 2 g/L,反应温度为40℃,反应时问为45 min的最佳 条件下处理甲醛浓度为998.2 mg/L的模拟废水,出 水中甲醛含量为14.5 mg/L,去除率达98.55%。TOC 去除率28.91%。 2.5湿式氧化法 湿式氧化技术是在高温高压下,以纯氧或空气 中的氧气为催化剂,在液相体系中将有机污染物氧 化成二氧化碳和水等无机物小分子的处理方法。在 传统的湿式氧化的基础上,改进的湿式氧化法向体 系中加入催化剂,以降低反应温度和压力,即形成 了催化湿式氧化 。 李艳等汪 以自制的Cu/TiO 为催化剂,用催化湿 式氧化法降解甲醛废水。结果表明,在pH=5、温 度为180 、压力为0.5 MPa、催化剂量为6 g/L下 反应2h,TOC去除率高达85%,且cu“和Ti 基本 没有流失。 3生物法 目前生物处理法在有机废水处理应用比较普 遍。生物法主要是利用微生物代谢作用,对废水中 含有的有机污染物做转移、转化和净化处理,使其 转变为无毒无害的稳定物质,从而达到净化废水的 目的口 。与其他方法相比,具有运行成本低、处理 能力大、适用范围广和无二次污染等优点口 ∞ 。 王志海等p”探讨了活性污泥法对甲醛模拟废水 的处理效果。其结果表明,该法对甲醛模拟废水的 的COD 去除率稳定在69.6%以上,对甲醛的去除 率稳定在97%以上;而好氧活性污泥经过10 d的驯 化后,对COD 的去除率稳定在85%以上。 4组合工艺 4.1 光一Fenton法 光一Fenton氧化法是在传统的Fenton处理工艺发 展衍生出来的一种新工艺,传统的Fenton法HzOz的 利用率较低,氧化降解不彻底,而光一Fenton氧化法 的特点是使Fenton反应中产生的Fe 与OH一复合离子 在紫外光(或可见光)的照射下生成羟基自由基・OH 的同时加快H:O:分解进而产生・OH,因此光一Fenton 法能够产生较高浓度的・OH,可以显著提高废水中有 机物的氧化效果 ,与传统Fenton系统相比,光 一Fenton氧化法较大程度地提高了H O 利用率,降低 Fe 的用量,并且加快有机污染物的降解速度 。 谢咏梅 采用UV/Fenton氧化法对某树脂厂甲 醛废水进行预处理,综合考虑经济性和去除效果, 确定最佳反应条件:H Oz投加量为10 g/L,Fe 投量 为1.2 g/L,反应时间为50min,原样pH值为8.23。 在此操作条件下,COD去除率达48.18%,HCHO 去除率达99.74%,BOD 降低至389.1 mg/L。 4.2 电一Fenton法 三维电极一电Fenton法作为AOPs的一个新方 向,通过在电一Fenton体系中引入粒子电极,使电极 表面的溶解氧还原成过氧化氢,在此同时活性炭吸 附了废水中的污染物以及Fe ,并在电极表面上进 行Fe 催化H O 分解产生・OH的过程,实现了在 一个反应器内同时进行Fenton试剂法产生・OH反 应和三维电极电催化产生・OH反应,这样就充分 发挥了各反应的优势,产生协同效应,改善传质的 效果,并提高了电流效率以及单位时空产率。 胡成生等 研究了用活性炭粒子作为填充电极 的电一Fenton反应装置处理自制的甲醛有机废水实 验,结果表明,最佳操作条件为:反应时问90 min, 反应温度30—4O oC,pH<3.5,电压25 V,Fe 浓度 300 mg/L,涂膜炭填充比例40%。同时对实际洗胶 第44卷第3期 苑丹丹,等:甲醛废水处理技术研究进展 519 废水进行连续3d电一Fenton反应处理,甲醛去除率 达到90%,CODc 去除率达到30%左右,运行费用 较Fenton试剂法降低42.3%。 许晓霞 采用三维电极一电Fenton法处理模拟 甲醛废水,实验表明,最佳去除条件为:pH为3, 极板间距为2.Ocm,甲醛初始浓度为300 rflg/L,电 解时间为90 min,电解电压为9V。此时,甲醛去除 率达95.7%,CODc 去除率达91.5%,TOC去除率达 92.4%。 4.3微波一Fenton法 微波一Fenton法具有加热速度快、反应所需温度 低的特点,极大地提高了羟基自由基・0H的释放 能力,与传统的Fenton法联用可以极大地提高・0H 生成率。目前,微波一Fenton法在污水处理方面得到 了广泛的关注。 张淑娟 利用微波协同Fenton试剂对甲醛废水 进行处理,以甲醛的降解率评价甲醛废水的处理效 果。结果表明,在微波功率为462 W,反应时间为 30 min,水样pH=3.0,/1(Fe ):力(H202)=1:5, 68.5 g/L H 0 投加量为2.0 mL,甲醛的降解率可达 至U 85.1%。 参考文献: [1]Li Lei,Xiao Zeyi,Zhang Zhibing,et a1.Pervaporation of acetic acid/water mixtures through carbon molecular sieve-filled PDMS membranes[J].Chem Eng J,2004,97:83-86. 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