『„Wöchentliches Thema“ – Welche sind die gängigen Verfahren zur Behandlung von Phenolabfällen? (2015.9)

Bei der Behandlung von Abwässern mit Phenolen ist die wirksamste Methode die Kontrolle der Schadstoffquellen. Dazu gehört eine sorgfältige Auswahl des Prozessablaufs, die Entwicklung umweltfreundlicher Verfahren sowie umweltfreundlicher Katalysatoren. Zudem sollten Reagenzien verwendet werden, die keine Umweltschäden verursachen, um so den Abwassermenge oder die Konzentration an Phenolen im Abwasser zu verringern. Zum Beispiel wird bei der Herstellung von Paracetamol derzeit hauptsächlich die Eisenchromat-Reduktionsmethode verwendet. Dabei entstehen für jede Tonne des Endprodukts 44 Tonnen Abwasser – das ist eine große Menge an Abwasser, was zu erheblicher Verschmutzung führt. In den letzten Jahren wurden neue Verfahren zur Herstellung von p-Aminophenolen mithilfe der katalytischen Oxidation entwickelt. Bei der Herstellung von 1 Tonne Endprodukt entstehen nur 10 Tonnen phenolhaltiger Abwässer, wodurch die Verschmutzung verringert wird. Zweitens sollten effektive Betriebsbedingungen sowie Produktionsanlagen gewählt werden, um ein System zur Herstellung von Phenolverbindungen im geschlossenen Kreislauf zu entwickeln. Dadurch soll vermieden und reduziert werden, dass Schadstoffe in die Umwelt gelangen – somit wird eine „Null-Emissionen“-Produktion erreicht. Drittens ist es notwendig, die Unternehmensführung zu stärken, um Abwässer mit Phenolen wirksam zu behandeln, zurückzugewinnen und umfassend zu nutzen. Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung, Säure-Base-Bilanz sowie Konzentration von phenolhaltigem Abwasser variieren auch die Behandlungsmethoden. Derzeit werden in der Industrie die Methoden zur Behandlung von phenolhaltigem Abwasser im Allgemeinen in drei Kategorien eingeteilt: physikalisch-chemische Methoden, chemische Methoden und biologisch-chemische Methoden. Es werden hauptsächlich die gängigsten Methoden vorgestellt. 1. Physikalisch-chemische Methode: Die physikalisch-chemische Methode ist eine Methode zur Behandlung von Abwässern durch physikalisch-chemische Prozesse, um Schadstoffe zu entfernen. Aufgrund ihrer weit verbreiteten Anwendung hat sie in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Zu den wichtigsten Methoden gehören: Adsorption, Extraktion, Umkehrosmose, Elektrodialyse, Flüssigkeitsmembranen, Gasentnahme sowie Ultrafiltration. 1.1 Adsorptionsmethode Die Adsorptionsmethode wird häufig zur Behandlung von Abwässern mit Phenolen eingesetzt. Die Adsorptionsmethode nutzt poröse feste Stoffe als Adsorbentien – wie Aktivkohle, Diatomeenerde, aktives Aluminiumoxid, Austauschharze oder sulfoniertes Kohle – um die in Abwässern enthaltenen Phenolverunreinigungen (Flüssigphase) an der Oberfläche des Adsorbenten (Festphase) zu binden. Je nach Art der Kräfte zwischen dem Adsorbenten und den Phenolkomplexen kann es sich um physikalische Adsorption, chemische Adsorption oder Austauschadsorption handeln. Bei der Behandlung von Abwässern mit Phenolen spielt vor allem die physikalische Adsorption eine Rolle; manchmal kommt es auch zu einer Kombination verschiedener Adsorptionsmechanismen. Die Auswahl von Adsorbenzien mit guter Adsorptionsfähigkeit, hoher Adsorptionskapazität, leichter Regenerierbarkeit und langer Haltbarkeit ist der Schlüssel zur Gewährleistung einer guten Trennleistung. 1.2 Extraktionsmethode Es gibt zwei Ansätze zur Behandlung von Abwässern mit Phenolen mittels Extraktion: Einerseits wird eine Extraktionsmethode mit hohem Verteilungskoeffizienten verwendet. Dabei werden spezielle Extraktionsverfahren und -anlagen eingesetzt, um von der unterschiedlichen Löslichkeit der Phenolverbindungen in der organischen und in der wässrigen Phase sowie vom Prinzip der Unlöslichkeit beider Phasen Gebrauch zu machen, um so die Trennung der Phenole zu erreichen. Andererseits wird aufgrund des Prinzips der Koordinationsreaktionen durch eine einzige Extraktionsvorgang die Phenolkonzentration im Abwasser auf ein Niveau senkt, das unter den **Emissionsstandards** liegt. 1.3 Flüssigkeitsfilmverfahren Das Flüssigkeitsfilmverfahren ist eine neuartige Technologie zur Aufbereitung und Trennung von Abwässern, die in den letzten Jahren entwickelt wurde. Bei der Entfernung von Phenolen wird dabei ein W/O/W-System verwendet. Die Flüssigkeitsschicht besteht aus einem Lösungsmittel (z. B. Kerosin) und einem Tensid. Bei diesem Verfahren erfolgt während der Trennung gleichzeitig die Extraktion sowie die Rückextraktion der zu trennenden Substanz (Phenol). Durch die Übertragung über eine Flüssigkeitsschicht wird so das Ziel der Trennung und Konzentration erreicht. Der Prozess der Entfernung von Phenolen durch eine Flüssigkeitsmembran besteht darin, dass die Emulsion durch Rühren in viele kleine Emulsionströpfchen aufgeteilt wird, die sich im phenolhaltigen Abwasser verteilen. Zu diesem Zeitpunkt ist die innere Phasen eine NaOH-Wasserlösung, während die äußere Phase aus Phenolhaltigem Abwasser besteht. Die Wasserschicht innerhalb der Flüssigkeitsmembran ist von der äußeren Schicht getrennt. Phenol aus dem Abwasser kann durch die Flüssigkeitsmembran in die innere Wasserschicht eindringen. Dort reagiert es als schwache Säure mit NaOH und bildet Phenolsodnium. Phenolsodnium ist jedoch nicht löslich in Öl, weshalb es in die Wasserschicht diffundiert – und somit nicht in die äußere Wasserschicht zurückkehrt. Auf diese Weise wird eine Trennung erreicht. Der Prozess der Flüssigkeitsmembranmethode besteht aus drei Schritten: Erzeugung der Schicht, Trennung sowie Demulgierung. Dies hat die Vorteile einer einfachen Herstellungsweise, hoher Effizienz und Geschwindigkeit, großer Selektivität, hoher Trennleistung sowie der möglichen Wiederverwendung der Emulsion nach Demulgierung. Die Flüssigkeitsmembranmethode eignet sich zur Behandlung von Abwässern mit hohen und niedrigen Phenolkonzentrationen. Die Entfernung des Phenols kann bis zu 99,9 % betragen. Es wurden Fälle berichtet, in denen die Phenolkonzentration unter 10–47 g/L lag. In den letzten Jahren wurden im Inland und im Ausland erhebliche Fortschritte in der Forschung zur Behandlung phenolhaltiger Abwässer mit der Flüssigkeitsmembranmethode erzielt. Anfang der 90er Jahre wurde in unserem Land eine industrielle Anlage zur Behandlung von Abwässern mit hohem Phenolgehalt mit einer Kapazität von 50 t/Tag errichtet. Diese Anlagen werden zur Aufbereitung von Abwässern aus Kunststofffabriken, Petrochemieanlagen und anderen Betrieben eingesetzt, die solche Abwässer erzeugen. In den letzten Jahren wurden Verfahren entwickelt, bei denen die optimale Drehzahl des Rotationsbasis-Turbs getroffen wird, um den Durchfluss von Abwasser und Emulsionen zu regulieren und so eine Trennung zu erreichen. Durch die Verwendung einer Flüssigkeitsmembran kann der Phenolgehalt im Abwasser auf unter 0,5×10-6 gesenkt werden. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Betriebsweise dieser Methode sowie der noch nicht vollständig gelösten Probleme bezüglich der Stabilität der Flüssigkeitsmembran, konnte diese neue Technologie bisher noch nicht in der Industrie weit verbreitet eingesetzt werden. Berichten zufolge wurde das Problem der Stabilität der Flüssigkeitsmembranen kürzlich weitgehend gelöst; eine breite Anwendung dieser Technologie ist daher nur noch eine Frage der Zeit. 2. Chemische Methode: Die chemische Behandlung nutzt chemische Reaktionen zwischen Stoffen zur Aufbereitung von Abwässern aus der Petrochemieindustrie. Es handelt sich dabei um eine vielversprechende und effiziente Methode. Bei chemischen Methoden werden häufig die Neutralisierungs-, Fällungs-, Oxidations-, Reduktions-, Elektrolyse- und Photokatalyse-Methode verwendet. 2.1 Sedimentationsmethode: In die Abwässer werden chemische Stoffe zugefügt, die mit Phenolen eine Verbindung bilden, wodurch ein Niederschlag entsteht. Die Methode ist einfach und kostengünstig, doch nach der Behandlung weist das Abwasser eine höhere Phenolkonzentration auf. In Kombination mit anderen Methoden erzielt man bessere Ergebnisse. Die kürzlich entwickelte Ko-Kondensationsmethode ist eine wirksame Methode zur Entfernung von Phenolen aus der chemischen Ausfällungsmethode. Die Phenol-Polykondensation ist eine Methode, bei der Formaldehyd in Abwässern mit hohem Phenolkonzentrat zugegeben wird und unter dem Einfluss säurer oder basischer Katalysatoren das Molekularverhältnis von Phenol zu Formaldehyd angepasst wird, wodurch das Phenol in Abwässern zu niedermolekularen thermoplastischen oder thermosetzbaren Harzen polymerisiert wird. Nach der Trennung des Resins wird dem Abwasser zusätzlich Urea zugegeben, um eine zweistufige Reaktion auszulösen. Das entstehende Rückständematerial ist unschädlich und kann entsorgt oder verbrannt werden. Der Phenolgehalt im Abwasser vor der Behandlung kann über 30.000 mg/L betragen. Nach der Behandlung wird das Abwasser in einen Sedimentations- und Filterbehälter geleitet. Sobald die Probenanalyse positiv ausfällt, kann das Wasser abgeleitet werden. Anschließend wird der Filterkern im Behälter gereinigt. Bei der Verwendung der Phenol-Aldehyd-Harn-Polykondensationsmethode muss das Verhältnis von Phenol zu Aldehyd zu Harn auf 1:3:1 eingestellt werden, außerdem sollte der pH-Wert bei 9,7–10,0 liegen. Durch Erhitzung entsteht eine saure Resin, wodurch die Phenolkonzentration im abgehandelten Abwasser auf (10–50)×10-6 gesenkt werden kann. Danach wird das Abwasser durch biologische Behandlung oder Verdünnung auf den für die Ableitung erforderlichen Standard gebracht. Es gibt noch eine weitere Methode, nämlich die Methode der sauren Ausfällung. Dabei werden phenolhaltige Abwässer mit Salzsäure erhitzt, wodurch eine Polykondensationsreaktion stattfindet. Dadurch kann Harz gewonnen werden, wobei der Phenolgehalt von ursprünglich 3 % auf ein Zehntausendstel sinkt. 2.2 Sauerstoffmethode: In die Abwässer werden Oxidationsmittel wie Cl2, ClO2, O3, H2O2, KmnO4 usw. zugefügt. Dadurch wird das Phenol oxidiert und zerlegt. Gleichzeitig werden auch die reduzierenden Eigenschaften im Wasser oxidiert. Chemische Oxidationsmittel sind knapp und teuer. Wird üblicherweise zur Behandlung von Abwässern mit niedriger Phenolkonzentration verwendet. 2.3 Elektrolysemethode: Es werden geeignete Elektrolyte in die Abwässer gegeben. Im Zuge des Elektrolyseprozesses wird durch komplexe Oxidationsvorgänge das Ziel erreicht, Phenol zu reinigen. Seine Besonderheit ist, dass keine chemischen Stoffe wie Oxidationsmittel oder Reduktionsmittel benötigt werden, wodurch eine Nachbehandlung entfällt ； Zweitens ist die Verarbeitungskapazität der Geräte pro Volumeneinheit hoch ； Außerdem lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit und -art mithilfe von Änderungen der Strom- und Spannungswerte leicht steuern, und die Bedienung ist sehr einfach. Doch die Elektrolyse eignet sich nur für die tiefgreifende Aufbereitung von Abwässern mit niedriger Phenolkonzentration. Der Energieverbrauch sowie die Behandlungskosten sind hoch, zudem treten einige Nebenreaktionen auf. 2.4 Photokatalytische Methode: Dabei handelt es sich um eine inländisch entwickelte Technologie zur Behandlung von Abwässern mit Phenolen. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass sie Abwässer mit hohen Konzentrationen an Phenolen behandeln kann ； Schnelle Zersetzungsgeschwindigkeit, keine sekundäre Verschmutzung ； Katalysatoren sind günstig und leicht verfügbar ； Kann wiederverwertet und mehrfach verwendet werden, niedrige Betriebskosten ； Einfache Ausrüstung, geringe Investitionskosten und gute Ergebnisse – die photokatalytische Methode wird hauptsächlich zur Behandlung von Abwässern mit niedrigem Phenolgehalt eingesetzt, die nach der Rückgewinnung von Harzen durch Kopolymerisierung entstehen. Dabei wird ein Photokatalysator hinzugefügt, das Wasser wird mit Licht bestrahlt (Ultraviolettlicht oder Sonnenlicht) und anschließend auf 600 °C erhitzt. Nach zwei Stunden wird eine Probe entnommen, um den Phenolkontent zu messen. Wenn dieser Wert den zulässigen Grenzwerten entspricht, kann die Reaktion beendet werden. Katalysatoren können nach ihrer Wiedergewinnung wiederverwendet werden.

Die Methode der Lösungsmittelextraktion zur Entfernung von Phenolen ist eine in der Industrie häufig angewandte Methode zur Entphenolisierung. Die Dampfdephenolisierung ist eine ältere Methode zur Entfernung von Phenolen. Sie ist einfach in der Anwendung und eignet sich zur Behandlung von Abwässern, die hauptsächlich aus flüchtigen Phenolen bestehen. Die am häufigsten angewandte Adsorptionsmethode ist die Adsorption mit Aktivkohle. Bei der Ionenaustauschmethode wird Phenol mithilfe von Ionenaustauscherstoffen entfernt. Dabei erweisen sich schwach basische Anionenaustauschharze als am effektivsten, um Phenol zu binden und wiederzugewinnen. Bei der chemischen Abscheidungsmethode werden chemische Mittel zugesetzt, wodurch das Phenol in den Abwässern zu einem Niederschlag wird, der anschließend separiert und gewonnen werden kann. Phenolhaltiges Abwasser mit niedriger Konzentration, das keinen Wert für die Wiederverwertung hat, oder Abwasser, in dem nach der Wiederaufbereitung noch Dutzende bis Hunderte von Milligramm Phenol pro Liter enthalten sind, muss aufbereitet werden, bevor es entsorgt oder wiederverwendet werden kann.

1. Lösungsmittelextraktion: Die Methode der Entfernung von Phenolen mittels Lösungsmittelextraktion ist eine gängige Methode in der Industrie zur Phenolentfernung. Es gibt hauptsächlich zwei Methoden der Entfernung von Phenolen durch Lösungsmittelextraktion: die physikalische Extraktionsmethode sowie die Methode der Extraktion durch Komplexierungsreaktionen. Bei der physikalischen Extraktion zur Entfernung von Phenol werden hauptsächlich Benzol, Schwerglykolöle, Ethylacetat, Isopropyläther und ähnliche Stoffe als Extraktionslösungsmittel verwendet. Diese bieten alle einen relativ hohen Gleichgewichtsverteilungskoeffizienten D für Phenol. Komplexbindungsextraktionsmittel bestehen in der Regel aus einem Komplexbinder, einem Hilfslösungsmittel und einem Verdünnungsmittel. Im Prozess der kovalenten Extraktion spielen Hilfslösungsmittel und Verdünner eine sehr wichtige Rolle. Häufig verwendete Hilfslösungsmittel sind Octanol, Methylisobutylketon, Butyrat, Diisopropylether, Chloroform usw. Häufig verwendete Verdünner sind Fettkohlenwasserstoffe (n-Hexan, Kerosin usw.) sowie Aromatkohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol, Anthracen usw.). 2. Die Dampfentfernungsmethode ist eine der älteren Methoden zur Entfernung von Phenolen. Sie ist einfach in der Anwendung und eignet sich zur Behandlung von Abwässern, die hauptsächlich aus flüchtigen Phenolen bestehen. 3. Adsorptionsmethode: Am häufigsten wird die Adsorption mit Aktivkohle eingesetzt. 4. Ionenaustauschmethode: Zur Entfernung von Phenol wird ein Ionenaustauscher verwendet. Am effektivsten ist es, wenn schwach basische Anionenaustauschharze zum Adsorbieren und Wiederaufbereiten des Phenols eingesetzt werden. 5. Chemische Ausfällungsmethode: Durch das Hinzufügen von chemischen Stoffen entstehen im Abwasser Ausfälle, wodurch das Phenol getrennt und recycelt werden kann.
6. Biologische Methode: Abwässer mit niedrigem Phenolkonzentration, die keinen Recyclingswert haben, oder Abwässer, in denen nach der Aufbereitung noch Dutzende bis Hunderte von Milligramm Phenol pro Liter enthalten sind, müssen gereinigt werden, bevor sie entsorgt oder wiederverwendet werden können.

Das brauche ich auch, bitte eine detailliertere Erklärung, alles ist gleich: L:L:L