『„Тема недели“ — каковы основные методы обработки сточных вод, содержащих фенолы? (2015.9)

Для обработки сточных вод, содержащих фенол, наиболее эффективным методом является контроль источников загрязнения. Во-первых, необходимо разумно подбирать технологические процессы, разрабатывать экологически чистые технологии и катализаторы, а также использовать реагенты, не оказывающие вредного воздействия на окружающую среду. Это позволяет сократить объем сточных вод или уменьшить концентрацию фенола в них. Например, в настоящее время для производства парацетамола в основном используется метод восстановления с участием железа; при производстве 1 тонны готового продукта образуется 44 тонны сточных вод, что приводит к большому объему отходов и серьезному загрязнению окружающей среды. В последние годы была разработана новая технология производства п-аминфенола с использованием каталитического окисления. При производстве 1 тонны готового продукта образуется всего 10 тонн сточных вод, содержащих фенол, что способствует снижению уровня загрязнения. Во-вторых, необходимо выбирать эффективные условия оперирования и производственное оборудование, а также разрабатывать системы замкнутого цикла производства фенольных соединений, чтобы максимально избежать и сократить выбросы загрязнителей в окружающую среду, тем самым достигнув принципа «нулевых выбросов» в рамках чистого производства. В-третьих, необходимо усилить управление предприятиями, обеспечив эффективную обработку, восстановление и комплексное использование сточных вод, содержащих фенол. В зависимости от состава, кислотности и концентрации фенольных сточных вод, методы их обработки также различаются. В настоящее время в промышленности методы обработки фенольных сточных вод делятся на три основные группы: физико-химические, химические и биохимические. В основном рассматриваются наиболее распространенные методы. 1. Физико-химический метод. Физико-химический метод — это способ обработки сточных вод с помощью физико-химических процессов с целью удаления загрязнителей. Благодаря широкому применению этот метод быстро развивался в последние годы. Основными методами являются: адсорбция, экстракция, обратная осмос, электродиализ, жидкостная мембрана, газовая экстракция, ультрафильтрация и другие. 1.1 Метод адсорбции. Метод адсорбции широко используется для обработки сточных вод, содержащих фенол. Метод адсорбции заключается в использовании пористых твердых веществ в качестве адсорбентов – таких как активированный уголь, диатомовая земля, активированный алюминий, сменные смолы, сульфонированный уголь и т. д. – для адсорбции загрязнителей в виде фенолов из сточных вод (жидкая фаза) на поверхности адсорбента (твердая фаза). В зависимости от силы взаимодействия между адсорбентом и фенольными соединениями, механизм адсорбции может быть физическим, химическим или обменным. В процессе обработки сточных вод, содержащих фенолы, применяется в основном физическое адсорбирование; иногда же используется совокупность нескольких способов адсорбции. Ключом к обеспечению эффективности разделения является использование адсорбента с хорошими адсорбционными свойствами, большой емкостью адсорбции, возможностью регенерации и долговечностью. 1.2 Метод экстракции. Существует два способа обработки сточных вод, содержащих фенолы, с помощью метода экстракции. Первый способ заключается в использовании экстракторов с высоким коэффициентом дисперсии; при этом применяются специальные технологии и устройства. Используется различие в растворимости фенольных соединений в органической и водной фазах, а также принцип нерастворимости этих веществ друг в друге для достижения цели разделения фенолов. Второй способ основан на принципе координационных реакций: путем одной процедуры экстракции удается снизить содержание фенолов в сточных водах до уровня, ниже установленных стандартов выбросов. 1.3 Метод жидкостной пленки. Метод жидкостной пленки – это современная технология обработки и разделения сточных вод, разработанная в последние годы. Для удаления фенола с использованием этого метода применяется система типа вода-масло-вода (W/O/W). Жидкая пленка состоит из растворителя (например, керосина) и поверхностно-активного вещества. В процессе разделения происходит одновременная экстракция и рекстракция разделяемого вещества (фенола) посредством передачи через жидкостную мембрану, что позволяет достичь целей разделения и концентрирования. Процесс дефенилирования с использованием жидкостной пленки заключается в следующем: эмульсия под действием перемешивания превращается в множество мелких капель, которые распределяются в сточных водах, содержащих фенол. В этот момент внутренняя фаза представляет собой раствор NaOH в воде, а внешняя фаза — сточные воды, содержащие фенол. Водная фаза внутри жидкостной пленки отделена от внешней фазы. Фенол из сточных вод может проникать через жидкостную мембрану во внутреннюю фазу. В виде слабой кислоты он реагирует с NaOH, образуя содий фенолат. Содий фенолат не растворяется в масле, поэтому он диффундирует в водную фазу (закрытую фазу). Таким образом он не может вернуться во внешнюю фазу и распространяться в обрабатываемых сточных водах. Это позволяет достичь цели разделения. Процесс с использованием жидкостной пленки состоит из трех этапов: формирование пленки, снятие пленки и дезэмульгирование. Это имеет такие преимущества, как простота технологии, высокая эффективность и скорость, высокая селективность, высокая эффективность разделения, а также возможность повторного использования эмульсии после её демульгирования. Метод с использованием жидкостной пленки подходит для обработки сточных вод, содержащих фенол в высоких и низких концентрациях; степень удаления фенола может достигать 99,9%. Сообщается о его эффективности при концентрации фенола от 10 до 47 г/л. В последние годы в стране и за рубежом был достигнут значительный прогресс в исследованиях метода обработки сточных вод, содержащих фенол, с использованием жидкостных мембран. В начале 90-х годов в нашей стране были построены промышленные установки для обработки сточных вод с высокой концентрацией фенолов, способные обрабатывать до 50 тонн таких отходов в сутки. Эти установки используются на пластиковых заводах, нефтехимических предприятиях и других объектах, где образуются сточные воды, содержащие фенолы. В последние годы были разработаны методы выбора оптимальной скорости вращения ротора для сепарации, а также способы регулирования расхода сточных вод и эмульсий. Благодаря использованию метода жидкостной мембраны уровень фенолов в сточных водах может снизиться до значения менее 0,5×10-6. Однако из-за высоких технических требований к процессу работы с жидкостной мембраной, проблема её стабильности до сих пор не полностью решена. Поэтому этот новый метод пока ещё не нашел широкого применения в промышленности. Сообщается, что проблема стабильности жидкостной пленки недавно была в основном решена, и широкое применение этой технологии не за горами. 2. Химический метод. Метод химической обработки заключается в использовании химических реакций между веществами для очистки сточных вод нефтехимической промышленности; это перспективный и высокоэффективный способ. В химических методах часто используются нейтрализация, осаждение, окисление, восстановление, электролиз, фотокаталыз и т. д. 2.1 Метод осаждения: в сточные воды добавляются химические вещества, которые приводят к образованию осадка с фенолом. Метод прост и экономичен, однако после его применения концентрация фенолов в сточных водах остается высокой. Более хороший эффект достигается при сочетании с другими методами. Недавно разработанный метод совместной поликонденсации является эффективным способом удаления фенолов в рамках химического осаждения. Метод поликонденсации фенолов — это процесс, при котором в сточные воды с высокой концентрацией фенолов добавляется формальдегид, а при наличии кислотных или щелочных катализаторов регулируется молекулярное соотношение фенолов и формальдегида; в результате чего фенолы поликонденсируются в низкомолекулярные термопластичные или термоустойчивые смолы. После разделения смолы в сточные воды добавляют мочевину для проведения второй реакции; остаток представляет собой безвредный материал, который можно утилизировать или сжигать. До обработки концентрация фенолов в сточных водах могла достигать более 30 000 мг/л. После обработки сточные воды направляются в резервуар для осаждения и фильтрации. После того, как пробы покажут соответствие стандартам, воду можно сбрасывать. Затем удаляется осадок из резервуара. При использовании феноло-альдегидного метода синтеза кислой смолы необходимо поддерживать соотношение фенола: альдегида: мочевины равным 1:3:1, а pH – 9,7–10,0. При нагревании образуется кислая смола; при этом содержание фенола в обработанных сточных водах снижается до уровня (10–50)×10-6. Далее воду подвергают биологической обработке или разбавлению, чтобы она соответствовала стандартам сброса. Ещё существует метод кислотного осаждения: при этом в сточных водах, содержащих фенол, происходит поликонденсационная реакция под действием солей кислот; в результате этого получается смола, что позволяет снизить содержание фенола с первоначальных 3% до одной десятитысячной. 2.2 Метод кислорода: в сточные воды добавляют окислители, такие как Cl2, ClO2, O3, H2O, KmnO4 и т. д., что способствует окислительному разложению фенолов, а также окислению восстановительных свойств воды. Ресурсы химических окислителей ограничены, а цены высоки. Обычно используется для обработки сточных вод с низкой концентрацией фенолов. 2.3 Электролитический метод: в сточные воды добавляют соответствующее количество электролита; в процессе электролиза, благодаря сложным окислительным реакциям, достигается очистка фенола. Его особенность заключается в том, что не требуется использование химических веществ вроде окислителей и восстановителей, что позволяет избежать последующей обработки ； Во-вторых, высокая производительность оборудования на единицу объема ； Кроме того, с помощью изменений тока и напряжения легко контролировать скорость и тип реакции, причем управление ею также очень простое. Однако электролитический метод применим только для глубокой обработки сточных вод с низкой концентрацией фенолов; он требует больших затрат на энергию и обработку, а также вызывает ряд побочных реакций. 2.4 Фотокаталитический метод. Этот метод представляет собой технологию обработки сточных вод, содержащих фенол, разработанную в стране. Его преимущество заключается в возможности обработки сточных вод с высокой концентрацией фенола ； Быстрая скорость разложения, отсутствие вторичного загрязнения ； Катализатор дешев и легко доступен ； Можно перерабатывать и использовать повторно, низкие эксплуатационные затраты ； Устройство простое, инвестиции невелики, эффективность высока и т. д. Фотокаталитический метод в основном используется для обработки сточных вод с низкой концентрацией фенолов, получаемых при рекуперации смолы методом кополимеризации. В такие воды добавляют фотокатализатор, затем их облучают светом (ультрафиолетом или солнечным светом), после чего смесь нагревают до 600°C и перемешивают с воздухом в течение двух часов. После этого берут пробы для определения содержания фенолов; когда его уровень соответствует стандартам выбросов, реакцию можно прекратить. Катализатор после восстановления может быть использован повторно.

Метод экстракции растворителем — это распространенный в промышленности способ дефенилизации. Метод удаления фенолов с помощью пара является одним из старейших способов удаления фенолов; он прост в применении и подходит для обработки сточных вод, содержащих в основном летучие фенолы. Наиболее часто используемым методом адсорбции является адсорбция активным углем. Метод ионного обмена предполагает использование средств для ионного обмена с целью удаления фенола; наилучшие результаты достигаются при использовании анионных смол с слабокислой природой для адсорбции и восстановления фенола. Метод химического осаждения заключается в добавлении химических веществ, которые приводят к образованию осадка фенола в сточных водах, что позволяет его изолировать и восстановить. Сточные воды, содержащие фенолы, с низкой концентрацией, которые не имеют ценности для переработки биологическими методами, или сточные воды, в которых после процедур рекуперации на каждый литр приходится десятки–сотни миллиграммов фенолов, должны пройти процедуру очистки перед тем, как их можно будет сбросить или использовать повторно.

1. Метод экстракции растворителем. Метод удаления фенола с помощью экстракции растворителем является распространенным способом его удаления в промышленности. Существует два основных способа дефенолизации с помощью растворителей: технология физической экстракции и технология экстракции с использованием комплексообразовательных реакций. В технологии физического экстракции для удаления фенола в качестве растворителей обычно используются бензин, тяжелый бензин, тяжелые смазочные масла, этиловый ацетат, изопропиловый эфир и другие вещества. Эти растворители обеспечивают довольно высокие значения коэффициента равновесного распределения D для фенола. Комплексообразующие экстрактанты обычно состоят из комплексообразующего вещества, вспомогательного растворителя и разбавителя. В процессе комплексного экстракции роль вспомогательных растворителей и разбавителей очень важна. Распространенными вспомогательными растворителями являются октанол, метилисобутилкетон, бутыловый уксусный эфир, диизопропиловый эфир, хлороформ и другие. Распространенными растворителями являются жирные углеводороды (н-гексан, керосин и т. д.) и ароматические углеводороды (бензол, толуол, дифенил и т. д.). 2. Метод удаления фенолов с помощью пара — это один из старейших способов удаления фенолов. Он прост в применении и подходит для обработки сточных вод, содержащих в основном летучие фенолы. 3. Метод адсорбции: наиболее часто используется адсорбция с помощью активированного угля. 4. Метод ионного обмена: для удаления фенола используются средства ионного обмена; наилучшие результаты в плане абсорбции и восстановления фенола достигаются с помощью щелочных анионных смол. 5. Химический метод осаждения: добавление химических веществ для превращения фенолов, содержащихся в сточных водах, в осадок с последующей их извлечением.
6. Биологический метод: используется для очистки сточных вод с низкой концентрацией фенолов, которые не имеют ценности для переработки; также применяется к водам, в которых после обработки концентрация фенолов составляет от десятков до сотен миллиграммов на литр. После этого вода может быть сброшена или использована повторно.

Мне тоже это нужно, прошу более подробного объяснения, всё одно и то же: L:L:L