CN101157492A - 超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法 - Google Patents

超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，先将阳离子表面活性剂十六烷基氯化吡啶和碳酸钠加入到含苯酚废水中，搅拌均匀静置反应，十六烷基氯化吡啶单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚；再由泵送至超滤膜组件进行过滤，增溶了水中苯酚的十六烷基氯化吡啶胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚；其中废水中苯酚浓度为5mg/L～200mg/L，十六烷基氯化吡啶的添加量为20×10－3mol/L～30×10－3mol/L，碳酸钠的添加量为1×10－3mol/L～20×10－3mol/L；超滤膜截留分子量为6000～10000Dalton，膜操作压力为0.05MPa～0.20MPa，间歇式运行，静置反应时间为0.5～10h。本发明处理含苯酚废水，对苯酚的去除效果好，能耗低，操作简单，表面活性剂用量少，成本低且表面活性剂和苯酚可回收。

Description

超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法
技术领域
本发明属于有机废水的膜处理法，具体涉及一种利用超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法。
背景技术
苯酚是一种重要的基本有机合成原料，该产业我国近年来发展较快，产量迅速增加，但与此同时含苯酚废水的排放量也日益增大，污染严重。目前含苯酚废水的传统处理方法有萃取法、吸附法、化学药剂法、紫外线氧化法和生物处理法等。萃取法的优点是过程简单，萃取剂可重复使用，适合于苯酚含量较高的废水；缺点是能耗大，操作费用高，脱除苯酚的效果差，容易产生第三组分所带来的二次污染。吸附法的优点是操作方便，能耗低，适合于苯酚含量较低的废水；缺点是设备投资大，吸附剂效率低，同样容易产生第三组分所带来的二次污染。化学药剂法的优点是没有二次污染，工艺简单。但条件控制较严，氧化剂无法重复使用且价格昂贵，操作费用高。紫外线氧化法的优点是脱除苯酚效率高；缺点是对高COD值的含苯酚废水处理效果差。生物处理法的优点是处理效率高，设备简单；缺点是占地面积大，且只适用于低COD值的含苯酚废水处理。以上这些方法虽各有优缺点，但从综合治理含苯酚废水的角度出发，都难以达到稳定、可靠和安全的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种去除效果好、能耗低、操作简单、表面活性剂用量少、成本低且表面活性剂和苯酚可回收的超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。
本发明的超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
1)将阳离子表面活性剂十六烷基氯化吡啶(CPC)和碳酸钠加入到含苯酚废水中，搅拌均匀，静置反应，十六烷基氯化吡啶单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚；
2)将上述加入了十六烷基氯化吡啶和碳酸钠的含苯酚废水由泵送至超滤膜组件进行过滤，增溶了水中苯酚的十六烷基氯化吡啶胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚；
所述废水中苯酚浓度为5mg/L～200mg/L，十六烷基氯化吡啶的添加量为20×10-3mol/L～30×10-3mol/L，碳酸钠的添加量为1×10-3mol/L～20×10-3mol/L；静置反应时间为0.5～10h。
超滤膜截留分子量为6000～10000Dalton，膜操作压力为0.05MPa～0.20MPa。
所述超滤膜材质为聚砜。
所述超滤膜组件为卷式超滤膜组件。
超滤的运行方式为间歇式，截留液回流至进水池以达到浓缩效果。
所述碳酸钠的最佳添加量为2×10-3mol/L～5×10-3mol/L。
本发明的有益效果为：
1、去除效果好。采用十六烷基氯化吡啶通过加入少量碳酸钠，生成胶团后增溶水中苯酚，显著提高了CPC胶团对苯酚的增溶量，在使用相对少量CPC的条件下，得到强化超滤对水中苯酚理想的去除率，节约了运行成本，提高了经济可行性。进水中苯酚浓度为200mg/L以下，CPC浓度为20×10-3mol/L～30×10-3mol/L，碳酸钠浓度为2×10-3mol/L～5×10-3mol/L时，苯酚去除率为91.63％～99％。
2、能耗低、无相变。CPC胶团增溶苯酚以及超滤分离的过程均没有相变，能耗低。
3、渗透液中CPC浓度小，避免或减轻了使用表面活性剂造成的二次污染。
4、截留液中表面活性剂和苯酚浓度远高于其进水浓度，且截留液体积远小于进水体积，易于对表面活性剂和苯酚进行回收。
5、工艺组合方便，易实现自动化操作。可以根据废水水质的特点，将强化超滤方法和过滤、气浮、絮凝或者其它膜滤工艺组合；也可多级串联使用该工艺，用于处理更高浓度的含苯酚废水。
6、使用卷式超滤膜，卷式超滤膜具有结构紧凑、价格低廉的优点，目前已得到广泛工业应用。
具体实施方式
实施例1：
废水中苯酚浓度为47mg/L时，添加20×10-3mol/L的CPC和3×10-3mol/L碳酸钠，搅拌均匀，静置反应2h，CPC单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚，将上述加入了CPC和碳酸钠的含苯酚废水由泵送至卷式超滤膜组件过滤，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为6000Dalton，膜操作压力为0.15Mpa，超滤的运行方式为间歇式，截留液回流至进水池以达到浓缩效果。增溶了水中苯酚的CPC胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚。通过液相色谱法和紫外分光光度法测定渗透液中的苯酚和CPC浓度，测定结果见表1。
表1  利用卷式超滤膜强化超滤处理含苯酚废水(苯酚进水浓度为47mg/L)
    进水中苯酚浓度     47mg/L
    渗透液中苯酚浓度     ＜0.5mg/L
    苯酚的去除率     99％
    渗透液中CPC浓度     30.27mg/L
    截留液中苯酚浓度     195.17mg/L
实施例2：
废水中苯酚浓度为188mg/L时，添加30×10-3mol/L的CPC和5×10-3mol/L碳酸钠，搅拌均匀，静置反应2h，CPC单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚，将上述加入了CPC和碳酸钠的含苯酚废水由泵送至卷式超滤膜组件过滤，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为6000Dalton，膜操作压力0.15Mpa，超滤的运行方式为间歇式，截留液回流至进水池以达到浓缩效果。增溶了水中苯酚的CPC胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚。通过液相色谱法和紫外分光光度法测定渗透液中的苯酚和CPC浓度，测定结果见表2。
表2  利用卷式超滤膜强化超滤处理含苯酚废水
(苯酚进水浓度为188mg/L)
    进水中苯酚浓度     188mg/L
    渗透液中苯酚浓度     15.73mg/L
    苯酚的去除率     91.63％
    渗透液中CPC浓度     52.32mg/L
    截留液中苯酚浓度     732.4mg/L
实施例3：
废水中苯酚浓度为94mg/L时，添加20×10-3mol/L的CPC和3×10-3mol/L碳酸钠，搅拌均匀，静置反应2h，CPC单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚，将上述加入了CPC和碳酸钠的含苯酚废水由泵送至卷式超滤膜组件过滤，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为6000Dalton，膜操作压力0.15Mpa，超滤的运行方式为间歇式，截留液回流至进水池以达到浓缩效果。增溶了水中苯酚的CPC胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚。通过液相色谱法和紫外分光光度法测定渗透液中的苯酚和CPC浓度，测定结果见表3。
表3  利用卷式超滤膜强化超滤处理含苯酚废水(苯酚进水浓度为94mg/L)
    进水中苯酚浓度     94mg/L
    渗透液中苯酚浓度     5.46mg/L
    苯酚的去除率     94.19％
    渗透液中CPC浓度     33.36mg/L
    截留液中苯酚浓度     362.96mg/L
本发明涉及的处理含苯酚废水方法的工艺中：将阳离子表面活性剂十六烷基氯化吡啶(CPC)投加到含苯酚废水中，当浓度超过其临界胶团浓度(CMC，0.91×10-3mol/L)时，CPC单体会聚集并形成胶团，胶团能够增溶水中苯酚。选用截留分子量(MWCO)为6000～10000Dalton的卷式超滤膜对溶液进行过滤，将增溶了苯酚的胶团截留，水和未被增溶的苯酚以及少量未形成胶团的CPC单体透过膜，从而达到去除水中苯酚的目的。本方法中使用的卷式超滤膜具有结构紧凑、价格低廉的优点，目前已得到广泛工业应用。添加少量碳酸钠能够减小CPC的临界胶团浓度，增大胶团体积，显著增加CPC胶团对苯酚的增溶量(表现为截留液中苯酚的浓度显著增加)，从而提高了对苯酚的去除率，减少了CPC的用量，提高了本方法的经济可行性，并减少了渗透液中CPC浓度，避免或减少了使用CPC造成的二次污染。
对比实验如下：
对比实验1：
废水中苯酚浓度为47mg/L时，添加20×10-3mol/L的CPC，搅拌均匀，静置反应2h，CPC单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚，将上述加入了CPC的含苯酚废水由泵送至卷式超滤膜组件过滤，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为6000Dalton，膜操作压力为0.15Mpa，超滤的运行方式为间歇式，截留液回流至进水池以达到浓缩效果。增溶了水中苯酚的CPC胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚。通过液相色谱法和紫外分光光度法测定渗透液中的苯酚和CPC浓度，测定结果见表4。
表4  利用卷式超滤膜强化超滤处理含苯酚废水(苯酚进水浓度为47mg/L)
    进水中苯酚浓度     47mg/L
    渗透液中苯酚浓度     17.57mg/L
    苯酚的去除率     62.62％
    渗透液中CPC浓度     147.57mg/L
    截留液中苯酚浓度     138.67mg/L
对比实验2：
废水中苯酚浓度为188mg/L时，添加30×10-3mol/L的CPC，搅拌均匀，静置反应2h，CPC单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚，将上述加入了CPC的含苯酚废水由泵送至卷式超滤膜组件过滤，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为6000Dalton，膜操作压力0.15Mpa，超滤的运行方式为间歇式，截留液回流至进水池以达到浓缩效果。增溶了水中苯酚的CPC胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚。通过液相色谱法和紫外分光光度法测定渗透液中的苯酚和CPC浓度，测定结果见表5。
表5  利用卷式超滤膜强化超滤处理含苯酚废水(苯酚进水浓度为188mg/L)
    进水中苯酚浓度     188mg/L
    渗透液中苯酚浓度     51.4mg/L
    苯酚的去除率     72.66％
    渗透液中CPC浓度     171.51mg/L
    截留液中苯酚浓度     568mg/L
从对比实验1和2可以看出，当CPC投加量和实施例1和实施例2中一样时，由于未添加碳酸钠，进水中苯酚浓度分别为47mg/L和188mg/L时，渗透液中苯酚浓度分别为17.57mg/L和51.4mg/L，CPC浓度分别为147.57mg/L和171.51mg/L，截留液中的苯酚浓度分别为138.67mg/L和568mg/L；当添加了3×10-3mol/L和5×10-3mol/L碳酸钠时，渗透液中苯酚浓度分别为＜0.5mg/L和15.73mg/L，CPC浓度分别为30.27mg/L和52.32mg/L，截留液中苯酚浓度分别为195.17mg/L和732.4mg/L。可见添加碳酸钠可以显著提高苯酚的去除率和截留液中苯酚的浓度，并减少了渗透液中CPC的浓度。
对比实验3：
废水中苯酚浓度为94mg/L时，添加40×10-3mol/L的CPC，搅拌均匀，静置反应2h，CPC单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚，将上述加入了CPC的含苯酚废水由泵送至卷式超滤膜组件过滤，超滤膜材质为聚砜，膜截留分子量为6000Dalton，膜操作压力0.15Mpa，超滤的运行方式为间歇式，截留液回流至进水池以达到浓缩效果。增溶了水中苯酚的CPC胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚。通过液相色谱法和紫外分光光度法测定渗透液中的苯酚和CPC浓度，测定结果见表6。
表6  利用卷式超滤膜强化超滤处理含苯酚废水(苯酚进水浓度为94mg/L)
    进水中苯酚浓度     94mg/L
    渗透液中苯酚浓度     20.24mg/L
    苯酚的去除率     78.47％
    渗透液中CPC浓度     196.85mg/L
    截留液中苯酚浓度     267.7mg/L
在对比实验3中，苯酚进水浓度和实施例3中一样都是94mg/L，投加的CPC浓度为40×10-3mol/L，渗透液中苯酚浓度为20.24mg/L，CPC浓度为196.85mg/L，截留液中苯酚浓度为267.7mg/L；而实施例3中，由于添加了3×10-3mol/L的碳酸钠，投加的CPC浓度仅为20×10-3mol/L时，渗透液中苯酚浓度为5.46mg/L，CPC浓度为33.36mg/L，截留液中苯酚浓度为362.96mg/L。可见添加碳酸钠能够节省CPC的用量，降低渗透液中CPC浓度，显著提高苯酚的截留效果和增溶效果。

Claims (7)

1.一种超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
1)将阳离子表面活性剂十六烷基氯化吡啶和碳酸钠加入到含苯酚废水中，搅拌均匀，静置反应，十六烷基氯化吡啶单体分子自组装生成胶团后增溶水中苯酚；
2)将上述加入了十六烷基氯化吡啶和碳酸钠的含苯酚废水由泵送至超滤膜组件进行过滤，增溶了水中苯酚的十六烷基氯化吡啶胶团被超滤膜截留，以去除水中的苯酚；
所述废水中苯酚浓度为5mg/L～200mg/L，十六烷基氯化吡啶的添加量为20×10-3mol/L～30×10-3mol/L，碳酸钠的添加量为1×10-3mol/L～20×10-3mol/L；静置反应时间为0.5～10h。
2.根据权利要求1所述的超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，其特征在于所述超滤膜截留分子量为6000～10000Dalton，膜操作压力为0.05MPa～0.20MPa。
3.根据权利要求2所述的超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，其特征在于所述超滤膜材质为聚砜。
4.根据权利要求1或2或3所述的超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，其特征在于所述超滤膜组件为卷式超滤膜组件。
5.根据权利要求1或2或3所述的超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，其特征在于所述超滤的运行方式为间歇式。
6.根据权利要求4所述的超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，其特征在于所述超滤的运行方式为间歇式。
7.根据权利要求1或2或3所述的超滤膜强化超滤处理含苯酚废水的方法，其特征在于所述碳酸钠的最佳添加量为2×10-3mol/L～5×10-3mol/L。
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