吸附樹脂在處理工業廢水/ 液方面也有著廣泛的應用. 如對廢水中苯類或酚類化合物、水楊酸、萘磺酸等有機物均具有很好的吸附、回收淨化作用. 吸附樹脂用於處理高濃度、難降解的有機工業廢水已受到世界各國的重視. 我國在從化工生產廢水中高效吸附並回收酚類、胺類、有機酸類、硝基物、滷代烴等方面,取得了重大進展。
1 吸附樹脂的背景及結構性能
吸附樹脂就是樹脂吸附劑，是在離子交換樹脂的基礎上發展起來的。20世紀70年代，隨著大孔離子交換樹脂的發展，大孔吸附樹脂應運而生。吸附樹脂是一種不含離子交換基團的高交聯度體型高分子珠粒，其內部擁有許多分子水平的孔道，提供擴散通道和吸附場所。特別是新型樹脂的問世，使其在農藥，醫藥，化工和廢水處理等方面獲得極有價值的應用。
與以往的吸附劑(活性炭、分子篩、氧化鋁等) 相比,吸附樹脂的性能非常突出,主要是吸附量大,容易洗脫,有一定的選擇性,強度好,可以重複使用。特別是可以針對不同的用途,設計樹脂的結構,因而使吸附樹脂成為一個多品種的系列,在多個重要領域顯示出優良的吸附分離性能。
吸附樹脂的優良性能,使其在有機汙水的處理方面成為一種不可取代的分離材料。苯酚廢水、農藥廢水、染料廢水是難於治理的幾種有機汙水。用樹脂法吸附廢水中的這些汙染物,不僅可消除汙染,還可通過洗脫實現資源的回收利用。
2 吸附樹脂在處理工業廢水中的應用
2.1 樹脂吸附法處理磺胺脒生產廢水
磺胺脒生產廢水一般呈黑紅色,其pH ≥11 ,COD 13000mg/ L 以上, 磺胺含量在17 ～22g/ L ,NaNO3 含量為230g/ L ,Na2CO3 為60g/L ,還有NaOH 和未知反應產生的少量有機物。
許月卿等以江西某化工廠磺胺脒生產廢水為例,針對該廢水的生產特點,研究了利用大孔吸附樹脂處理磺胺脒生產廢水的工藝流程及其最佳工藝條件,並對廢水治理的經濟效益進行了評估。
多次試驗結果表明,樹脂對該廢水的最佳處理量為13 倍樹脂體積的廢水,樹脂的工作吸附量為191g/ L ,磺胺的累計吸附率為88122 %;用5 %的NaOH 溶液進行解吸,約用3倍樹脂體積的解吸劑就達到完全解吸,解吸率為97156 % ,磺胺回收率約86 %.
採用大孔樹脂吸附法處理磺胺脒生產廢水能有效地回收磺胺和硝酸鈉,帶來客觀的經濟效益據對該工廠的調查,每生產1t 磺胺脒產生315m3 廢水,按1m3 廢水計算如下:本研究磺胺的回收率是86 % ,預期大型生產時磺胺的回收率不會低於90 %. 以下分析僅按磺胺回收率80 %、NaNO3 的回收率以95 %計,則每m3 磺胺脒生產廢水可回收磺胺(SN)1318kg ,NaNO321815kg,同時能大幅度減少廢水中所含物質對環境的汙染，經上述工藝處理後的廢水經石家莊市環境監測中心監測, 依據《汙水綜合排放標準》(GB897821996) ,廢水中COD 去除率達86 % ,全鹽量減少95 % ,環境效益顯著.
該處理工藝技術可行、操作簡單、運行成本低、環境和經濟效益顯著,處理效果穩定,宜於推廣.
2.2 樹脂吸附法處理水楊酸甲酯生產廢水
水楊酸甲酯又名冬青油，在自然界廣泛存在，是鹿蹄草、小當藥油的主要成分。還存在於晚香玉、檞樹、伊蘭伊蘭、丁香茶等的精油中。是一種用途廣泛的香料、溶劑和精細化學品中間體。工業上主要是以水楊酸和甲醇為原料在濃硫酸的催化作用下進行酯化反應而得。目前我國多數廠家均採用間歇反應過程，需在高醇酸比、高硫酸用量的條件下進行，除了生成目標產物水楊酸甲酯以外還生成少量副產物5-磺基水楊酸，並產生大量高濃度有機廢水，該廢水至今未能有效治理，造成了嚴重的環境汙染。樹脂吸附法已成功用於處理多種高濃度化工廢水。故程秀梅，陳金龍等採用樹脂吸附法處理某廠的水楊酸甲酯生產廢水，廢水經預處理去除甲醇後通過樹脂吸附去除廢水中大量的5-磺基水楊酸及水楊酸。其中5-磺基水楊酸是重要的醫藥中間體、可用於製造表面活性劑、染料、有機催化劑和可作為多種金屬的的指示劑，有很大的回收價值。該實驗經篩選優選NDA-99 樹脂處理該廢水。
實驗結果表明， NDA-99樹脂吸附-脫附性能穩定，可去除大部分的有機汙染物，上柱液CODcr 去除率接近60%，脫附率接近100%。而且樹脂在使用過程中無破碎現象，機械強度良好。廢水試樣經樹脂吸附處理後，出水無色透明，CODcr 由原來的57000~59000 下降至6300 (mg/L)左右。
2.3 樹脂吸附法處理吐氏酸生產廢水
吐氏酸(Tobias2acid ,即2 - 萘胺- 1 - 磺酸) 是合成多種偶氮染料、色酚、J 酸和γ酸等萘衍生物的重要前體,通常以β- 萘酚為原料,在低溫條件下經磺醯化、鹼中和和胺基化,最後經酸解反應而製得。生產過程中產生含吐氏酸及其前體的深紅色酸性有毒廢水,造成嚴重而長期的水環境汙染
肖芳等採用XDX- 1 大孔吸附樹脂對吐氏酸生產廢水進行動態吸附處理, 研究影響吸附的各種因素。結果顯示,該樹脂對廢水中濃度達14000mg/ L 的吐氏酸及其前體具有良好的吸附能力,廢水經串聯二級吸附以後吐氏酸及其前體的濃度降低98% ,COD 降低86%;採用鹼性甲醇溶劑解吸,解吸效率達到98% ,精餾解吸液回收的吐氏酸及其前體可返回生產車間,處理後廢水經生化處理即可達到排放標準。
2.4 超高交聯吸附樹脂處理有機化工廢水研究
2.4.1新型超高交聯吸附樹脂開發及去除水中有機物研究
近年來,國內外學者在新型超高交聯吸附劑的合成方法、機理研究和應用方面取得了很多創新性成果。Tsyurupa MP等研究表明超高交聯聚苯乙烯比一般大孔網狀聚合物對油脂、苯酚、氯代苯酚、染料、脂肪酸等具有較高的吸附量,對其它結構中有疏水作用的有機物也都有較好的吸附效果。這類吸附劑對脫附劑的適應能力較強,通常可用熱水、蒸氣、有機溶劑、酸鹼溶液等進行再生。
對各種化學修飾樹脂的合成研究是開發新型超高交聯樹脂的方向之一。例如,在樹脂結構表高交聯樹脂的方向之一。例如,在樹脂結構表面引入羥甲基和苯甲醯基團,或用乙醯基和鄰羧基苯甲醯基團修飾超高交聯聚苯乙烯,以獲得所需的吸附性能。Min - Woo Jung 等將AmberliteXAD - 4 樹脂用卟啉進行修飾後,得到一種新型化學修飾高分子吸附樹脂。由於在樹脂結構中引入卟啉分子後,增強了吸附劑與吸附質之間的π- π作用,這種化學修飾樹脂對苯酚、氯代苯酚的吸附能力大大增強。
2.4.2 在處理有機化工廢水中的應用研究
近年來,國內在樹脂吸附法去除有機化工廢水中各種有機物方面做了很多理論和應用研究工作。南京大學環境學院有用超高交聯吸附樹脂CHA - 111 處理五氯酚鈉生產廢水。廢水中五氯酚鈉含量為10000～15000 mgPL ,CODcr 約11000mgPL ;廢水經樹脂吸附處理,批處理量為12BV(BV為樹脂床體積) ; 吸附出水中五氯酚含量≤1. 1mgPL ,去除率> 99 %;CODcr 總去除率≥80 %;脫附液經酸化後可回收五氯酚,實現了廢水中原料的資源化。
大量的研究工作表明,超高交聯樹脂吸附法處理有機化工廢水具有以下特點:
(1) 吸附效率高,容易脫附再生;
(2) 適用範圍寬,廢水中有機物濃度從幾個到幾萬毫克升,以及極性有機物和非極性有機物均可用此法進行處理,並且亦適應用於非水體系中;
(3) 樹脂性能穩定,使用壽命長(4～5 年) ;
(4) 工藝簡單,操作簡便,無需高溫高壓;
(5) 固液容易分離,在水體中不會引入新的汙染物;
(6) 在治理廢水的同時,可實現廢物資源化,運行費用低,廠家容易接受,便於推廣。實踐證明,用超高交聯樹脂吸附法處理有毒有機工業廢水是一項非常實用的汙染治理技術,特別適合於組分相對單一的高濃度有機化工廢水的處理,能夠實現廢水治理與資源回收相結合,必將有著更廣闊的應用前景。
3 結語
吸附樹脂在工業廢水處理中的應用還有很多，它的發展還深遠影響極大地促進了相關學科和應用領域的發展。如上所述,在環保領域的應用,極大地提高了處理工業廢水的技術水平。發展至今,不僅多孔樹脂的品種增多、質量提高、應用規模和範圍大大地擴展,其在醫藥、食品添加劑、化工催化、科學技術和國民經濟中重要性也日益增大。特別是在中草藥有效成分的提取、純化方面已成為不可缺少的關鍵技術,對中藥的振興、實現中藥現代化正在發揮重要的作用。
但吸附樹脂也存在一些缺點，如近年來，不少人提出了「大孔樹脂使用安全問題」,主要是致孔劑和降解物的毒性. 2000 年11 月,國家藥品審評中心組織召開了」大孔吸附樹脂分離純化技術專題討論會」. 有關專家就大孔吸附樹脂的規格標準、殘留物限量、安全性、前處理及再生合格的評價標準等問題提出許多建設性的意見與建議.建議從以下三個方面入手:
1) 加強大孔樹脂吸附基礎理論的研究,發展安全高效的吸附劑.
2) 加強對大孔樹脂從生產到應用各環節的監控. 對大孔樹脂的生產,應從生產原料和製造工藝技術的優化來改善產品的質量. 對食品、醫藥等應用行業,可以採用「良好生產規範」(GMP) 和「危害分析與關鍵控制點」(HACCP) 的管理技術,解決生產和流通中的品質控制問題.
3) 發展樹脂殘留物、裂解物或其它相關有害物質的快速檢測技術,使大孔樹脂吸附分離工藝向自動化控制方向發展,以確保質量穩定.
所以，吸附樹脂還有很大的發展前景，特別是在工業廢水處理方面，將更具廣泛性，對於增加可利用水資源，改善水環境具有很重要意義。