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综合化工废水处理技术的研究进展 
发布时间:2018.03.05    来源:碧源环保
      随着我国工业的发展, 国内工业园区大量涌现,目前已建成的各类型工业园区已有近7 000 家,其中大部分为化工园区。综合化工废水成分复杂、种类繁多, 其中含有的难降解有机物、重金属和一些有毒污染物都难以在天然水体的自净作用下得到降解。若这些污染物未经处理直接排放到水体中,不仅造成水体污染, 而且会严重影响和危害周围环境, 危及人们的身体健康。因此, 必须重视并有效处理综合化工废水, 开发经济可行的难降解工业污染物的处理方法。

      1、我国综合化工废水的来源和特点

      综合化工废水的主要来源有以下几个方面: 化工生产原料; 特定生产工艺过程中排放的废水; 生产过程中产生的副产物; 冷却水; 由于原材料和产品在生产过程、运输和贮存中存在物料流失或者由于雨水浸蚀而形成的废水。综合化工废水中通常还有大量无机和有机污染物, 其中主要污染物及水质特点见表1。

      由于化工产品多种多样, 生产工艺各不相同,特别是有机化工废水中含有大量人工合成的有机化合物, 因此化工废水污染性很强, 难以降解。综合化工废水水质一般具有以下特点:

     (1) 含有大量有毒或难降解物质, 可生化性差。在综合化工废水的有机污染物组成中, 很大一部分为多环芳烃、杂环类化合物、有机染料, 以及有机氰化物等, 这些有机物化学结构稳定, 自然界微生物没有能分解破坏其化学结构的酶系统。
     (2) 组分复杂。很多化工园区的综合废水集结了焦化、纺织印染、医药、石油化工等多种行业的工业废水, 由于不同行业生产原料和工艺过程不同, 综合化工废水中有机污染成分十分复杂。
     (3)含盐量较高。部分综合化工废水中盐的质量分数不小于1%。高盐度会对生物活性造成很强的抑制作用, 影响有机物的降解, 甚至引起生物系统的崩溃。
     (4) 水质、水量不稳定。大多数化工企业排放的废水水质和水量不稳定, 不利于废水处理工艺的稳定运行。
 
      2 综合化工废水处理技术

      综合化工废水处理的重点就是难降解和毒性、抑制性有机物的去除。目前国内外处理此类工业废水的方法主要为物理化学法和生物法。由于生物法具有基建投资和运行成本低、有效、无害等特点,是当前理想和主导的方法。

      2.1 物理化学工艺:物理化学工艺广泛应用于综合化工废水的预处理和深度处理中。典型的物理方法如混凝沉淀、气浮、吸附等常用于综合化工废水的预处理单元。此外, 高级化学氧化、微电解技术、膜技术在综合化工废水的预处理和深度处理中也都有很好的应用。
   
      2.1.1 高级化学氧化:化学氧化主要是通过氧化剂, 将难降解的复杂有机物全部或部分氧化为较易降解的简单物质, 从而达到处理的目的。然而在处理综合化工废水时,常用的氧化剂表现出氧化能力不足, 同时存在选择性氧化的缺点。Glaze 等在1987 年提出了高级氧化法(AOPs), 即通过光化学氧化、电化学氧化、声化学氧化等高级氧化过程, 产生比普通化学氧化剂氧化性能更强的羟基自由基(·OH)。Shang 等利用O3和O3 / UV 工艺分别处理含甲基丙烯酸甲酯(MMA)的半导体废水, 结果表明, O3能够明显提高MMA 的去除率, 单独使用O3反应速度缓慢,联合UV 能提高反应速率, O3 / UV 工艺能够完全将MMA 及其中间氧化产物矿化。王勇等将酚醛树脂和光催化剂TiO2混合, 经碳化活化处理后制成一种复合性催化材料处理含酚废水, 结果显示, 该材料能够有效地对废水中的酚进行光分解和吸附。
      2.1.2 微电解技术:微电解技术根据金属腐蚀原电池原理, 在铁屑表面构成无数的微小原电池, 污染物在电极上发生直接或间接电化学转化, 并且电解可以产生具有消毒作用的·OH 和活性氯。微电解技术常用于含有高浓度盐、高浓度有机物的难降解废水的预处理。Zhou 等利用微电解接触氧化法处理混合化工废水, 处理后m(BOD5) /m(CODCr)值大于0.6, CODCr的去除率为64.6%, 同时对氨氮和铅有一定的去除。微电解技术有效地利用了固体废弃物, 是一种“以废治废”的处理技术。
      2.1.3 膜技术:膜技术是一种物理处理技术, 是目前最有发展前景的深度处理技术。常见的膜分离技术有超滤、微滤、纳滤、电渗析及反渗透等。Juang 利用超滤和反渗透处理高科技工业园废水并回用, 结果表明, 浊度、TOC、电导率的去除率均在95% 以上, 可以直接排放或用作冷却水。朱薛妍等采用自制的中空纤维复合纳滤膜对含甲基蓝的印染废水进行深度处理, 结果表明, 废水的脱色率大于99%, CODCr的去除率大于90%。
      2.2 生物强化处理工艺:针对难降解的综合化工废水, 特别是高浓度难降解的有机化工废水, 单独使用物理化学法处理的成本过高, 而单独使用生物法的处理难度很大, 工程中多采用物理化学法与生物法相结合的组合工艺或者生物强化技术来提高处理效果。
   2.2.1 投加高效优势菌:从自然界筛选出的优势菌种, 或由基因工程产生的高效菌种, 投加到废水处理系统中, 可以提高降解菌的数量, 并能够加强菌群对特定环境或污染物的适应能力。近十几年来, 投加高效优势菌技术因其快速的处理效果, 获得了研究者的广泛关注。针对一些难降解的有机污染物, 如多氯联苯、1,4-二氧杂环乙烷等, 国外研究人员已经筛选出了一些高效降解菌。
   2.2.2 固定化生物技术:固定化生物技术是一种新型的水处理技术, 它是利用物理、化学方法将细胞或酶固定在有限的空间内, 保持其活性并且可以重复利用的方法。该技术能够提高反应器内高效菌种浓度和纯度, 有利于处理含有高浓度NH3-N、CODCr的废水。赵大传等以核桃壳为载体, 采用固定化生物技术处理印染废水, CODCr的去除率达到94.5%, 脱色率大于99%。Maria 等在流化床反应器中, 以木屑、聚乙烯醇等作为载体固定红球菌处理石油废水, 结果表明, 此方法具有很高的处理效率, 在2 ~ 3 周后对正构烷烃的去除率达到70% ~ 100%, 对多环芳烃类物质的去除率达到70%。
   2.2.3 共代谢:共代谢是一种特殊的微生物代谢途径, 也被称为协同代谢。一些不能被微生物作为碳源和能源的难降解有机物, 能与其它易生物降解有机物形成共基质条件, 当与这些易降解有机物共存时就有可能被同时降解。Graves 等研究表明, 造纸废水难以被产甲烷菌生物降解, 但当提供甲醇、乙醇等易降解的底物时就可以促进废水中含氯有机物的去除。
   2.2.4 其它强化技术:将活性炭等各类吸附剂或微生物生长素投加到废水处理系统中均可达到强化生物处理的目的。该方法操作性强, 具有普遍适用性, 特别适用于综合化工废水的生物强化处理过程。王方园等用生物铁强化活性污泥法处理工业园区综合化工废水,结果表明, 该法可以将CODCr去除率提高17%, 在提高污泥氧化能力的同时, 还能将生物铁作为酶激活剂和絮凝促进剂。
   
   3 综合化工废水处理中存在的问题

   综合化工废水的各种处理方法都有其优点和不足, 物理化学方法由于其操作性强、对难降解污染物处理效率高, 常用于综合化工废水的预处理或深度处理, 但其中均存在一定的不足, 例如混凝沉淀、活性炭吸附、膜过滤等方法只是污染物相的转移, 并没有实现污染物的彻底降解; 膜分离技术存在着造价高、膜寿命短以及膜污染和膜阻塞等诸多问题; 高级氧化法处理效率高、反应快, 在处理难降解废水时效果显著, 但该类反应器的制造和运行成本高、反应条件要求严格, 不适用于升级改造已有的废水处理工艺。同样的, 其它多数物理化学方法均存在能源消耗大、投资运行成本高的缺点, 制约了其在化工废水处理中的大规模应用。
   生物处理技术的成本低, 目前仍是主要的处理技术, 但由于综合化工废水中大量难降解有机物和生物抑制性物质的存在, 往往造成了生物处理系统效率低、运行不稳定等问题。为提高生物处理效果, 通常会采取延长水力停留时间或稀释原水以降低生物系统的进水负荷等措施, 但这种方式仍然得不到理想的效果, 也不经济, 所以工程上通常会采用以生物处理为主体, 物理化学方法作为预处理和深度处理的组合工艺, 或采取一些生物强化手段来提高综合化工废水的处理效果。

   4 结语

   随着社会和经济的发展, 综合化工废水量日趋增大, 污染物组成更加复杂, 处理难度也不断增加。单一的废水处理方法均存在一定的局限性, 不能满足废水处理达标的要求。要实现综合化工废水的综合治理, 在今后的发展中, 应重视发展多种处理技术的联用; 根据难降解废水自身的水质特点甄选经济、高效的处理工艺; 针对综合化工废水成分复杂的特点, 发展具有高效能的小型化设备和便于组合的处理装置; 同时从污染物源头入手, 通过工艺的优化改进、开发新型能源和原材料、清洁生产等手段, 从根本上减少和控制化工废水的产生和排放。

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