上海科程化工废水处理技术
来源：上海科程水处理技术有限公司 阅读：2336 更新时间：2011-03-14 13:15化工废水的基本特征是[1]：(1) 水质成分复杂，副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度；(2) 废水中污染物含量高，这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介质进入了废水体系所引起的；(3) 有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等；(4) 生物难降解物质多，B/C比低，可生化性差；(5) 废水色度高。
1 常用处理技术
(1) 常用的物理法包括过滤法、斜管沉淀法（链接到产品）和气浮法（链接到产品）等。过滤法是以具有孔粒状粒料层截留水中杂质，主要是降低水中的悬浮物，在化工废水的过滤处理中，常用扳框过滤机和微生物过滤机，微孔管由聚乙烯制成，孔径大小可以进行调节，调换较方便；斜管沉淀法是利用水中悬浮颗粒的可沉淀性能，在重力场的作用下自然沉降作用，以达到固液分离的一种过程；气浮法是通过生成吸附微小气泡附裹携带悬浮颗粒而带出水面的方法。这三种物理方法工艺简单，管理方便，但不能适用于可溶性废水成分的去除，具有很大的局限性。
(2) 化学方法是利用化学反应的作用以去除水中的有机物、无机物杂质。主要有化学混凝法（链接到产品反应池）、化学氧化法、催化氧化法斜管沉淀法（链接到产品HOP）（链接到案例）等。化学混凝法（链接到产品加药）作用对象主要是水中微小悬浮物和胶体物质，通过投加化学药剂产生的凝聚和絮凝作用，使胶体脱稳形成沉淀而去除[2]。混凝法不但可以去除废水中的粒径为10-3~10-6mm的细小悬浮颗粒，而且还能去除色度，微生物以及有机物等。该方法受水温、PH值、水质、水量等变化影响大，对某些可溶性好的有机、无机物质去除率低；化学氧化法通常是以氧化剂对化工废水中的有机污染物进行氧化去除的方法[3]。废水经过化学氧化还原，可使废水中所含的有机和无机的有毒物质转变成无毒或毒性较小的物质，从而达到废水净化的目的。常用的有空气氧化，氯氧化和臭氧化法。空气氧化因其氧化能力弱，主要用于含还原性较强物质的废水处理，Cl2是普通使用的氧化剂，主要用在含酚、含氰等有机废水的处理上，用臭氧处理废水，氧化能力强，无二次污染。臭氧氧化法、氯氧化法，其水处理效果好，但是能耗大，成本高，不适合处理水量大和浓度相对低的化工废水；电化学氧化法是在电解槽中，废水中的有机污染物在电极上由于发生氧化还原反应而去除，废水中污染物在电解槽的阳极失去电子被氧化外，水中的Cl-、OH-等也可在阳极放电而生成Cl2、氧而间接地氧化破坏污染物。实际上，为了强化阳极的氧化作用，减少电解槽的内阻，往往在废水电解槽中加一些氯化钠，进行所谓的电氯化，NaCl投加后在阳极可生成氯和次氯酸根，对水中的无机物和有机物也有较强的氧化作用。近年来在电氧化和电还原方面发现了一些新型电极材料，取得了一定成效，但仍存在能耗大、成本高，及存在副反应等问题。
(3) 生物法（链接到产品生化）（链接到案例）是利用微生物的新陈代谢作用降解转化有机物的过程。随着化学工业的发展，污染物成分日渐复杂，废水中含有大量的有机污染物，如仅采用物理或化学的方法是很难达到治理的要求。利用微生物的新陈代谢作用，可对废水中的有机污染物质进行转化与稳定，使其无害化。生化处理方法主要分为好氧处理和厌氧处理两大类型，好氧处理方法主要分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥是利用悬浮生长的微生物絮体处理废水的方法，这种生物絮体称为活性污泥，它由好氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机污染物的能力。生物膜法是是通过废水同生物膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的有机物。废水的厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物（或兼氧微生物）的作用，将废水中的有机物分解转化为甲烷和二氧化碳的过程，所以又称厌氧消化。厌氧生物处理实际上是一个复杂的生物化学过程。研究表明，厌氧过程主要依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。
用生化法处理废水具有运行成本低，操作管理简单，但由于微生物对营养物质、PH值、温度等条件有一定要求，难以适应化工废水水质变化大、成分复杂、毒性高、难降解的特点，单纯用生化法治理化工废水达标工作难度大。
(4) 常用于化工废水处理的物理化学法有：离子交换法、萃取法、膜分离法（链接到产品CMF）（链接到案例）等[4]。废水中经常含有某些细小的悬浮物经及溶解静态有机物，为了进一步去除残存在水中的污染物，可以采用物理化学方法进行处理。离子交换法是一种借助于离子交换剂上离子和水中离子进行交换反应而除去废水有害离子态物质的方法，在水的软化、有机废水处理中有着广泛的应用。萃取法采用与水不互溶但能很好溶解污染物的萃取剂，使其与废水充分混合接触，利用污染物在水和溶剂中的溶解度或分配比的不同，达到分离、提取污染物和净化废水的目的。膜是利用半渗透膜进行分子过滤，来处理废水的一种方法，所以又称为膜分离技术。这种方法是利用“半渗透膜”的性质，进行分离作用。这种膜可以使水通过，但不能使水中悬浮物及溶质通过，所以这种膜称为半渗透膜，利用它可以除去水中的溶解固体、大部分溶解性有机物和胶状物质。近年来该方法开始得至人们的重视，应用范围也在不断扩大。这些方法只适用于某一类物质的分离，具有较强的选择性，且成本较高，容易造成二次污染。
吸附法（链接到产品活性碳）（链接到案例）是利用多孔性固体物质作为吸附剂，以吸附剂的表面吸附废水中的有机污染物的方法，活性炭是一种非选择性的常用的水处理吸附材料。但是由于活性炭再生性能差，水处理费用高，因而难以广泛使用。
2 化工废水处理技术的进展
2.1 物理处理技术的进展
(1) 磁分离法，是通过向化工废水中投加磁种和混凝剂，利用磁种的剩磁，在混凝剂同时作用下，使颗粒相互吸引而聚结长大，加速悬浮物的分离，然后用磁分离器除去有机污染物，国外高梯度磁分离技术已从实验室走向应用。
(2) 声波技术，是通过控制超声波的频率和饱和气体，降解分离有机物质。
(3) 非平衡等离子体技术，是用高压脉冲放电，辉光放电产生的等离子体对水中的有机污染物可进行氧化降解。
2.2 化学处理技术的进展
(1) 紫外光催化氧化处理技术（链接到产品MUF）（链接到案例），是利用TiO2等半导体催化剂在300~400 nm的紫外光照射下，产生光电子空穴和形成羟基自由基等强氧化剂的能力，将废水中的有机物氧化分解，并最终氧化为CO2和H2O。在各种有机废水处理方面有大量的实验室研究报道，在印染废水脱色方面该技术与其它技术联用，已有工业化成功应用的实例。化工、医药等难降解工业废水处理是该技术目前研究的活跃领域。研究重点在光源、反应器设计、高效催化剂及催化剂回收等方面。
(2) 湿法氧化(WO)和超临界水氧化法(SCWO) ，湿法氧化是在高温高压下，在水溶液中有机物发生氧化反应的处理技术[5]。利用催化剂，用空气中的氧气和纯氧为氧化剂，可以在较低的温度和压力下，使有机物氧化。湿法氧化作为高浓度难降解有机废水的处理技术在国外已有应用，国内有湿法氧化法处理染料和有机磷废水的实验室研究，但是还没有到实际工业应用阶段。但是随着催化湿法氧化水处理技术研究的发展和日益严峻的难降解有机废水处理的需求，该技术的应用研究已经受到人们的重视，并被认为是处理化工难降解废水中应优先考虑发展的技术领域。目前湿法氧化技术的研究重点应是温和反应条件下(温度106℃以下，压力0.6 MPa以下)，作为高浓度(5 000 mg/L以上)难降解有机废水的预处理。研究适合于湿法氧化的非贵金属催化剂、选择优化的反应条件和反应器材料的腐蚀问题等。
超临界氧化废水处理技术是在湿法氧化基础上发展的一种有毒有机固废物和工业废水的高级氧化技术[6]。SCWO在水临界点(22.1 MPa，374 ℃)以上，在极短时间内将各种有机物完全氧化为二氧化碳和水，不产生二次污染，被称为生态水处理技术。当废水中的有机物浓度在2%以上时，利用有机物氧化反应产生的热量维持系统的反应温度，基本不需要外界供热。美国国家关键技术六大领域之一“能源与环境”中指出，超临界水氧化是最有前途的难降解有机废水处理技术。目前美国、等国家已经进入中试或工业化试验阶段，我国近年来开始实验室研究。在国外超临界水氧化法已经成功地用于各类有机废水的处理，但对反应器材料要求也高，目前还未能找到一种理想的能长期耐腐蚀、耐高温和耐高压的反应器材料。
(3) 微电解技术，又称为内电解、铁还原、铁碳法、零价铁法等技术，是被广泛研究与应用的一项废水处理技术。生物难降解废水，如染料、印染、农药、制药等工业废水的处理可以用微电解为预处理手段，从而实现大分子有机污染物的断链、发色与助色基团的脱色，提高废水的可生化性，便于后续生化反应的进行。目前，微电解处理技术的研究与应用主要针对某一种或某一类工业废水，尚未形成系统的理论与技术。
微电解反应器内的填料主要有两种：一种为单纯的铁刨花；另一种为铸铁屑与惰性碳颗粒(如石墨、活性碳、焦炭等)的混合填充体。两种填料均具有微电解反应所需的基本元素：Fe和C。低电位的Fe与高电位的C在废水中产生电位差，具有一定导电性的废水充当电解质，形成无数的原电池，产生电极反应和由此所引起的一系列作用，改变废水中污染物的性质，从而达到废水处理的目的。
(4) 辐照法、脉冲电晕技术，是利用高能电子发生装置或脉冲发生装置产生的电能电子束与水分子碰撞，形成激发态从而发生氧化降解作用。该技术有去除率高、设备占地小，操作简单，但对各种发生装置技术要求高，且价格昂贵，有的还需要特殊的防护措施，若要真正投入运行还需进行大量研究。
2.3 生物处理技术（链接到产品生化）（链接到案例银河）的发展
(1) 好氧活性污泥法的发展，用筛选、驯化、诱导、诱变和基因育种等手段培制能分解难生物降解有机物的工程菌是改进当前活性污泥工艺重要途径之一。在厌氧工艺中除了改良菌株以外，还改进生物处理的主要流程，如A/O，A2/O流程，对除去难降解有机物是极为经济和有效的。生物膜法是一种耐毒性基质较强的接触生物氧化工艺，但处理的水质不如活性污泥好，将二者结合作用即可显著提高生化降解功能。
(2) 高效微生物优势菌种选育国内现有二级处理设施中，生物处理占70%~80%，生活污水生物处理占100%。目前废水的生物处理的新技术、新工艺研究活跃，对难降解污染物的高效降解菌的选育与应用研究是当前生物处理中重要方向。国外已经工业化生产用于多种难降解工业废水处理的微生物制剂。如以色列被200ｔ油污染的海滩，采用选育的石油降解菌三个月内降解石油类污染物80%。国内在有机磷农药废水优势菌种选育方面也有许多工作，如成都生物所等选育出有机磷优势降解菌种。水处理中的固定化微生物技术具有微生物负载量高、处理效率高。
(3) 固定化细胞技术(简称IMC)，也叫固定化微生物技术，是指通过化学或物理手段，将筛选分离出的适宜于降解特定废水的高效菌株，或通过基因工程技术克隆的特异性菌株进行固定化，使其保持活性并反复利用[7]。
经济有效地去除难生物降解有机物和浓度较高的氨氮一直是困绕化工废水处理的难题。由于自然界存在的一般微生物对其降解的能力很差，采用传统的生物处理法，难于奏效。而采用其他的物理化学方法，处理费用往往十分昂贵。废水中的氨氮排入水体，会影响作为生活饮用水水源的水体水质和渔业生产，严重时会产生水体的富营养化。采用传统生物处理法中的硝化-反硝化工艺，可经济有效地去除废水中低浓度的氨氮，并已成功地应用在城市污水和生活污水处理中。但某些化工废水中的氨氮浓度很高，当其浓度超过200 mg/L时，一般的微生物将会受到抑制，使生物硝化脱氮过程失效，而采用物理化学方法，同样存在技术和经济上的问题。
在固定化酶技术上发展起来的固定化细胞技术，由于其诸多的优点：生物处理构筑物中微生物浓度高，反应速度快；固定对某种特定污染物有较强降解能力的酶或微生物，使有毒难降解物质的降解成为可能；固定化技术为生理特性不同的硝化菌、反硝化菌的生长繁殖提供了良好的微环境，使得硝化、反硝化过程可以同时进行，从而提高了生物脱氮的速度和效率；固定化微生物特别是混合菌相当于一个多酶反应器，对成分复杂的有机废水适应能力强，因而成为近年来废水生物处理领域的研究热点。而为降解废水中不同类型的难降解有机污染物所选育的可与之相抗衡的优势高效菌以及利用基因工程技术所构建的基因工程菌，为固定化细胞技术处理废水提供了极大的潜力，使废水生物处理技术将产生一次重大的技术革新。
