石化污水處理技術(shù)分析

丁海燕，李玉堂，武燕，任國(guó)領(lǐng)，張虹，黃永紅

(大慶師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶163712)

0 引言

水資源的再生、回收和利用越來越被人們關(guān)注和重視，污水處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)不僅僅是達(dá)標(biāo)排放，未來的發(fā)展方向是排供結(jié)合，經(jīng)過處理后的再生水作為自然資源進(jìn)行循環(huán)利用，讓自然生態(tài)中的水形成一個(gè)良性循環(huán)系統(tǒng)。國(guó)外在污水處理及回收的開發(fā)方面已取得的一些成果值得我們借鑒。他們一方面倡導(dǎo)節(jié)約用水，保護(hù)和科學(xué)開發(fā)水資源，另一方面研究開發(fā)了一些污水處理的新技術(shù)，例如日本［1］絕緣材料公司已成功開發(fā)一種使用陶瓷膜過濾器的污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于中小型污水處理廠。美國(guó)AVANTA 公司研制開發(fā)了SAF (淹沒曝氣濾池)生物膜法污水處理新技術(shù)。相對(duì)DAF(dissoIved air fIoatation)工藝，SAF 是同等規(guī)模DAF 法處理污水能力的5 倍，同時(shí)能減少建設(shè)成本50%，減少運(yùn)行成本90%以上，據(jù)計(jì)算，處理1 噸污水的費(fèi)用不到0.15 元人民幣［2］。目前，我國(guó)石化水污染處理技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)取得了進(jìn)展。本文就目前采用的技術(shù)，如化學(xué)法、物理法、生物法等進(jìn)行綜述。

1 生物法

1.1 好氧生物處理法

好氧生物處理是有氧存在下，好氧微生物降解有機(jī)物，使其無害化的一種處理手段。Scholz 等［3］研究了膜生物反應(yīng)器，由生物反應(yīng)器與超濾膜單元相聯(lián)接，油去除率可達(dá)99.99 %，COD(化學(xué)需氧量)和TOC(總有機(jī)碳)去除率分別為97 %、98 %;王德河等［4］介紹了采用循序間歇反應(yīng)器(SBR)法為主體的處理工藝，運(yùn)行結(jié)果表明，化學(xué)需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、固體懸浮物(SS)的去除率分別達(dá)到了95 %、98 %和95%，并達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 厭氧生物處理法

在無氧的條件下，通過微生物的協(xié)同作用，把有機(jī)物最終分解為CO2和甲烷。各種厭氧工藝成功應(yīng)用于污水處理的案例屢見不鮮。王慶偉［5］等人研究表明，在厭氧升流式流化床反應(yīng)器(UBF)中處理高濃度的垃圾滲濾液，反應(yīng)器添加陽離子和顆粒污泥，能明顯提高有機(jī)物去除效率。黃玉等［6］人探究在中溫條件下，內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)具有高效處理PTA(對(duì)苯二甲酸)污水的可能。

1.3 組合工藝

石油化工業(yè)產(chǎn)生的廢水具有污染物種類多，含有酚、硫化物等生物抑制物質(zhì)及水質(zhì)情況復(fù)雜等特點(diǎn)。厭氧和好氧有效結(jié)合的組合工藝要比采用單一的好氧或者厭氧處理工藝的效果好，達(dá)到排放要求、應(yīng)用廣泛。陳美榮等人研究［7］缺氧－兼氧－好氧的二級(jí)生物法處理石油化工廢水，出水含油、COD、BOD、MLSS(mixed liquor suspended solids)、分別低于10、100、30、70mg/L。鄒茂榮等人研究［8］水解酸化－好氧生物處理－曝氣生物濾池聯(lián)用的工藝處理石油化工廢水，結(jié)果表明出水水質(zhì)好，氨氮、COD 的去除率分別為73.4%、92.8%，酚類、油及硫化物的去除率均在90%以上。關(guān)衛(wèi)省等人研究［9］采用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)加曝氣池的厭氧——好氧組合處理石油化工廢水，污染物去除率高。

1.4 膜生物反應(yīng)器工藝

膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種由膜分離和生物處理兩個(gè)單元相結(jié)合的一種水處理技術(shù)。目前在日本運(yùn)行的膜生物反應(yīng)器占全球的66%。在膜分離生物反應(yīng)器的應(yīng)用中，98%以上是好氧膜生物反應(yīng)器，其中55%以上是一體式膜生物反應(yīng)器。20世紀(jì)80年代以來，該技術(shù)愈來愈受到重視，成為水處理技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

使用生物法處理廢水，二次污染少、處理效率高、具有能耗少、污泥沉降性能好、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)水質(zhì)要求比較高、運(yùn)行過程復(fù)雜、適用地區(qū)限制等缺點(diǎn)［10］。

2 物理法

2.1 重力分離法

重力分離法是比較典型的初級(jí)處理方法，它是利用油和水在密度上的差異和不相溶解的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)水、油珠與懸浮物分離。這種方法可以去除污水中的部分分散油、重油、油－固體物等不與水溶解的有害物質(zhì)，但不能除去污水中的乳化油和溶解油。

2.2 過濾法

過濾法是將污水通過顆粒介質(zhì)構(gòu)成的過濾層，依靠它的截留、篩分、慣性撞擊等作用使廢水中的懸浮物和油分等一些有害物質(zhì)清除。過濾能去除SS，對(duì)COD，BOD 高的污水效果不大，而且過濾的動(dòng)力消耗高，污水處理成本增加。相對(duì)于傳統(tǒng)的深度處理工藝，采用轉(zhuǎn)盤式過濾器處理工藝，由于濾布反沖洗時(shí)采用負(fù)壓抽吸的方式，不需要反抽吸水池［11］。因此對(duì)于一般污水處理廠二級(jí)處理出水，采用簡(jiǎn)單的工藝處理流程就可大幅提高出水水質(zhì)。

2.3 離心分離法

在高速旋轉(zhuǎn)的離心力場(chǎng)中，因固體顆粒、污水與油珠的密度大小不相同，承受的離心作用力也不同，從而達(dá)到從污水中去除油珠、固體顆粒。常用的分離器是水力旋流。旋流分離器在液固分離方面的應(yīng)用始于19世紀(jì)40年代，現(xiàn)在比較成熟，但在油/水分離方面的探索要遲很多。雖然液液分離與液固分離的基本原理是相同的，但二者設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)差別卻比較大。是英國(guó)人首先發(fā)明脫油型旋流分離器。20世紀(jì)60年代，英國(guó)南安普頓大學(xué)MartinThew 教授領(lǐng)導(dǎo)的多相流與機(jī)械分離研究室開始水中除油研究。離心分離法的分離器體積小、除油很明顯，高流速易使分散油剪碎，常用于分離分散油，對(duì)乳化油的去除效果不太好，而且成本不菲，所以一般情況下比較適合水量少、場(chǎng)合比較受限制的海上油船、采油平臺(tái)［12］。

3 化學(xué)法

化學(xué)處理法是經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)去除廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的廢水處理法。以投加藥劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的處理單元有氧化還原、混凝、中和等;以傳質(zhì)作用為基礎(chǔ)的有萃取、吸附、吹脫、汽提、離子交換以及反滲透和電滲吸等。和生物處理方法比較而言，高效率、快速，可以除去比較多的污染物。還具有容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、設(shè)備容易操作和控制、便于回收利用等優(yōu)點(diǎn)?；瘜W(xué)處理法能有效地去除廢水中多種有毒的污染物。

3.1 污水臭氧化處理法

在環(huán)境保護(hù)和化工等方面廣泛應(yīng)用。是用臭氧作氧化劑，使用的是含低濃度臭氧的空氣或氧氣對(duì)廢水進(jìn)行凈化和消毒處理的方法。這種方法主要用于水的脫色，水中鐵、錳等金屬離子的去除，水的消毒，去除水中酚、異味、臭味、氰等污染物質(zhì)，具有反應(yīng)迅速、流程簡(jiǎn)單、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 污水電解處理法

應(yīng)用電解的基本原理，使廢水中有害物質(zhì)通過電解轉(zhuǎn)化成為無害物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)凈化的方法。

3.3 污水化學(xué)沉淀處理法

是一種傳統(tǒng)的水處理方法，廣泛用于水質(zhì)處理中的軟化過程、工業(yè)廢水處理等，以去除重金屬和氰化物。向廢水中投加可溶性化學(xué)藥劑，使之與其中呈離子狀態(tài)的無機(jī)污染物起化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于或難溶于水的化合物沉淀析出，從而達(dá)到凈化廢水的目的。

3.4 污水混凝處理法

向廢水中投加混凝劑，其中的膠粒物質(zhì)發(fā)生凝聚和絮凝而分離出來，使廢水凈化的一種方法?；炷悄圩饔门c絮凝作用的合稱。凝聚作用是指投加電解質(zhì)，膠粒電動(dòng)電勢(shì)降低或消除，以致膠體顆粒失去穩(wěn)定性，脫穩(wěn)膠粒相互聚結(jié);絮凝作用是指高分子物質(zhì)吸附搭橋，膠體顆粒相互聚結(jié)。水溫、pH 值、濁度、硬度及混凝劑的投放量等常影響混凝效果［13－14］。

3.5 污水氧化處理法

氧化處理法幾乎可處理一切工業(yè)廢水，尤其是處理廢水中難以被生物降解的有機(jī)物。利用強(qiáng)氧化劑氧化分解廢水中污染物，如酚、氰化物、絕大部分農(nóng)藥、殺蟲劑以及引起色度、臭味的物質(zhì)等。強(qiáng)氧化劑能將廢水中的這些污染物逐步降解成為簡(jiǎn)單的無機(jī)物，也能把溶解于水中的污染物氧化為不溶于水、而易于從水中分離出來的物質(zhì)。

3.6 污水中和處理法

基本原理是使酸性廢水中的H+與外加OH－，或使堿性廢水中的OH－與外加的H+相互作用，生成弱解離的水分子，同時(shí)生成可溶解或難溶解的其他鹽類，從而消除它們的有害作用。

4 物理化學(xué)方法

4.1 膜分離方法

美國(guó)肯塔基大學(xué)研究出低壓合成膜反滲透技術(shù)，這種膜由非纖維素薄膜材料制成，分離壓力為1.0～2.0M Pa，pH 值為2～12，對(duì)多環(huán)芳烴等去除率為88%～98%［15］。該技術(shù)去除高分子有機(jī)物效率高，但運(yùn)行費(fèi)用和投資比傳統(tǒng)處理設(shè)備高。

4.2 吸附法

纖維活性炭(ACF)于20世紀(jì)70年代初問世，現(xiàn)在在美國(guó)、英國(guó)、日本已經(jīng)形成了一定的研究規(guī)模［16］。在我國(guó)目前還處于研究的階段［17］，中山大學(xué)最早用ACF 成功處理了酚醛車間的廢水。對(duì)COD Cr(采用重鉻酸鉀(K2Cr2O7)作為氧化劑測(cè)定出的化學(xué)耗氧量表示為COD Cr)、揮發(fā)酚、濁度、硫化物、石油類等有良好的去除效果。ACF 作為一種新型吸附材料，具有吸附大，速度快，解析速度快等特點(diǎn)。此外，ACF 可以長(zhǎng)時(shí)間使用，可替代粒狀碳，工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，成本比較低，節(jié)約水資源［18］。

研究高效、節(jié)能、環(huán)保的處理技術(shù)，系統(tǒng)開發(fā)不同工藝的有效組合，是石油化工廢水處理技術(shù)研究的主要內(nèi)容和發(fā)展方向［19］。水資源的循環(huán)利用，實(shí)施生產(chǎn)清潔化，在源頭和生產(chǎn)過程中抑制和減少污染物質(zhì)的產(chǎn)生;進(jìn)行有效的末端治理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

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