化工廢水的處理技術(shù)應(yīng)用進展

劉曉晶，李　俊，何長明

(陜西省石油化工研究設(shè)計院，陜西省工業(yè)水處理工程技術(shù)研究中心，陜西　西安　710054)

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化工廢水的處理技術(shù)應(yīng)用進展

劉曉晶，李俊，何長明

(陜西省石油化工研究設(shè)計院，陜西省工業(yè)水處理工程技術(shù)研究中心，陜西西安710054)

隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展，化工廢水的排放量日益增加，對環(huán)境造成的污染也日益凸顯。在環(huán)保壓力日益加大的今天，化工廢水的處理技術(shù)研究日益重要。本文介紹了化工廢水的來源和特點，并進行了分析，為化工廢水的處理研究奠定了基礎(chǔ)；對化工廢水的處理方法進行了總結(jié)，結(jié)合最近的研究案例和發(fā)展趨勢對主要的水處理方法進行介紹和分析。最后對化工廢水處理工藝的發(fā)展趨勢進行了展望。

化工廢水；特點；處理技術(shù)；進展

隨著化學工業(yè)的發(fā)展，化工產(chǎn)品多種多樣，成分復雜，給我們帶來了巨大的經(jīng)濟利益，同時也造成了嚴重的環(huán)境污染。近年來我國化工行業(yè)的工業(yè)廢水處理和利用工作取得了較大進展，但廢水排放達標率仍不高，且目前國內(nèi)的趨勢化工廢水零排放的政策下，零排放工作也在逐步開展。據(jù)統(tǒng)計，我國工業(yè)廢水處理率為78.9%，達標率僅為54.4%[1]。因此，研究分析水處理的現(xiàn)狀并開發(fā)出高效且實用的化工廢水處理技術(shù)并回用具有重要的現(xiàn)實意義。

1　化工廢水的來源及特點

化工廢水的來源主要是無機化工、有機化工行業(yè)產(chǎn)生的廢水，其分類及特點見表1。

表1　化工廢水的分類、來源和特點Table 1　Classification, source and characteristics of chemical industrial wastewater

續(xù)表1

合成化工合成染料、合成橡膠等產(chǎn)生廢水色度高、難降解紡織印染工業(yè)棉麻加工,紡織的染色及印花、上漿等產(chǎn)生廢水堿性大、色度高、毒性大難降解醫(yī)藥化工抗生素、合成藥物、中成藥等生產(chǎn)廢水有機物含量高、有毒性、生物難降解煤化工煤煉焦、煤氣凈化和化工產(chǎn)品回收精制等生產(chǎn)廢水水量大、毒性大、污染物濃度高

化工廢水來源不同，水質(zhì)差異很大，化工產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)工藝各不相同，在生產(chǎn)過程中排出的物質(zhì)含有大量人工合成的有機物，污染性強、難降解。其特點[2]主要表現(xiàn)為：

(1) 水質(zhì)和水量不穩(wěn)定

化工廢水大多數(shù)的水量波動大、水質(zhì)變化大，不利于廢水處理裝置和工藝的穩(wěn)定運行。

(2) 水質(zhì)成分復雜

由于不同行業(yè)生產(chǎn)原料和工藝過程差別較大，廢水中產(chǎn)生的各種副產(chǎn)物以及溶劑等物質(zhì)，導致化工廢水水質(zhì)成分差別較大，并且成分復雜，增加了廢水處理的難度。

(3) BOD 和 COD 高

化工廢水有機物含量較高，特別是石油化工廢水，因含有各種有機物，造成廢水中含有的 BOD 和 COD 都較高。這種廢水一旦排入水體，在水處理過程中因氧化分解消耗水中大量的溶解氧，直接威脅細菌的生存。

(4) 有毒性和刺激性

化工廢水中普遍存在多種污染物，有毒物質(zhì)如氰、酚、重金屬鹽等，有腐蝕性、刺激性的物質(zhì)如堿類、無機酸等。

(5) pH不穩(wěn)定

化工廢水的pH 值多為強堿性或強酸性，對水生生物和農(nóng)作物等危害很大。

(6) 含鹽/油量高

高鹽度抑制生物活性，影響有機物降解[3]；石油化工廢水中含有油類，影響水生生物的生存。

(7) 廢水色度高

因含有的物質(zhì)成分復雜，種類多樣，造成廢水中水體的顏色較深，色度較高。

2　化工廢水處理技術(shù)及進展

2.1物理法

物理法是通過機械或者物理作用進行分離廢水中懸浮物的處理方法，主要用于去除廢水中的漂浮物、懸浮固體、砂和油類等物質(zhì)。

普遍采用的物理法包括重力沉淀法、過濾法和氣浮法[4]。重力沉淀法是利用水中懸浮顆粒的密度和水的差別進行沉淀，在重力場的作用下進行自然沉降，從而實現(xiàn)固液分離的一種過程；過濾法是利用過濾層物質(zhì)去除水中的不溶性雜質(zhì)，主要是降低水中的懸浮物，設(shè)備主要使用過濾器和微孔管[5]；氣浮法是利用高度分散的微小氣泡作為載體粘附廢水中的懸浮物，形成水-氣-顆粒(油滴)三相混合體系，由于密度的差異使懸浮物隨氣泡一起浮升到水面而實現(xiàn)懸浮物和水的分離。此種方法的分離對象主要是油類和疏水性細微懸浮物[6]。

物理方法的優(yōu)勢在于工藝過程較為簡單，現(xiàn)場管理比較方便，但對可溶性成分的廢水處理仍有很大的局限性[7]。

2.1.1磁分離技術(shù)

作為一種新興的廢水處理技術(shù)，近幾年磁分離技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。該技術(shù)是在廢水處理過程中投加磁種和混凝劑，進而利用二者的共同作用，使反應(yīng)生成的顆粒迅速聚結(jié)加大密度差，從而加速懸浮物的分離。基本原理是通過外加磁場對含有磁性物質(zhì)的懸浮物吸引從而實現(xiàn)懸浮物和與廢水的分離效果[8]。Yasuzo Saka[1]采用磁分離技術(shù)改善了活性污泥法中的污泥沉降問題，在廢水處理過程中加入磁鐵(Fe3O4)粉末使由于細菌簇團效應(yīng)產(chǎn)生的活性污泥具有磁性，從而實現(xiàn)磁化泥吸附在轉(zhuǎn)鼓上，進而對其進行回收利用。周必坤[9]將磁分離技術(shù)應(yīng)用于煉油廠高濃度廢水的處理，效果顯著。

2.1.2膜分離技術(shù)[10]

膜分離技術(shù)是一項應(yīng)用面寬，適應(yīng)性強的高效分離濃縮技術(shù)，該技術(shù)是在選擇透過性膜在化學位差或外力的作用下，對混合物中粒徑不同的組分進行分離和提純[11]。Pi等[12-13]成功地將納濾膜用來提取麻黃素，經(jīng)過納濾工藝處理后廢水中的COD含量接近 100 mg/L，此時的麻黃素溶液可以直接進行回收。研究人員[14-15]采用膜生物反應(yīng)器(MBR)對采油污水進行了研究，在MBR中投放粉末活性炭可提高MBR的出水水質(zhì)。

2.2化學法

化學法是在廢水處理時通過產(chǎn)生化學反應(yīng)改變物質(zhì)性能來處理污水中的膠體或溶解物的方法。水處理工藝經(jīng)常使用的化學法有電化學氧化法、化學氧化法、化學混凝法等。由于此類水處理法處理的水質(zhì)好、但水處理成本較高，因此經(jīng)常在生化后的出水繼續(xù)處理，用以提高產(chǎn)水水質(zhì)?；瘜W混凝法是通過向廢水中加入化學藥劑，使之發(fā)生化學反應(yīng)，微小的懸浮物與膠體等污染物生成凝聚和絮凝的作用，使這些物質(zhì)沉淀到底部，以達到去除效果[2]。此方法可以成功去除細小的顆粒，并且對色度和微生物以及有機物等的去除也有較好的效果。

2.2.1化學氧化法

2.2.2電化學氧化法

電化學氧化法是利用光、聲、電、磁等一類無毒的試劑進行催化氧化反應(yīng)處理廢水，特別是針對生物難降解有機物特別有效，是目前水處理領(lǐng)域的熱門研究方向。Zhou等[17]在水處理過程中制備了含Ni的納米TiO2(銳鈦礦型)作為催化劑，對降解甲基橙廢液起到了較好的效果。實驗結(jié)果表明在紫外光照射2 h后，甲基橙廢液色度去除率達到96.3%。

2.3物理化學法

物理化學法是在水處理過程中根據(jù)物理化學或化工分離原理進行廢水處理的一種方法。物理化學法包含離子交換、吸附、分離、萃取、汽提等。該種水處理方法主要用于去除廢水中含有的較為細小的懸浮物和溶解的有機物，其缺點在于某種水處理方法具有較強的選擇性，只適用于或者針對某一類物質(zhì)的分離能夠達到較好的水處理效果，且水處理的費用較高，還容易造成二次污染加大了水處理的難度。

離子交換法是一種借助于化學鍵的親和力不同從而實現(xiàn)離子交換劑和水中的離子進行交換反應(yīng)從而達到凈化廢水的方法。吸附法是利用多孔介質(zhì)吸附廢水中的有機污染物，從而使廢水得到凈化，飽和的吸附介質(zhì)需再生重復使用。謝添等[18]采用活性炭吸附法處理煤化工廢水，最佳活性炭投加量為60 g/L，吸附飽和時間為2.9 h。萃取法是利用萃取劑，通過向廢水中添加難溶或不溶于水的有機溶劑，借助相似相容原理，萃取廢水中的非極性有機物，從而達到凈化廢水的目的。羅鵬等[19]采用超臨界二氧化碳萃取技術(shù)脫除廢水中有機物具有明顯的優(yōu)勢，溶劑綠色，工藝簡單且分離效率高。

2.4生物法

生物法是通過微生物的新陳代謝作用分解和去除廢水中的有機污染物。包含好氧生物處理和厭氧生物處理兩種生物處理方法。

2.4.1好氧生物處理法

好氧生物水處理法主要包括兩種：一種是生物膜法，該種方法是利用生物膜對有機物的的吸附和氧化作用，通過與廢水的接觸，從而實現(xiàn)水處理過程的方法；另外一種是活性污泥法，該種方法是利用懸浮生長的微生物進行廢水處理，活性污泥含有微生物可降解廢水中的有機物。

褚兆晶等[20]對高濃度有機廢水進行水處理，在好氧生物-吸附法的協(xié)同作用下進行實驗，實驗結(jié)果表明廢水COD去除率高達99%，取得了理想的效果。生物膜法是一種在耐毒性基質(zhì)較強載體上進行接觸生物氧化從而實現(xiàn)水處理的工藝，但處理后的效果與活性污泥相比水質(zhì)較差，將二者結(jié)合進行協(xié)同作用即可顯著提高水處理效果。

2.4.2厭氧生物處理法

厭氧生物處理法是利用厭氧微生物的降解作用去除廢水中污染物的方法。

Santos等[21]將生物法應(yīng)用于印染行業(yè)的廢水處理技術(shù)研究，實驗結(jié)果表明：COD從634 mg/L降低至2.790 mg/L，去除率達到99.5%，效果較好；而BOD則從360 mg/L升高至972 mg/L，在印染廢水處理行業(yè)達到較為理想的效果。

楊珍等[22-23]采用溶膠—凝膠法將TiO2負載到粉煤灰上，對垃圾滲濾液進行了超聲輔助光催化降解，COD的降解率可達73.3%。

2.4.3固定化生物技術(shù)

微生物固定化技術(shù)是采用物理或化學法固定游離態(tài)的微生物，以使微生物保持較好的生物活性，并且在其生存區(qū)域內(nèi)具備生長繁殖的條件，以此進行污水凈化[24]。劉榮榮等[25]討論了固定化微生物技術(shù)在印染廢水處理中的應(yīng)用，指出包埋法易于操作，并且微生物可保持較好的生物活性，固定化細胞強度高，在水處理中容易達到固液分離的效果。劉春芳[26]闡述了固定化細胞技術(shù)已被成功應(yīng)用在處理高氨氮廢水和焦化廢水的中試和工業(yè)試驗上。

3　展　望

化工廢水水量大、成分復雜、生物難降解，目前形式對水處理后水質(zhì)的達標要求越來越嚴格，然而僅借助一種水處理方法難以得到理想的效果。因此，研究高效、經(jīng)濟、穩(wěn)定的組合水處理技術(shù)對化工廢水進行有效的無污染處理是化工廢水處理新技術(shù)研究的重要方向。從社會發(fā)展趨勢和效益來看，積極推廣清潔生產(chǎn)和節(jié)水型工藝，加強水資源的循環(huán)利用，實現(xiàn)廢水零排放必然是一種發(fā)展趨勢。

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Research Progress on Application of Chemical Wastewater Treatment

LIU Xiao-jing, LI Jun, HE Chang-ming

(Shaanxi Industry Water Treatment Research Centre of Engineering Technology,ShaanxiResearchDesignInstituteofPetroleumandChemicalIndustry,ShaanxiXi’an710054,China)

With the continuous development of chemical industry, chemical industry wastewater emissions increase, pollution to the environment is also growing. Today, with the increasing of the environmental pressure, research in the chemical wastewater treatment technology is becoming more and more important. The sources and characteristics of chemical industry wastewater were introduced and analyzed, which laid a foundation for research of chemical wastewater treatment. Therefore, the treatment methods of chemical wastewater were summarized. Combined with the latest case studies and development trend, the methods of main water treatment were introduced and analyzed. Finally the development trend of chemical wastewater treatment process was discussed.

chemical wastewater; characteristics; treatment technique; progress

劉曉晶(1987-)，女，河北工業(yè)大學碩士研究生，從事化工廢水處理相關(guān)方面研究。

X703.1

A

1001-9677(2016)013-0054-03