高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)進(jìn)展

余逸揚(yáng)

摘 要：高濃度廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，如單獨(dú)使用物化法或膜法等傳統(tǒng)處理方法進(jìn)行處理，往往難以達(dá)到理想的處理效果。因此研究將幾種如物化處理、生物處理等方法相耦合，是目前解決此類高濃度廢水污染問題的一個重要突破方向。對于高濃度有機(jī)廢水的特點(diǎn)進(jìn)行介紹，描述目前處理現(xiàn)狀的不足之處，并對未來高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行描述，同時介紹一種新型的多單元組合處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高濃度;廢水處理;技術(shù)發(fā)展趨勢;耦合

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.03.093

0 引言

高濃度有機(jī)廢水處理的問題，是當(dāng)前世界污水處理的公認(rèn)難題。所謂高濃度廢水是指一些高濃度、高含鹽、高難降解的廢水。水質(zhì)成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，COD一般在10000mg/L以上，甚至高達(dá)幾萬至幾十萬毫克每升。且一般含有毒有害物質(zhì)，含鹽量也極高，具有強(qiáng)酸強(qiáng)堿性，不能直接進(jìn)行生化處理。這類工業(yè)廢水一般產(chǎn)自焦化行業(yè)、制藥行業(yè)、石化/油類行業(yè)、紡織/印染行業(yè)、化工行業(yè)、油漆行業(yè)等行業(yè)。此類高濃度有機(jī)廢水對環(huán)境的污染較大，影響時間持久，若處理不當(dāng)不但會對生態(tài)環(huán)境，也會對人類自身造成損害。且如今我國人民的環(huán)保意識不斷增強(qiáng)，國家對于環(huán)境問題也同樣日益重視，工業(yè)廢水排放的水質(zhì)要求比以往更加嚴(yán)格。因此，要選擇合適合理的方法方案進(jìn)行處理，使工業(yè)廢水水質(zhì)達(dá)到規(guī)定要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，對其處理技術(shù)方法要求尤為重要。

1 技術(shù)發(fā)展方向的現(xiàn)狀

對于此類有機(jī)污染物含量較高、可生化性較差的高濃度有機(jī)廢水，如果單獨(dú)使用物化法或膜法等傳統(tǒng)處理方法進(jìn)行處理，往往難以達(dá)到理想的處理效果。比如物化法就存在許多的缺陷和不足，目前常用的物化處理技術(shù)包括：微電解、電催化、微波催化、臭氧催化、二氧化氯氧化等傳統(tǒng)技術(shù)。這些技術(shù)大多有著投資大、處理成本高、處理效果十分有限、抗沖擊能力差等缺陷。尤其是當(dāng)廢水中有機(jī)污染物濃度高于20000mg/l時，傳統(tǒng)物化法需投加大量氧化劑，致使處理成本居高不下，而COD去除率僅為10%-30%，還會產(chǎn)生新的物質(zhì)，造成二次污染。處理常用的膜法也同樣存在的局限性，水處理常規(guī)膜處理法也有相當(dāng)?shù)牧觿?，其對進(jìn)水水質(zhì)的要求極高，并且投資巨大，回收利用率較低，而且產(chǎn)生的濃縮液更難處理，前段生化系統(tǒng)對污染物處理不徹底會導(dǎo)致深度處理所需膜組件的污染，影響處理效果。當(dāng)TDS變高時，膜處理的脫鹽率會急劇的下降，同時有著膜污染、堵塞、腐蝕、使用壽命短等諸多待解決的問題。同樣的，運(yùn)用生化處理技術(shù)處理高濃度廢水也存在一定的限制與弊端。生化處理技術(shù)的使用條件受有機(jī)物濃度所限制，只能處理有機(jī)物濃度處于中低水平范圍的有機(jī)廢水，對于濃度很高的焦化廢水，以及富含油，酚等有機(jī)物的廢水需要進(jìn)行預(yù)先的稀釋和前處理。而厭氧過程中微生物繁殖慢，因此反應(yīng)器啟動過程緩慢，需要7～13周時間，增加了工作量和運(yùn)行費(fèi)用。曝氣池的首端有機(jī)物負(fù)荷較高，因此耗氧速率較高，為了避免由于缺氧而形成厭氧狀態(tài)，進(jìn)水的有機(jī)物濃度不宜過高，這導(dǎo)致了曝氣池必須為較大容積、較大占地面積，導(dǎo)致基建費(fèi)用較高。生物處理技術(shù)對進(jìn)水水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較低，運(yùn)行結(jié)果容易受到水質(zhì)、水量變化的影響，脫氮除磷效果也不太理想。

2 高濃度難降解有機(jī)廢水處理的未來發(fā)展趨勢

由于高濃度有機(jī)廢水中大量難降解的有機(jī)污染物，會使傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)很難取得成果。有機(jī)污染物不能有效降解，于是導(dǎo)致整個處理工藝的結(jié)果達(dá)不到預(yù)期成效和目的。對此，目前的高濃度難降解有機(jī)廢水處理技術(shù)研究趨勢主要有以下幾個方面。

2.1 資源化處理的研究方向

從目前我國走可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的趨勢來看，對于僅僅只要求處理后的廢水能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。未來的成熟有效的技術(shù)，需要能夠?qū)U水中有價(jià)值的物質(zhì)最大化回收和利用。從某種角度看，高濃度有機(jī)廢水中所含有的大量有機(jī)物未嘗不是一種大量的資源，而且其中還蘊(yùn)含著大量的有機(jī)鹽，如果不對其進(jìn)行回收利用，則會造成了許多的資源浪費(fèi)。如果能做到在保證廢水處理達(dá)標(biāo)排放的同時，統(tǒng)籌兼顧資源化回收利用，不僅能使有處理成本的降低和經(jīng)濟(jì)效益的提高，而且也將能為高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的發(fā)展提供新的思路，更能夠做到與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相呼應(yīng)，為未來的技術(shù)走向提供良好的環(huán)境。

2.2 低成本技術(shù)的研究方向

隨著科技的不斷發(fā)展，污水處理技術(shù)也不斷成熟，然而許多新型技術(shù)看似美好，實(shí)際處理成本居高不下，令人望而卻步。一些較有成效的技術(shù)也由于處理成本較高使得企業(yè)運(yùn)營負(fù)擔(dān)變重，制約了企業(yè)的發(fā)展。因此，如何在保證水質(zhì)處理要求達(dá)標(biāo)的同時降低污廢水處理成本成了目前工業(yè)廢水處理技術(shù)發(fā)展的極其重要的方向之一。要做到低成本處理，可以從簡化處理流程方面著手，也可以從處理方案上進(jìn)行優(yōu)化，但最主要的還是對處理技術(shù)方法進(jìn)行改進(jìn)和更新。如催化氧化技術(shù)，是在催化劑存在的情況下利用氧化劑將廢水中的有機(jī)物氧化成二氧化碳和水。作為新型的污水處理工藝，催化氧化法能夠加快有機(jī)污染物與氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)，在降解反應(yīng)過程中又能夠產(chǎn)生新的氧化性更強(qiáng)的基團(tuán)，既能高效的處理水中有機(jī)污染物，與此同時又能高效的催化活化臭氧分子。通過向反應(yīng)裝置內(nèi)通入臭氧等氣體，在填料表面產(chǎn)生高氧化性的羥基自由基，從而能夠有效地對臭氧進(jìn)行催化氧化，在提高臭氧利用率的同時，最大限度地去除有機(jī)污染物。解決了有機(jī)污染物降解得不夠徹底的問題。隨著研究的不斷深入，催化氧化法將是一種非常有競爭力的處理技術(shù)，對于處理高濃度有機(jī)廢水將會有著很好的幫助和成效。

2.3 組合處理技術(shù)的研究方向

對于單一的如物化法、生化法等傳統(tǒng)處理方法無法奏效的問題，強(qiáng)調(diào)預(yù)處理技術(shù)，研究將幾種如物化處理、生物處理等方法相耦合，是目前解決此類高濃度有機(jī)廢水污染問題的一個重要突破方向。常見的工藝組合主要有：物化預(yù)處理+生化處理、厭氧酸化處理+好氧生化處理、電催化氧化預(yù)處理+生化處理、物理化學(xué)預(yù)處理+生化處理+深度處理。研究組合處理技術(shù)，并力爭做到將處理成本降低，是目前解決此類高濃度有機(jī)廢水污染問題的有效途徑。

3 多單元組合處理技術(shù)的介紹

這里介紹一種高濃度有機(jī)廢水處理新型技術(shù)，該技術(shù)是將多種處理方法相耦合，發(fā)揮各單元技術(shù)的優(yōu)勢，將預(yù)處理技術(shù)、無害化技術(shù)及資源化技術(shù)有效結(jié)合。其組件包括預(yù)處理單元、SUPER膜元件功能膜單元和蒸發(fā)單元。其反滲透膜裝置結(jié)構(gòu)包括圓管承壓外殼、金屬密封片、法蘭盤、流體逆向盤、密封式圓管承壓內(nèi)殼、布水器、內(nèi)拉桿、支撐導(dǎo)流盤、膜片、進(jìn)液管以及出液管。

3.1 高濃度有機(jī)廢水新型處理技術(shù)流程的介紹

預(yù)處理單元包括廢水調(diào)節(jié)池、水泵以及過濾系統(tǒng)，該過濾系統(tǒng)可以為以下幾種：超濾過濾系統(tǒng)、微濾過濾系統(tǒng)、砂濾過濾系統(tǒng)。工業(yè)廢水通過預(yù)處理單元，去除其中的膠體和懸浮顆粒，繼而成為預(yù)處理廢水，接著該預(yù)處理廢水再進(jìn)入SUPER膜元件功能膜單元進(jìn)行第二步處理。

第二步的SUPER膜元件功能膜單元包括水泵和反滲透膜裝置，水泵的作用是將預(yù)處理廢水被泵入反滲透膜裝置中進(jìn)行反滲透處理，處理后從反滲透膜裝置中排出濃縮液與透過液，透過液直接進(jìn)行排放或者進(jìn)行深度處理回用，濃縮液則進(jìn)入蒸發(fā)單元進(jìn)行第三步處理。

第三步的蒸發(fā)單元采用機(jī)械蒸氣再壓縮技術(shù)與多效蒸發(fā)對濃縮液中的水和污染物進(jìn)行再處理。單元對第一次產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行機(jī)械壓縮，蒸汽升溫后再作為加熱熱源，或?qū)⒌谝淮萎a(chǎn)生的蒸汽直接作為第二級的熱源，第二次蒸汽再作為第三級熱源，如此循環(huán)對濃縮液進(jìn)行多次蒸發(fā)分離，使得濃縮液中的絕大部分水進(jìn)入冷凝液中，大量鹽分和有機(jī)物析出成為殘?jiān)?，從而完成高濃度的各類污染物與水相的徹底分離;普通冷凝液直接進(jìn)行排放或者進(jìn)行深度處理回用，含有揮發(fā)性溶質(zhì)的冷凝液將在經(jīng)過生化處理或進(jìn)行深度處理，殘?jiān)鼊t進(jìn)行焚燒或填埋。

3.2 反滲透膜裝置結(jié)構(gòu)的介紹

反滲透膜裝置，包括圓管承壓外殼，在該圓管承壓外殼的上下兩端還分別設(shè)置有金屬密封片與法蘭盤，在圓管承壓外殼內(nèi)部的上下兩端緊鄰金屬密封片與法蘭盤的位置分別設(shè)置有一個流體逆向盤，在圓管承壓外殼與兩個流體逆向盤之間設(shè)置有密封式圓管承壓內(nèi)殼，在該密封式圓管承壓內(nèi)殼的內(nèi)部設(shè)置有支撐導(dǎo)流盤與膜片，在密封式圓管承壓內(nèi)殼下端還設(shè)置有布水器，在布水器的中央位置設(shè)置有貫穿支撐導(dǎo)流盤、膜片、上端流體逆向盤以及金屬密封片的內(nèi)拉桿，在內(nèi)拉桿的兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)液管與出液管;至少兩個導(dǎo)流盤與一個膜片才能配合使用，導(dǎo)流盤包括導(dǎo)流盤主體，該導(dǎo)流盤主體為中心位置處設(shè)置有導(dǎo)流盤中孔的圓盤，導(dǎo)流盤中空的內(nèi)徑與內(nèi)拉桿相匹配，在導(dǎo)流盤主體的表面還設(shè)置有凸臺，該導(dǎo)流盤主體上設(shè)置有兩個導(dǎo)流夾縫，在膜片上設(shè)置有兩個與該導(dǎo)流夾縫相匹配的定向裂口。

進(jìn)一步的，上述密封式圓管承壓內(nèi)殼設(shè)置有內(nèi)壁與外壁，其內(nèi)壁與外壁之間的空間形成一個空腔，該空腔的下部內(nèi)壁設(shè)置有開口，該開口與貫穿布水器的孔相連通;所述進(jìn)液管依次貫穿金屬密封片、流體逆向盤以及密封式圓管承壓內(nèi)殼的外壁與密封式圓管承壓內(nèi)殼的空腔相連接;所述出液管依次貫穿金屬密片、流體逆向盤以及密封式圓管承壓內(nèi)殼與密封式圓管承壓內(nèi)殼的內(nèi)部空間相連通;所述內(nèi)拉桿包括設(shè)置在軸心位置的內(nèi)層實(shí)心桿，在內(nèi)層實(shí)心桿外側(cè)還設(shè)置有外層空心管，該外層空心管的內(nèi)徑大于內(nèi)層實(shí)心桿的直徑，在內(nèi)層實(shí)心桿與外層空心管之間還設(shè)置有加強(qiáng)筋;所述外層空心管的管壁上還設(shè)置有與密封式圓管承壓內(nèi)殼內(nèi)部空間連通的小孔;所述加強(qiáng)筋的數(shù)量至少為兩根。

再進(jìn)一步的，上述支撐導(dǎo)流盤的數(shù)量至少為兩個，且重疊設(shè)置在密封式圓管承壓內(nèi)殼的內(nèi)部空間中，在每相鄰兩個支撐導(dǎo)流盤之間還設(shè)置有一個膜片;所述兩條導(dǎo)流夾縫對稱設(shè)置在導(dǎo)流盤主體上，且兩條導(dǎo)流夾縫同處于導(dǎo)流盤主體的同一直徑上，導(dǎo)流夾縫的長度與導(dǎo)流盤主體的半徑相同，該導(dǎo)流夾縫為上下部徑向延伸的以軸向相反方向突出的傾斜范圍在30°-60°的傾斜滑道，上下部滑道分別位于導(dǎo)流盤主體的上下兩面;所述導(dǎo)流夾縫上還垂直設(shè)置有至少一根支撐骨，即該導(dǎo)流夾縫被支撐骨至少分為兩個通道部分，該支撐骨突出部位壓緊在膜片的定向裂口的邊緣部分，通過支撐骨將膜片固定在兩張導(dǎo)流盤主體之間的中部;所述導(dǎo)流夾縫的外側(cè)位置還設(shè)置有定位結(jié)構(gòu)，該定位結(jié)構(gòu)包括分別設(shè)置在導(dǎo)流盤主體上下兩側(cè)的卡槽與卡塊;所述導(dǎo)流盤中孔的外側(cè)有一圈沿半徑方向設(shè)置的突齒，突齒固定在導(dǎo)流盤主體的內(nèi)側(cè)邊緣，在各突齒之間設(shè)置有縫隙，該縫隙為導(dǎo)流縫，該突齒的上下兩面的設(shè)置位置分別高于導(dǎo)流盤主體的上下兩面，以更好的對導(dǎo)流盤主體進(jìn)行定位;所述導(dǎo)流盤中孔的外側(cè)相鄰位置處設(shè)置有O型圈固定槽，該O型圈固定槽的數(shù)量為兩個，分別設(shè)置在導(dǎo)流盤主體的上下兩側(cè)，在O型圈固定槽的外側(cè)面上還設(shè)置有用于更好的固定O型圈的凸起。

該裝置的凸臺為凸點(diǎn)，該凸點(diǎn)按序列成一定弧度設(shè)置在導(dǎo)流盤主體的兩側(cè)面上。且凸臺為凸條，該凸條按序列成一定弧度設(shè)置在導(dǎo)流盤主體的兩側(cè)面上。另外，所述膜片成圓形或正多邊形，在該膜片的中間位置還設(shè)置有直徑與導(dǎo)流盤中孔相同的膜片中孔，該膜片由上下兩層過濾片以及設(shè)置在中間的支撐片組成， 過濾片與支撐片的邊緣接觸位置除膜片中孔以外均相互熱熔成為膜邊。該裝置通過設(shè)置兩條導(dǎo)流夾縫，將整個導(dǎo)流盤劃分為左右兩個部分，使其左右兩側(cè)分別形成一個半圓形的液體流道，降低了污液在流動過程中的壓力損失，提高了污水凈化的效率，同時還提高了使用效果;本發(fā)明設(shè)置有凸條，凸條能 夠?qū)ξ垡哼M(jìn)行更好的導(dǎo)向作用，進(jìn)一步降低了污液在流動過程中的壓力損失，更好的利用了生產(chǎn)資源，降低了生產(chǎn)損耗，同時該凸條跟膜片的接觸面積更大，進(jìn)一步降低了膜片表面的受力，更好的避免了膜片在使用過程中被破壞，提高了膜片的使用壽命，進(jìn)而降低了使用時的維護(hù)頻率，大大提高了使用效果。支撐導(dǎo)流盤利用凸線代替了現(xiàn)有技術(shù)中的凸點(diǎn)，在水流呈現(xiàn)渦流螺旋運(yùn)動時的螺線間的轉(zhuǎn)折更加平緩，減小水流轉(zhuǎn)彎時的局部水力損失，又能夠進(jìn)一步提高了污水處理的效率與經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過測試，該多單元組合技術(shù)處理廢液后的有機(jī)污染物和無機(jī)鹽的去除率可高達(dá)99%以上，保障污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)真正能夠做到處理達(dá)標(biāo)排放，廢水濃縮液量大大減少，產(chǎn)水量大，因此減少了后期濃液處理的投資，總投資減少了20%以上，且噸水的處理成本僅為傳統(tǒng)物化法的20%-30%，有著穩(wěn)定、集成度高、自動化程度高、占地面積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，其相比與傳統(tǒng)處理工藝，更好的提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

高濃度難降解有機(jī)廢水對水環(huán)境影響程度非常大，影響時間也相當(dāng)持久，實(shí)際中的處理難度也較大，而傳統(tǒng)處理工藝存在高花費(fèi)、低效等諸多問題。對于解決高濃度廢水的問題，需要對高濃度難降解有機(jī)廢水的水質(zhì)進(jìn)行深入的分析和認(rèn)識，加強(qiáng)對高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)應(yīng)用問題研究。

參考文獻(xiàn)

[1]馬承愚，彭英利.高濃度難降解有機(jī)廢水的治理與控制（第二版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]趙月龍，祁佩時，楊云龍.高濃度難降解有機(jī)廢水處理技術(shù)綜述[J].四川環(huán)境，2006，（25）：98-103.

[3]任南琪，丁杰，陳兆波.高濃度有機(jī)工業(yè)廢水處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[4]黃瑞琦，徐寧，周海云.催化濕式氧化技術(shù)及其工藝進(jìn)展[J].科技展望，2016，（9）：42-45.