化學工藝在廢水處理中的應(yīng)用

李長建，劉 帥，楊得宇，王云龍，孫 鵬

（中建七局第四建筑有限公司，陜西 西安 710000）

前言

近年來隨著改革開放帶來的經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)，我國居民生活水平有了明顯的改善，伴隨城鎮(zhèn)化進程不斷推進，隨之而來的問題就是由于許多城市的污水和排水設(shè)施不夠完善，導致當?shù)氐乃廴厩闆r嚴重。一方面，城市的生活廢水中含有大量的氮、磷有機物，會造成水體的富營養(yǎng)化。水體的富營養(yǎng)化會使水中的藻類植物過度生長，使得水中的生物缺氧導致死亡。另一方面，當這些富營養(yǎng)化的水被再次利用時也會因為水體富營養(yǎng)化促進儲水設(shè)備中的微生物繁殖，造成微生物腐蝕，導致堵塞輸水管道和儲水設(shè)備，還會影響熱效率[1～4]。隨著目前廢水造成環(huán)境污染問題的不斷加劇，我國也出臺了相應(yīng)的政策和措施來解決環(huán)境污染問題?；瘜W工藝技術(shù)處理廢水因其成本低，效率高和不會對環(huán)境造成二次污染等優(yōu)點已成為目前比較常用的廢水處理技術(shù)[5～8]。

1 廢水概述

1.1 廢水的概念

廢水包括生活污水、工業(yè)廢水和初雨徑流入排水管渠等其它無用水，一般指經(jīng)過一定技術(shù)處理后不能再循環(huán)利用或者一級污染后制純處理難度達不到一定標準的水[9]。廢水中有害的化學成分不經(jīng)過人工處理直接排放到自然界的水體之中，不會自動的降解，對水質(zhì)和水中的生物都會造成毀滅性災(zāi)害。而且人類飲用被污水污染的水質(zhì)，也會造成各種各樣的疾病。所以必須將廢水通過人工處理，達到對環(huán)境沒有污染的標準之后排出。

1.2 廢水的來源

廢水的來源主要包含三個方面，第一個是生活廢水。目前我們還能隨處可見不經(jīng)過人工處理的生活廢水隨意排放的情況。第二個主要來源是工業(yè)廢水。改革開放之后，我國的工業(yè)水平有了質(zhì)的飛躍，目前已經(jīng)成為世界上首屈一指的工業(yè)制造大國[10]。隨之而來的問題就是在工業(yè)化進程不斷發(fā)展的同時，工業(yè)廢水大量產(chǎn)生對環(huán)境造成了較大的污染，所以工業(yè)廢水是我國目前廢水的最大來源[11]。第三個來源是實驗室廢水，由于我國科學技術(shù)的不斷進步，在不斷科研探索的同時也需要大量的水資源，同時也會產(chǎn)生大量的實驗廢水，這也是我國目前廢水的主要來源之一。如果不能對上述三個來源的廢水進行合適的處理，使其達到不污染環(huán)境的水平，那么我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略將受到影響。

2 化學工藝技術(shù)處理廢水的原則

化學工藝技術(shù)是目前很常見且高效的廢水處理技術(shù)，尤其是在水質(zhì)凈化上，該技術(shù)要比其他廢水處理工藝效果好。在利用化學工藝技術(shù)處理廢水時，要遵循以下原則[12]。

2.1 現(xiàn)有條件原則

現(xiàn)有條件原則指的是在處理廢水時，首先分清廢水的主要來源，是生活廢水、工業(yè)廢水還是實驗室廢水。其次要了解廢水的化學性質(zhì)，對廢水處理選擇合適的化學處理工藝，在保證廢水處理效率的同時，還要盡量降低處理成本，從而可以達到提高水資源利用率的目的。

2.2 優(yōu)化分類原則

不同來源廢水的化學成分和化學性質(zhì)也不同，要針對廢水中不同性質(zhì)的化學物質(zhì)采用不同的處理方式，避免廢水中的污染物與化學處理技術(shù)使用的藥品反應(yīng)產(chǎn)生有害的物質(zhì)，對水質(zhì)造成二次污染。而且，許多化學工藝在處理廢水時化學反應(yīng)還伴隨著能量的變化，可能會對處理廢水的設(shè)備造成損害，嚴重時會造成爆炸。因此在選用化學工藝技術(shù)處理廢水的時候，要對污水進行優(yōu)化分類，可以先在實驗室進行實驗驗證，將其中互相反應(yīng)的化學物質(zhì)先分離，再進行合理的處理。

2.3 廢水分離原則

在處理廢水的過程之中，需要將廢水中的各種組成成分進行分離，將廢水中污染環(huán)境的化學成分和廢水中的純水進行分離，從而提高廢水處理的效率，降低有害物質(zhì)對水資源的污染。比如在生活污水的處理過程中，要將廢水處理中各個環(huán)節(jié)的污水處理管道分離，防止廢水的交叉污染，同時還可以大幅度地減少廢水的滲透，提高了水資源的循環(huán)利用率和廢水處理效率。

3 化學工藝技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

化學工藝技術(shù)在廢水處理中的核心原則就是在廢水中添加一定量的化學物質(zhì)，使得添加的化學物質(zhì)和廢水中原有成分發(fā)生一系列的化學反應(yīng)，例如氧化還原反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)或者是化學沉積反應(yīng)，最終將廢水中的有害物質(zhì)消耗殆盡以達到凈化水資源的目的。目前常見的化學工藝技術(shù)主要有化學熱力理論法、化學混凝法、化學中和氧化法、A2/O(厭氧-好氧)法等，下面將詳細地介紹四種化學技術(shù)廢水處理方法。

3.1 化學熱力理論法在廢水處理中的應(yīng)用

化學熱力理論法是通過廢水的“自凝”過程，對廢水進行凈化處理，可以最大限度地利用廢水[13]。具體的操作方法是讓廢水中的高能量污染物發(fā)生“自凝”反應(yīng)，使得污染物從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芰繝顟B(tài)，其中能量降低的部分通過熱量的形式進行釋放，降低廢水中有害物質(zhì)的濃度，使得廢水經(jīng)過化學熱力理論法處理之后可以達到“凝聚”狀態(tài)，從而可以輕松地分離出清潔的水資源。李德榮[14]等通過化學熱力理論法，經(jīng)過廢水的“自凝”過程有效地提高了廢水處理的效率，降低了廢水處理的成本。

3.2 吹脫法在廢水處理中的應(yīng)用

吹脫法的原理是利用空氣通過廢水時與廢水中溶解氣體發(fā)生氧化反應(yīng),使得廢水中溶解性揮發(fā)物質(zhì)由液相轉(zhuǎn)入氣相,然后將氣態(tài)的有害物質(zhì)從廢水中轉(zhuǎn)移，并進一步吹脫分離的水處理方法[15]。經(jīng)過吹脫法處理的氣態(tài)物質(zhì)可以轉(zhuǎn)移到空氣之中，再通過空氣中的雨水對其進行凈化。吹脫法一般可以分為天然吹脫(自然放置)和人工吹脫(吹脫塔、吹脫池)兩種。劉瑞等[16]通過吹脫法處理工業(yè)廢水中的氫化氰、丙烯腈、硫化物和氯化物等易揮發(fā)性溶解物質(zhì)。經(jīng)過吹脫法處理后的廢水達到了國家排放標準。吹脫法處理廢水最大的優(yōu)點就是操作方法簡單，處理成本低，所以在工業(yè)廢水處理中得到了大力推進并被廣泛應(yīng)用。

3.3 化學沉淀法在廢水處理中的應(yīng)用

當廢水中含有氨或是氮元素的時候，通常會用到化學沉淀法對其進行凈化處理。在石油化工行業(yè)中的產(chǎn)生的工業(yè)廢水一般含有大量的氨氮元素，在農(nóng)藥生產(chǎn)行業(yè)中也會產(chǎn)生含有氨氮元素的廢水，會造成水體的富營養(yǎng)化，水中的藻類及其他有害微生物會大量的繁殖，污染城鎮(zhèn)居民的生活飲用水，同時還會嚴重影響水中的溶解氧濃度，造成水中生物的大量死亡，影響生物多樣性[17]。同時廢水中的氨在硝化細菌的作用下氧化為亞硝酸鹽及硝酸鹽，飲用水中的硝酸鹽會誘發(fā)嬰兒的高鐵血紅蛋白癥，而亞硝酸鹽水解后生成的亞硝胺具有強烈的致癌性，對人類的健康造成極大的威脅。所以必須采用化學沉淀法來處理廢水中的氨氮元素。在實際的處理操作中，在含有氨氮的廢水中加入可以與氨氮反應(yīng)的化學試劑，使得廢水中的氨氮元素發(fā)生化學沉淀反應(yīng)在廢水中析出，然后通過過濾的方法將沉淀物與廢水分離[18]。吳麗麗等[19]通過化學沉淀法對某自來水廠的氨氮廢水進行了處理，實際處理時對試劑進行了合理的選擇，使得試劑可以和氨氮物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象，實現(xiàn)減少廢水內(nèi)氨氮含量的作用，讓廢水達到排放的標準?；瘜W沉淀法在工業(yè)處理氨氮廢水中十分常見，但是在使用的過程中要特別注意化學試劑的用量，過少的化學試劑不能完全沉淀廢水中的氨氮元素，達不到凈化廢水的目的，過量的化學試劑會加大處理成本，同時造成二次污染。所以使用化學沉淀法時一定要精確計算化學試劑的用量。

3.4 生物法在廢水處理中的應(yīng)用

廢水處理中的生物法指的是通過細菌或者霉菌等微生物的代謝，消耗廢水中的有害物質(zhì)，同時還可以吸附廢水中的雜質(zhì)，這樣就既可以達到處理廢水的目的，又可以凈化水質(zhì)。常見的生物法處理廢水有生物膜法、厭氧法和活性污泥法。其中A2/O(厭氧-好氧)污水處理技術(shù)可以實現(xiàn)同步的脫氮除磷效果[20]。在廢水處理實際工作環(huán)境中，污水首先進入?yún)捬醭睾突亓鞯奈勰喾磻?yīng)，厭氧菌分解反應(yīng)污水中的大分子有機物，同時回流污泥帶來的聚磷菌開始工作并釋放出磷。在缺氧反應(yīng)池中，反硝化細菌將污水中的有機物作為碳源，給回流的混合溶液帶來足夠的硝酸根離子和亞硝酸根離子，并還原為無污染的清潔氮氣釋放到空氣中。整個A2/O 處理技術(shù)的反應(yīng)過程簡單，可控性強，總水力停留時間也短。三種反應(yīng)池的輪流運行限制了絲狀菌的生長，控制了污泥的膨脹效果。張海娥等[21]通過A2/O 處理技術(shù)處理了某污水廠的含氮磷廢水。其A2/O 工藝運行之中不需要額外的填料，相對于其他物化處理技術(shù)成本較低，減少了污水處理廠的工程投入。當將A2/O 處理技術(shù)中回流工藝調(diào)整為外回流體積的30%～65%的時候，二沉池混合硝化液回曝氣沉砂池的比例可以達到15%～35%，氨氮的去除率也可以到達60%以上，出水的品質(zhì)達到了國家一級A的標準。

4 結(jié)語

目前，我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展的階段，隨著污水處理技術(shù)的進步，將會在源頭上解決環(huán)境污染的問題。在今后的發(fā)展中，我們還要不斷地完善關(guān)于廢水處理的相關(guān)法律法規(guī)，強化人們的環(huán)保意識。繼續(xù)完善化學處理廢水工藝，使得廢水處理技術(shù)更高效、經(jīng)濟和穩(wěn)定。