工業(yè)廢水處理技術(shù)及其應用

摘要:在我國，用水方式粗放、用水效率不高，導致水資源供需矛盾越來(lái)越突出。據統計，我國污水、廢水排放量每天約為1×10。Il’之多，其中城市生活廢水約占40% ，工業(yè)廢水占60% ，而工業(yè)廢水的再生回用對節約淡水資源、保護環(huán)境、實(shí)現可持續發(fā)展將具有更加重要的意義。

關(guān)鍵詞:工業(yè)廢水;處理重復利用

0 前言

近年來(lái)，隨著(zhù)經(jīng)濟社會(huì )的飛速發(fā)展和人口的增長(cháng)，我國用水量與日俱增。而隨著(zhù)全球氣候和環(huán)境的變化，我國水資源的總量正在明顯減少，以黃河、淮河、海河和遼河區最為顯著(zhù)，地表水資源量減少17% ，水資源總量減少12% ，其中海河區地表水資源量減少41% ，水資源總量減少25% ；而且水資源相對豐富地區也出現了區域性甚至流域性缺水的現象。據統計，我國目前人均水資源2185 m ，不足世界平均水平的三分之一，一些流域(如海河、黃河、淮河流域人均占有量更低，生態(tài)嚴重惡化的地區已出現河流斷流、湖泊干涸、濕地萎縮、綠洲消失。而在水資源日益減少的同時(shí)，我國仍存在水資源利用方式粗放、用水效率不高的問(wèn)題，導致水資源供需矛盾進(jìn)一步凸顯。

 據統計，我國每天的污水、廢水排放量約為1×10。m 之多，其中城市生活廢水約占40% ，工業(yè)廢水占60% J。而我國工業(yè)水重復利用和再生利用程度較低，用水工藝比較落后，用水效率與發(fā)達國家有著(zhù)較大的差距。2005年，我國萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量為167 m ，工業(yè)用水重復利用率約為50%左右；而發(fā)達國家萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量一般在50 m 以下，工業(yè)用水重復利用率一般在80% 一85% 以上(美國2000年萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量不到15 m ，工業(yè)用水重復利用率約為94．5% ，日本萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量也僅為18m ，工業(yè)用水重復利用率達80% 以上)�？傮w來(lái)看，我國現狀工業(yè)用水重復利用率僅相當于發(fā)達國家20世紀80年代初的水平。

工業(yè)生產(chǎn)的多樣性使產(chǎn)生的排水污染性質(zhì)也紛繁復雜，如有機污染、無(wú)機污染、熱污染、色度污染等等。因此，工業(yè)廢水的處理不能從簡(jiǎn)單的幾個(gè)標準COD、BOD、ss、pH就套用別人的工藝和設備，除上述指標外，影響處理的因素還很多，如溫度、氨氮含量、pH、含鹽量、有毒物質(zhì)(有機磷)含量、表面活性劑(發(fā)泡物質(zhì))及染料含量等。

1 工業(yè)廢水傳統處理方法分類(lèi)

1．1 按實(shí)施方式分類(lèi)

廢水處理方法按對污染物實(shí)施的作用不同可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是通過(guò)各種外力的作用把有害物從廢水中分離出來(lái)，稱(chēng)為分離法；另一類(lèi)是通過(guò)化學(xué)或生物作用使有害物轉化為無(wú)害或可分離的物質(zhì)(再經(jīng)過(guò)分離予以除去)，稱(chēng)為轉化法。

1．1．1 分離法

廢水中的污染物存在形態(tài)的多樣性和物化特性的各異性決定了分離方法的多樣性。離子態(tài)的污染物可選擇離子交換法、電解法、電滲析法、離子吸附法、離子浮選法進(jìn)行處理。分子態(tài)污染物可選擇萃取法、結晶法、精餾法、吸附法、浮選法、反滲透法、蒸發(fā)法進(jìn)行處理。膠體污染物可選擇混凝法、氣浮法、吸附法、過(guò)濾法進(jìn)行處理。懸浮物污染物可選擇重力分離法、離心分離法、磁力分離法、篩濾法、氣浮法進(jìn)行處理。

1．1．2 轉化法

轉化法可分為化學(xué)轉化法和生化轉化法兩類(lèi)�；瘜W(xué)轉化法包括中和法、氧化還原法、化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法；生物轉化法包括活性污泥法、生物膜法、厭氧生物處理法、生物塘。

1．2 按處理程度分類(lèi)

按廢水處理程度劃分，廢水處理技術(shù)可分為一級、二級和三級處理。

一級處理主要是通過(guò)篩濾、沉淀等物理方法對廢水進(jìn)行預處理，目的是除去廢水中的懸浮固體和漂浮物，為二級處理作準備。經(jīng)一級處理的廢水，其BOD除去率一般只有30%左右。

二級處理主要是采用各種生物處理方法除去廢水中的呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物。經(jīng)二級處理后的廢水，其BOD除去率可達90% 以上，處理水可達標排放。

三級處理是在一級、二級處理的基礎上，對難降解的有機物、磷、氮等營(yíng)養性物質(zhì)進(jìn)一步處理。三級處理方法有混凝、過(guò)濾、離子交換、反滲透、超濾、消毒等。

2 工業(yè)廢水處理中的技術(shù)應用

2．1 活性炭

 活性炭可分為粉末狀和顆粒狀，是一種經(jīng)特殊處理的炭，具有無(wú)數細／J,?L隙，表面積巨大，每克活性炭的表面積為500～l 500 m 。粉末狀的活性炭吸附能力強，制備容易，價(jià)格較低，但再生困難，一般不能重復使用；顆粒狀的活性炭?jì)r(jià)格較貴，但可再生后重復使用，并且使用時(shí)的勞動(dòng)條件較好，操作管理方便。因此，水處理中較多采用顆粒狀活性炭[3]。工業(yè)廢水處理中，活性炭主要應用在以下幾個(gè)方面。

 2．1．1 處理含氰廢水

在工業(yè)生產(chǎn)中，金銀的濕法提取、化學(xué)纖維的生產(chǎn)、煉焦、合成氨、電鍍、煤氣生產(chǎn)等行業(yè)均要使用氰化物或副產(chǎn)氰化物，生產(chǎn)過(guò)程中必然要排放一定數量的含氰廢水�；钚蕴坑糜趦艋瘡U水已有相當長(cháng)的歷史，應用于含氰廢水處理的文獻報道也越來(lái)越多 。

 2．1．2 處理含甲醇廢水

活性炭可以吸附甲醇，但吸附能力不強，只適宜于處理甲醇含量低的廢水。工程運行結果表明，活性炭用于處理低甲醇含量的廢水，可將混合液的COD從40 mg／L降至12 mg／L以下，對甲醇的去除率可達93．16% ～100% ，處理后可滿(mǎn)足回用鍋爐脫鹽水系統進(jìn)水的水質(zhì)要求 。

2．1．3 處理含酚廢水

含酚廢水廣泛來(lái)源于石油化工廠(chǎng)、樹(shù)脂廠(chǎng)、焦化廠(chǎng)和煉油化工廠(chǎng)。實(shí)驗證明：活性炭對苯酚的吸附性能好，但溫度升高不利于吸附，會(huì )使吸附容量減小，但升高溫度可使達到吸附平衡的時(shí)間縮短�；钚蕴坑糜谔幚砗�酚廢水時(shí)，其用量和吸附時(shí)間存在最佳值，在酸性和中性條件下，去除率變化不大，但強堿性條件下，苯酚去除率急劇下降，堿性越強，吸附效果越差。

 2．1．4 處理含汞廢水

 活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只適宜于處理汞含量低的廢水，如果是處理汞含量較高的廢水，可先用化學(xué)沉淀法處理(處理后含汞約1 mg／L，高時(shí)可達2～3mg／L)，然后再用活性炭作進(jìn)一步處理。

 2．1．5 處理含鉻廢水

鉻是電鍍中用量較大的一種金屬原料，廢水中，六價(jià)鉻隨pH的不同分別以不同的形式存在。因此，利用活性炭處理含鉻廢水的過(guò)程是活性炭對溶液中Cr(Ⅵ)的物理吸附、化學(xué)吸附、化學(xué)還原等綜合作用的結果�；钚蕴刻幚砗�鉻廢水，吸附性能穩定，處理效率高，操作費用低，經(jīng)濟效益明顯 引。

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和廢水處理的特殊要求，活性炭的研究已從本身的孑L結構和比表面積逐步發(fā)展到研究表面官能團對活性炭吸附性能的影響。人們發(fā)現，活性炭不僅有吸附特性，而且還表現出了催化特性，由此而發(fā)展起來(lái)的催化氧化法現在也日益受到重視，其研究也在不斷深入。

2．2 微波能

常規廢水處理法存在以下共同缺點(diǎn)：① 工藝流程長(cháng)，廢水處理過(guò)程中物化反應進(jìn)程緩，廢水處理設施龐大，占地面積大；② 廢水只能集中處理，對于城市廢水而言，地下排污管網(wǎng)工程龐大，廢水處理工程總投資巨大；③ 處理后的水質(zhì)不穩定，對難降解的可溶性有機物、磷、氮等營(yíng)養性物質(zhì)處理不徹底，對某些工業(yè)廢水如造紙廢液等處理困難且運行費用高。而把微波場(chǎng)對單相流和多相流物化反應的強烈催化作用、穿透作用、選擇性供能及其殺滅微生物的功能用于廢水處理，可以克服常規廢水處理法存在的諸多缺點(diǎn)，并且處理工程小型化、分散化，可省掉城市建設中現行廢水處理工程長(cháng)距離埋設龐大排污管網(wǎng)的巨大費用，堵住污染源頭，從根本上消除因人類(lèi)的生活和生產(chǎn)活動(dòng)給江河湖泊造成的污染。需特別指出的是微波對殺滅藍藻的特殊作用，藍藻在微波場(chǎng)中只需30S即由微細粒匯聚成大顆粒，經(jīng)過(guò)沉降與水分離，與此同時(shí)，水中的富營(yíng)養物也得到了降解。廢水經(jīng)微波能處理后可100% 回用，實(shí)現水的可持續利用，使人類(lèi)水環(huán)境步人良性循環(huán)，為解決2l世紀人類(lèi)將面臨的世界性“水荒”做貢獻。隨著(zhù)物質(zhì)文明建設的不斷發(fā)展，淡水資源的需求量越來(lái)越大，產(chǎn)生的廢水量也越來(lái)越大，意味著(zhù)對廢水處理任務(wù)及處理深度的要求也必然加大，這就要求廢水處理技術(shù)不斷吸納創(chuàng )新，而微波處理技術(shù)將是廢水處理技術(shù)上的一場(chǎng)革命。

到目前為止，微波能污水處理技術(shù)已應了昆明盤(pán)龍江水、大觀(guān)河水、滇池水、翠湖水等生活污水與日用化工廠(chǎng)廢水、造紙廢水(含紙漿廢水、木漿廢水、草漿廢水)、焦化廠(chǎng)(上海)廢水、化

纖廠(chǎng)(北京)廢水、玉米制酒精(吉林)廢水、制革廠(chǎng)(河北)、印染廠(chǎng)、造紙廠(chǎng)、強酸性礦山廢水(江西)、電廠(chǎng)(內蒙古)廢水、黃河水、繅絲廠(chǎng)(遼寧)廢水、制糖酒精廢醪液(云南)等的處理，其技術(shù)的可行性和廣泛適應性已得到了驗證。

2．3 高級氧化法

高濃度的有機廢水對我國寶貴的水資源造了巨大破壞，然而現有的生物處理方法對可生化性差、相對分子質(zhì)量從幾千到幾萬(wàn)的物質(zhì)處理較困難，而高級氧化法(Advanced Oxidation Process，簡(jiǎn)稱(chēng)AOPs)可將其直接礦化或通過(guò)氧化提高污染物的可生化性，同時(shí)還在環(huán)境類(lèi)激素等微量有害化學(xué)物質(zhì)的處理方面具有很大的優(yōu)勢，能夠使絕大部分有機物完全礦化或分解，具有很好的應用前景。

常見(jiàn)的高級氧化技術(shù)主要包括空氣濕式氧化法、催化濕式氧化法、臨界水氧化法、光化學(xué)氧化法等。

2．3．1 濕式空氣氧化法

濕式空氣氧化法是以空氣為氧化劑，將水中的溶解性物質(zhì)(包括無(wú)機物和有機物)通過(guò)氧化反應轉化為無(wú)害的新物質(zhì)，或者轉化為容易從水中分離排除的形態(tài)(氣體或固體)，從而達到處理的目的。通常情況下氧氣在水中的溶解度非常低1 atm、20℃時(shí)氧氣在水中溶解度約9 mg／L左右)，因而在常溫常壓下，這種氧化反應速度很慢，尤其是高濃度的污染物，利用空氣中的氧氣進(jìn)行的氧化反應就更慢，需要借助各種輔助手段促進(jìn)反應的進(jìn)行(通常需要借助高溫、高壓和催化

劑的作用)。一般來(lái)說(shuō)，在200～300 oC、100—200atm條件下，氧氣在水中的溶解度會(huì )增大，幾乎所有污染物都能被氧化成二氧化碳和水。濕式空氣氧化法的關(guān)鍵在于產(chǎn)生足夠的自由基供給氧化反應。雖然該法可以降解幾乎所有的有機物，但由于反應條件苛刻，對設備的要求很高(要耐高溫高壓)，燃料消耗大，因而不適合大水量廢水的處理。

2．3．2 催化濕式氧化法

  催化濕式氧化法(Catalytic Wet OxidationProcess，CWOP)是一種工業(yè)廢水的高級處理方法(屬于物理化學(xué)方法)。它是依據廢水中的有機物在高溫高壓下進(jìn)行催化燃燒的原理來(lái)凈化處理高濃度有機廢水的，其最顯著(zhù)的特點(diǎn)是以羥基自由基為主要氧化劑與有機物發(fā)生反應，反應中生成的有機自由基可以繼續參加·OH的鏈式反應，或者通過(guò)生成有機過(guò)氧化物自由基后進(jìn)一步發(fā)生氧化分解反應直至降解為最終產(chǎn)物CO 和H 0，從而達到氧化分解有機物的目的。

2．3．3 超臨界水氧化法

超臨界水氧化技術(shù)得益于水的超臨界性能。在374．3 c【=和22 MPa狀態(tài)下，水的物理性能尤其是溶解性能與常溫下截然不同，這種狀態(tài)被成為超臨界狀態(tài)。在超臨界狀態(tài)下，水如同高密度的氣體一樣對有機物有很高的溶解能力，與輕的有機氣體以及CO 等能完全互溶，但無(wú)機化合物尤其是鹽類(lèi)難溶于其中。另外，超臨界水具有較高的擴散系數和較低的粘度。上述這些超臨界性能加上較高的溫度和壓力使水成為有機質(zhì)氧化反應的理想介質(zhì)，使氧化還原反應完全能在均相中進(jìn)行，不存在界面傳質(zhì)阻力，而界面傳質(zhì)阻力往往是濕式氧化法的控制步驟。

超I臨界氧化技術(shù)與其他處理技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

(1)效率高，處理徹底，有毒物質(zhì)的清除率高達99．99% 以上；

(2)反應速度快，停留時(shí)間短(<1min)，反應器結構簡(jiǎn)單，體積��；

(3)適應范圍廣，適用于各種有毒廢水廢物的處理；

(4)無(wú)二次污染，不需進(jìn)一步處理，且無(wú)機鹽可從水中分離出來(lái)，處理后的廢水可完全回收利用；

(5)當有機物含量超過(guò)10%時(shí)，不需額外供熱，實(shí)現熱量自給。但超I臨界水氧化的高溫高壓操作條件無(wú)疑對設備材料提出了嚴格的要求，實(shí)際進(jìn)行工程設計

時(shí)須注意一些工程方面的因素，如腐蝕、鹽的沉淀、催化劑的使用和熱量傳遞等，技術(shù)的應用上還存在一些有待解決的問(wèn)題。但由于其本身具有突出優(yōu)勢，因而如今在有害廢水處理方面已越來(lái)越受到重視，是一項有著(zhù)廣闊發(fā)展前景的技術(shù)。

 2．3．4 光化學(xué)氧化法

 光化學(xué)反應是在光的作用下進(jìn)行化學(xué)反應，采用臭氧或過(guò)氧化氫作為氧化劑，在紫外線(xiàn)的照射下使污染物氧化分解，從而實(shí)現污水的處理。

光化學(xué)氧化系統主要有UV／H 0 系統、UV／O，系統和UV／O3／H202系統 J。以uv／H2 O2系統為例，該系統主要用于濃度在10—6級的低濃度廢水的處理，而不適用于高強度污染廢水的處理。能將污染物徹底無(wú)害化，對有機物的去除能力比單獨用過(guò)氧化氫或紫外線(xiàn)更強，是一種更經(jīng)濟的選擇，能夠在短期內裝配在不同的地點(diǎn)。但它不適合處理土壤，因為紫外線(xiàn)不能穿透土壤粒子。光容易被沉淀堵塞，降uV的穿透率，因而使用中需控制污水的pH值，防止氧化過(guò)程的金屬鹽沉淀堵塞光的穿透。

用該方法去除飲用水中三鹵甲烷的試驗研究表明，在去除三氯甲烷的同時(shí)可減少飲用水中的．總有機碳含量，使水質(zhì)進(jìn)一步提高。利用uv／H 0 系統處理受四鹵甲烷污染的地下水試驗表明，其去除率可達97．3% 一99% ，而費用與活性炭處理相當。在UV／H 0 系統中，每一分子H 0 可產(chǎn)生兩分子羥基，不僅能有效去除水中的有機污染物，而且不會(huì )造成二次污染，也不需作后續處理。

2．4 膜技術(shù)

近年來(lái)，膜技術(shù)發(fā)展迅速，在電力、冶金、石油石化、醫藥、食品、市政工程、污水回用及海水淡化等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應用，各類(lèi)工程對膜技術(shù)及其裝備的需求量更是急速增加。目前已經(jīng)熟和不斷研發(fā)出來(lái)的微濾、超濾、反滲透、納濾、滲析、電滲析、氣體分離、滲透汽化、無(wú)機膜等技術(shù)正在廣泛用于石油、化工、環(huán)保、能源、電子等行業(yè)中，并產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟和社會(huì )效益，將對21世紀的工業(yè)技術(shù)改造起著(zhù)重要的戰略作用。同時(shí)，國家和政府相關(guān)部門(mén)的高度支持和重視也給膜行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的機遇u 。微濾的分離目的是溶液脫粒子和氣體脫粒子，截留粒徑為0．02—10 m的粒子，是所有膜過(guò)程中應用最普遍且總銷(xiāo)售額最大的一項技術(shù)，主要用于制藥行業(yè)的過(guò)濾除菌和高純水的制備。

超濾(包括納濾)的分離目的是溶液脫大分子、大分子溶液脫小分子、大分子分級，截留粒徑為1．0—20 nm的粒子。超濾技術(shù)可用于回收電泳涂漆廢水中的涂料，現已廣泛用于世界各地的電泳涂漆自動(dòng)化流水線(xiàn)上。日本等國一些造紙廠(chǎng)的工業(yè)廢液也已采用超濾技術(shù)進(jìn)行處理。在采礦及冶金工業(yè)中，超濾技術(shù)的應用正日益受到重視，采用該技術(shù)處理酸性礦物排出液，其滲透液可環(huán)使用，濃縮液可回收有用物質(zhì)。同時(shí)，電子工業(yè)集成電路生產(chǎn)和醫藥工業(yè)用水過(guò)程也已開(kāi)始廣泛應用超濾技術(shù)。納濾是在反滲透基礎上發(fā)展起來(lái)的新型分離技術(shù)，在廢水處理方面，用納濾膜對木材制漿堿萃取階段所形成的廢液進(jìn)行脫色，脫色率可達98%以上。還可用納濾膜從酸性溶液中分離金屬硫酸鹽和硝酸鹽，其中對硫酸鎳的截留率可達95%。

反滲透分離的目的是溶劑脫溶質(zhì)、含小分子溶質(zhì)溶液的濃縮，截留粒徑為0．1—1 nm的小分子溶質(zhì)。反滲透技術(shù)已成為海水和苦咸水淡化、純水和超純水制備及物料預濃縮的最經(jīng)濟手段，而且隨著(zhù)性能優(yōu)良的反滲透膜及膜組件的工業(yè)化，反滲透技術(shù)的應用范圍已從最初的脫鹽放到電子、化工、醫藥、食品、飲料、冶金和環(huán)保等領(lǐng)域�，F正在開(kāi)發(fā)反滲透技術(shù)在化工和石油化工中的應用，如：工藝用水的生產(chǎn)和再利用；廢液處理；水、有機液體的分離；電鍍漂洗水再利用和金屬回收等。食品工業(yè)正用反滲透技術(shù)開(kāi)發(fā)奶品加工、糖液濃縮、果汁和乳品加工、廢水處理、低度酒和啤酒的生產(chǎn)。

電滲析技術(shù)目前已發(fā)展成為一個(gè)大規模的化工單元過(guò)程，廣泛用于苦咸水脫鹽，是電滲析技術(shù)應用最早且至今仍最大的應用領(lǐng)域，前景極好。鍋爐及工業(yè)過(guò)程用初級純水的制備是電滲析技術(shù)應用的第二大領(lǐng)域。近年來(lái)，我國廢水、污水排放量以每年1．8×10。kt的速度增長(cháng)，全國工業(yè)廢水和生活污水每天的排放量近1．64×10 kt，其中約80%未經(jīng)處理而直接排人水域。因而，我國環(huán)保水處理方面對膜應用的需求量將很大，這一領(lǐng)域將成為水處理工業(yè)增長(cháng)潛力最大的領(lǐng)域。

3 結束語(yǔ)

目前工業(yè)企業(yè)廢水處理的項目資金和運行費用基本是企業(yè)自理，即環(huán)境成本內部化。也就是說(shuō)，項目的上馬和正常達標運行除受政府政策及管理制約外，更受到投資額及運行成本的制約。雖然目前我國工業(yè)企業(yè)仍存在資金不足、污水處理工藝和設備水平較低的種種困難，但總體上工業(yè)廢水的處理和利用仍取得了較大的發(fā)展，形成了一定的工業(yè)規模。但要維持工業(yè)廢水處理行業(yè)的生命力和保證持續發(fā)展，開(kāi)發(fā)質(zhì)量?jì)?yōu)異、投資低廉、節約能源的處理工藝和設備是根本，也是工業(yè)廢水處理和水資源充分利用先進(jìn)性的體現，更是工業(yè)企業(yè)實(shí)現持續健康發(fā)展的基本保障。來(lái)源：谷騰水網(wǎng) 作者: 段曉鋒,杜培松