工业废水处理新技术研究综述 5页

工业废水处理新技术研究综述工业废水处理新技术研究综述[摘要]随着我国工业的发展，工业用水量与日俱增，每年工业废水的排放量也在不断增加。这些废水如果直接排放或处理不当，将影响水体的自净，导致水质恶化。人们也日益意识到环境污染带来的危害，现在污水必须通过处理才能排放已成为人们的共识。因此研究开发高效、经济的工业废水处理新技术成为全世界环保工作者关心的热点。本文针对一些先进的工业废水处理技术作了综述，并对其未来的发展趋势进行了展望。文章概括了应用于工业废水处理的化学法、物理化学法和生物法的一般原理和最新进展，但由于废水的组成复杂，往往需要由几种方法组成一个处理系统，才能完成废水处理的任务。因此不能认为某种方法是最好的，最先进的。目前，研究开发高效经济的应用于工业废水处理的新技术已成为环保工作者的热点。[关键词]工业废水处理；新技术；化学处理法；物理化学处理法；生物处理法一引言随着工农业生产的快速发展，城镇数量的增加以及规模的扩大，人类生产、生活对水的需求日益增加，同时，由于排水中含有某些有害物质进入水体，引起天然水体发生物理和化学上的变化，使水质变坏。水的污染有两类：一类是自然污染另一类是人为污染。而后者是主要的，人为污染是人类的生活和生产活动中产生的污水对水的污染，主要包括生活污水、工业废水和农田排水等，其中，工业废水带来的污染最严重。本文介绍了化学、物化以及生物方面处理工业废水的新技术。二工业废水处理的新技术(一)工业废水处理的目的及分类工业废水处理的目的是将废水中所含的污染物分离出来，或将其转化为无害和稳定的物质或可分离的物质，从而使废水得到净化。工业废水处理按不同方法可划分为不同种类，按实施的作用不同，可分为两大类：一类是通过各种外力的作用把有害物从废水中分离出来，称为分离法；另一类是通过化学或生物作用使有害物转化为无害或可分离的物质(再经过分离予以除去)，称为转化法。按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。一级处理主要是通过筛滤、沉淀等物理方法对废水进行预处理，目的是除去废水中的悬浮固体和漂浮物；二级处理主要是采用各种生物处理方法除去废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物；三级处理是在一级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步处理。(二)工业废水处理新技术1高级氧化技术第5页共5页n工业废水处理新技术研究综述高级氧化技术降解工业废水的原理主要是利用各种活性自由基进攻有机大分子并与之反应，从而破坏有机物分子结构达到氧化去除有机物的目的。目前的研究主要集中在湿式氧化(亚临界和超临界)、催化氧化(均相和非均相)、光化学氧化和光电催化氧化等方面，并已经取得了一些研究成果。如大阪日本触媒公司新近推出一种催化湿式氧化法处理工业废水，其成本与活性污泥或煅烧方法处理的成本相比可减少30％-50％。据称，用此法每天可处理10t或更多的含有各种有害成分(如甲醛、乙醛、苯酚、甲基丙烯酸甲酯、丙酮、四氢呋喃(THF)、乙二醇、硫化物、氨、异氰酸酯和丙烯等)的废水，其COD、含氮化合物及含硫化合物等的去除率可以达到95％以上，但这种方法不能直接应用于含有大量不溶于水的固体、油类和黄磷等的废水。总体来说，这些高级氧化技术均不同程度地存在着诸如反应条件苛刻、选择性差或成本高等不足，从而限制了这些方法在废水实际处理中的应用。能否克服单一高级氧化技术存在的不足，将多种高级氧化技术联合应用，在联用这些技术时产生协同效应，目前还处于探索研究阶段。据已有的文献报道表明，液相高压脉冲放电处理技术集合了高能电子辐射、湿式氧化、化学氧化、光催化氧化等多种高级氧化技术特点于一体，系统不需外加氧化剂，而是利用放电电火花产生的臭氧、双氧水和紫外光作为氧化剂(UV/O3/H2O2光化学氧化)，同时反应体系也无需辅以高温、高压和外加光源辐射等技术手段，是一种全新概念的难降解有毒害工业废水化工处理新技术。液相脉冲放电技术是利用高压脉冲放电过程中所发生的高温热解、光化学氧化、液电空化降解、超临界水氧化以及高能电子辐射等综合效应产生各种对污染物具有强氧化作用的活性自由基及低温非平衡等离子体，迅速而无选择性地将工业废水中的有机污染物降解为相对分子质量更小、毒性更低的有机物甚至将其无机化。1.1光化学氧化法利用光激发氧化将O3、H2O2、O2等氧化剂与光辐射相结合，所用光主要为紫外光，包括UV-O3、UV-H2O2、UV-H2O2-O3等工艺，可以用于处理污水中CHCl3、CCl4、六联苯、多氯联苯等难降解的物质。研究表明，在有紫外光的Fenton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H2O2分解产生·OH自由基的速率大大加快，促进了有机物的氧化。1.2催化湿式氧化法固体催化剂在高温高压下，废水不经稀释一次处理，即可将废水中高浓度的COD、TOC、氨及氰等污染物经催化氧化转变成CO2、N2和H2O等无害成分，从而达到净化处理的目的。废水经净化后可达到饮用水的标准，而且不产生污泥，还可同时脱色、除臭及杀菌消毒。用这种方法处理也可以处理城市污水厂的污泥，大大提高上清液的生化性能和污泥的沉降性能。1.3超临界水氧化法80年代中期才出现的超临界水氧化技术备受人们的关注，它是利用超临界水作为水质通过氧化剂O2、O3、O2+H2O2或O3+H2O2来氧化分解有机物的新型技术，该技术可以在较短的时间内将大部分有机物彻底分解成CO2和H2O等简单无机物。1.4臭氧法臭氧的氧化能力很强，能氧化大部分无机物和很多有机物(如合成洗涤剂等），臭氧能与其他方法联用如臭氧活性炭法、O3-H2O2混合氧化等。臭氧处理后的废水能够进行生物处理，这是目前国际上很重视的，且很有前途的方法。这些氧化法虽然能有效地处理各种高浓度的废水，但是处理费用相对来说是比较昂贵的，对于流量大的废水来说不是很经济。随着各种新型材料及其他技术的进步，这一方法将会得到广泛的应用。2生物处理技术难降解有毒害工业废水经高级氧化技术处理后具有废水毒性低、可生化性好等特点，一般采用厌氧一好氧生物处理技术做进一步生化处理后才能达到排放标准。生化处理法降解有机废水是利用微生物的代谢作用将有机物质转化为CO2、N2、H2第5页共5页n工业废水处理新技术研究综述O等无毒害小分子物质排放。由于所使用的微生物菌株对有毒污染物的抗性局限在一定限度之内，从而限制了这一技术的进一步发展。目前对该技术的研究主要集中在诸如菌种的筛选、驯化、纯化等传统的微生物工程技术和一些常规的处理效率低的生物反应装置来进行可生化有机废水的处理，但对生化法中如何进一步采用现代生物技术来增强微生物菌种的生物活性及处理能力，如何进一步减少生物反应器体积以及如何进一步改进与增强生物反应器的处理能力与效率等问题均缺少必要的深入研究。从目前国际上的发展趋势来看，将细胞与分子生物学原理与方法、基因工程技术、光生物技术等现代生物技术手段应用于微生物菌种的基因重组与改造，提高降解微生物的代谢能力，并结合化工行业中的新型高效、低耗的多相流生物反应器技术，已经成为环保行业技术改造与革新的一个主要发展方。利用微生物能够降解代谢有机物的作用来处理污水中呈溶解或胶体状的有机物，下面介绍目前应用广泛的几种工艺。2.1A-B活性污泥工艺法A-B活性污泥工艺法是两段活性污泥法的发展，特点是各阶段有不同的微生物种群，有各自的沉淀池和污泥回流系统，它运行负荷高，对进水负荷的变化有较强的适应能力，缺点是剩余污泥多。2.2A-A-O活性污泥工艺法A-A-O活性污泥工艺法不但能降低污水中的COD、BOD，还能有效地去除污水中的总氮和总磷。缺点是工艺流程复杂，投资和运行费用都高于传统方法的20%~30%。近几年来，陆续被用于城市污水处理，据昆明第二污水厂的数据表明，此工艺BOD5、SS的去除率在90%以上，TN、TP也都在80%以上。2.3氧化沟工艺法氧化沟工艺法可在较低负荷和较长污泥龄条件下运行，得到优质的出水，具有生物脱氮的功能，并且污泥产量低，运行稳定，特别适用于有较多土地和污水量不太大的条件下使用。2.4SBR法SBR在世界各国受到了普遍重视，到了80年代，随着各种新型不堵塞曝气器、新型浮动式出水堰(滗水器)和监测控制的硬件和软件技术的出现和发展、特别是在计算机和生物量化技术的支持下，显示了强大的优势，陆续出现了新的工艺如DAT-IAT、厌氧SBR、多级SBR、膜法SBR等。2.5好氧生物流化床微生物生长在载体的表面，载体则在反应器中流动，是悬浮生长型和附着生长型的复合。它可以保持高浓度的微生物量，传质效率高，体积负荷可比传统活性污泥法高6~10倍。载体的均匀流化和载体的脱膜、防粘结一直是技术上的难题。膜的厚度也是一个研究热点，有研究表明以膜厚90~110μm为宜，相应容积负荷<30kgBOD5/(m3/d-1)，污染物处理效果最佳。2.6升流式厌氧污泥床反应器(UASB)UASB是应用广泛的污水厌氧生物处理反应器，可以形成颗粒物状的污泥，生物固体的浓度和生物活性都很高，用于高浓度有机废水和城市生活污水的处理，能达到很高的负荷和处理效率。3物理化学法物理化学法不仅有化学反应存在，还包括一些物理过程，在此仅介绍以下几种：3.1吸附法吸附法处理废水，就是利用多孔性吸附剂吸附废水中一种或几种溶质，使废水得到净化常用吸附剂有活性炭、磺化煤、矿渣、硅藻土等。废水进行吸附前，必须经过预处理，除去水中悬浮物及油类物质等，以免阻塞吸附剂孔隙。这种方法处理成本较高，吸附剂再生困难，不利于处理高浓度的废水，一般作为废水处理后的一个深度处理过程。吸附法可以与其他方法联用，如臭氧-生物活性炭工艺就是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四种技术合为一体的工艺。活性炭还可以作为流化床的载体，活性炭表面的吸附作用能将包括底物、营养物和氧气在内的物质浓集在载体表面，这种浓集效应将会加速微生物的繁殖，并在载体表面进行生物降解。丛锦华利用Fenton试剂和冶金高炉瓦斯灰的氧化、混凝、吸附等作用对环氧乙烷生产过程中产生的皂化废水进行处理，色度去除达100%，COD可去除70%。第5页共5页n工业废水处理新技术研究综述3.2电解法用电解法处理废水，就是利用阳极的氧化和阴极的还原作用，使有害物质通过氧化还原反应改变化学状态，变为无害或低害物质。其实这种方法也是氧化还原的一种。电解法在直接氧化电镀工业废水中的CN-还原脱氯、重金属回收等方面，具有无需添加氧化剂、絮凝剂等化学药品的优点，而且设备体积小，占地面积少，操作简便灵活，但是此法一直存在着能耗高、成本高及析氧和析氢等副反应的缺点。3.3膜分离法膜分离法是利用一种特殊的半渗透膜分离水中离子和分子的技术，它主要包括反渗透(RO）、纳滤(NF）、超滤(UF）、微滤(MF）等。大多数膜分离过程中物质不发生相变化，分离系数大，操作温度在室温左右，所有膜分离过程具有节能、高效的优点。它是一种发展较快的高新污水处理技术。其中纳滤也称纳米过滤，是界于UF和RO之间的一种以压力为驱动力的新型膜分离技术，截断相对分子质量300~3000，具有良好的耐热性、适应pH范围广、耐有机溶剂的稳定性，最适合于有机污水的处理。3.4磁分离法利用高的磁场梯度来分离水中一些污染物质的方法，其原理是利用高梯度磁分离装置，不仅能轻易地分离铁磁性和顺磁性的物质，而且在投加磁种和混凝剂使磁种和污染物形成磁性的混凝体后，还能有效地分离反磁性的物质。在水处理工艺中，水流阻力影响较大，但在高梯度的磁分离装置中，颗粒物受到的阻力远小于磁力，因此颗粒在比一般沉淀法和过滤法高数十倍乃至上百倍的流速还能有效的分离出来。此法最先应用于处理钢铁废水，悬浮物去除率为80%~90%，比一般工艺的过滤速率高20~30倍。还可以用于处理糖蜜酒精废水等。4高级氧化一生化耦合技术近年来，高级氧化、生化处理工业有机废水技术得到了不同程度的发展，但采用现有单一的高级氧化或生化处理技术很难将难降解工业有机废水处理达标，因此，采用高级氧化一生化耦合技术处理难降解工业有机废水已经成为工业废水处理技术发展的新趋势。目前，国内外研究人员已经开始在印染、制药等工业领域尝试利用这一技术手段进行工业废水的处理研究。就目前的研究进展来看，一般都是将高级氧化处理作为工业有机废水的预处理技术使用，将工业有机废水中有机污染物的浓度降至较低范围，同时增加工业有机废水的可生化性(考察BOD5／CODCr)，而后再根据高级氧化法处理结果，辅之以适当的生化处理方法，如生物流化床、多相流生物反应器等技术将工业废水处理至接近或达到排放标准。由于这一技术手段研究和应用时间很短，因此到目前为止，有关这方面的研究仅局限于物化处理技术及生化处理技术各自的最佳工艺条件研究，实质上只是简单机械地将两种处理技术串联起来使用，而对于高级氧化一生化反应耦合化工过程的研究一直作为“黑箱”处理，主要靠经验或半理论半经验来宏观设计、优化与集成。对高级氧化处理产生的组分及结构对后续生化处理过程与效果的耦合与优化匹配技术，以及对多种污染物在高级氧化一生化处理过程中的交互作用、转化途径及其模型框架与处理效率间的定量关系的研究，在国内外未见文献报道。三结语与展望污水处理技术已经过了100多年的发展，污水中的污染物种类、污水量是随着社会经济发展、生活水平的提高而不断增加。污水处理技术也随着科学技术水平的发展而发生了日新月异的变化，同时，旧的污水处理技术也不断被革新和发展着，每种方法和工艺都有其优缺点和适用条件，如果片面地认为某一种方法是最好的，最先进的，可无条件地适用各种情况第5页共5页n工业废水处理新技术研究综述那将是绝大的错误。一般说来，废水中所含的污染物质是多种多样的，因此不能期望只用一种处理方法就能把所有的污染物质去除殆尽，往往需要由几种方法组成一个处理系统才能完成所要求的处理功能。在废水处理中，还有一很重要的原则是节能，如果某一处理过程处理效果很好，但是能耗很高，这就只是把污染形式作了一下转移而已。因此，研究开发高效、经济的污水处理新技术成为环保工作者关心的热点。参考文献[1]张晓娟，王梅张鑫.工业废水的处理新技术与新设备.环境污染防治技术研究与开发.100～103.[2]张勇，万金泉.工业废水污染控制方法的新进展.工业水处理，2001,21（1）：30～35.[3]马前，张小龙.国内外重金属废水处理新技术的研究进展.环境工程学报，1（7）：1～2.[4]王利勇，叶晔捷，徐源，陈英文，沈树宝.同步废水处理及产氢的微生物电解池研究进展.现代化工，29（8）：70～80.[5]谭英，吴耀国，胡思海，冯文璐.高浓度含氰废水处理研究的新进展.PlatingandFinishing.2007.[6]段晓锋，杜培松．应用先进的废水处理技术实现水资源的合理利用．川化，2007(2)：1．[7]徐向荣等.Fenton试剂与染料溶液的反应[J].环境科学，199920(3)：72～74.[8]姜岩，闻建平，胡宗定．工业废水处理新技术与新方法的研究进展[J]．化工进展，2004，23(3)：256～258．[9]宋天顺，徐源，叶哗捷等．用于废水处理及产能的微乍物燃料电池研究进展．现代化工，2008，28(4)：23～27．ReviewofindustrialwastewatertreatmentnewtechnologyAbstractwiththedevelopmentofourcountryindustry,industrialwater,industrialwastewateremissionsisalsoincreasingeveryyear.Ifdirectemissionsorimproperhandling,thewastewaterwillaffecttheself-purificationofwaterbodies,causingwaterqualitydeterioration.Peopleareincreasinglyawareofthedangersofenvironmentalpollution,sewagemustbeemissionsthroughprocessinghasnowbecometheconsensusofpeople.Sothedevelopmentofhighefficient,economic,industrialwastewatertreatmentisbecomingahotspotofenvironmentalprotectionworkersallovertheworldcareaboutnewtechnology.Thispapersummarizedtheadvancedindustrialwastewatertreatmenttechnology,andforitsfuturedevelopmenttrendisprospected.Articlesummarizestheapplicationinindustrialwastewatertreatmentchemicalmethod,physicalandchemicalmethodandbiologicalmethod,thegeneralprincipleandthelatestprogress,butduetothecomplexityofthecompositionofwastewater,oftenneedaprocessingsystemcomposedbyseveralmethods,tocompletethetaskofwastewatertreatment.Soyoucannotthinksomewayisthebest,themostadvanced.Atpresent,theresearchanddevelopmentnewefficienteconomicappliedtoindustrialwastewatertreatmenttechnologyhasbecomeahotspotofenvironmentalworkers.Keywordsindustrialwastewatertreatment；thenewtechnology；chemicalprocessingmethod；physicalandchemicaltreatmentmethod；biologicaltreatment第5页共5页