高濃度有機廢水處理技術(shù)

王志堅 何志茹

一、引言

目前,工業(yè)廢水和城市生活廢水是我國水環(huán)境污染的污染源之一,尤其是隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大及工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展,含有高濃度有機廢水的污染源日益增多。但由于高濃度有機廢水的性質(zhì)和來源不一樣,其治理技術(shù)也不一樣。通常根據(jù)高濃度有機廢水的性質(zhì)和來源可以分為三大類:第一類為不含有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機廢水,如食品工業(yè)廢水;第二類為含有有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機廢水,如部分化學工業(yè)和制藥業(yè)廢水;第三類為含有有害物質(zhì)且不易于生物降解的高濃度有機廢水,如有機化學合成工業(yè)和農(nóng)藥廢水。本文針對上述三大類高濃度有機廢水的典型治理技術(shù)進行評述,有助于高濃度有機廢水治理技術(shù)的選擇。

廢水處理過程的各個組成部分可以分類為生物處理法、化學處理法、物理化學處理法、物理處理法等四種。對于高濃度有機廢水的治理方法,往往是上述兩種或三種方法進行綜合處理。以下就高濃度有機廢水的各種處理技術(shù)作以簡要評述。

二、高濃度有機廢水的生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是一般有機廢水處理系統(tǒng)中最重要的過程之一,是利用微生物,主要是細菌的代謝作用,氧化、分解、吸附廢水中可溶性的有機物及部分不溶性有機物,并使其轉(zhuǎn)化為無害的穩(wěn)定物質(zhì)從而使水得到凈化的技術(shù)。以下就固定化微生物技術(shù)及厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用作以簡介。

固定化微生物技術(shù)是利用優(yōu)勢菌種對特定底物的高濃度有機物廢水,特別是制藥行業(yè)難降解有機物廢水等進行處理技術(shù)。其機理是將微生物固定在載體上培養(yǎng)特異菌種,使其高度密集并保持其生物功能,用于高濃度的有機廢水的定向處理。其中,適合于處理高濃度有機廢水的優(yōu)勢菌種固化劑應(yīng)具備以下特征:①對微生物的固定具有良好的耐久性;②具有良好的滲透性,且不被高濃度有機物或溶解氧溶解;③具有一定的強度。固定化微生物技術(shù)在原有的生物膜法的基礎(chǔ)上引進了細胞固定化技術(shù),進一步提高了生物處理構(gòu)筑物中高效生物量的濃度,可以大大提高反應(yīng)速率和處理效能,降低基建投資費用,該技術(shù)已引起學術(shù)界的關(guān)注。

厭氧消化技術(shù)是指有機物在厭氧條件下消化降解。與傳統(tǒng)的好氧處理技術(shù)相比,后者因有機物濃度過高而導致水中缺氧過程難于進行,同時好氧處理也無能量回收,但厭氧消化處理技術(shù)有以下優(yōu)點:①不需曝氣所需能量;②甲烷是一種產(chǎn)物,一種有用的終產(chǎn)物;③剩余污泥產(chǎn)生量少;④產(chǎn)生的生物污泥易于脫水;⑤活性厭氧污泥能保存幾個月;⑥能在較高的負荷下運行。該技術(shù)可處理在造紙、皮革及食品等行業(yè)排出的含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等高濃度有機廢水,已取得較好的效果。

三、高濃度有機廢水的化學處理技術(shù)

化學處理技術(shù)是應(yīng)用化學原理和化學作用將廢水中的污染物成分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì),使廢水得到凈化的方法,其單元操作過程有中和、沉淀、氧化和還原等。以下就焚燒法處理高濃度有機廢水作以簡介。

焚燒法是將含有高濃度有機物的廢水在高溫下進行氧化分解的技術(shù),其中的有機物生成水、二氧化碳、碳酸鹽等直接排放或作為副產(chǎn)品,COD的去除率可達99.99%。高濃度有機物的廢水焚燒裝置主要有三種,回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、液體噴射爐和流化床焚燒爐。前兩者通常以油和燃氣為輔助燃料,運行費用高,且局部溫度較高,可達1400℃～1650℃,易產(chǎn)生較多的NOx,造成環(huán)境污染。流化床焚燒爐采用低溫燃燒技術(shù),溫度可控制在800℃～900℃,NOx排出較少,且燃燒效率高,目前在國外有廣泛的應(yīng)用,國內(nèi)屬起步階段。流化床焚燒爐技術(shù)可處理較多化工廢水,如處理尼龍生產(chǎn)過程中的含鹽廢水,在能源利用、尾氣中的NOx濃度控制、副產(chǎn)物利用等方面均能取得較好的效果。另外催化濕式氧化法處理高濃度有機廢水是近年來開發(fā)的新技術(shù),廢水經(jīng)過凈化后可達到飲用水標準,而且不產(chǎn)生污泥,還可同時脫色、除臭及殺菌消毒。這一技術(shù)在20世紀90年代達到工業(yè)化水平。

四、高濃度有機廢水的物理化學處理技術(shù)

物理化學處理技術(shù)是指廢水中的污染物在處理過程中通過相轉(zhuǎn)移的變化而達到去除目的的處理技術(shù),常用的單元操作有萃取、吸附、膜技術(shù)、離子交換等。以下就萃取法處理高濃度有機廢水作以簡介。

萃取是利用污染物質(zhì)在水中或與水不互溶的溶劑中有不同的溶解度進行分離,通常稱為物理萃取;但若溶劑和廢水中的某些組分形成絡(luò)合物而進行分離,常稱為化學萃取或絡(luò)合萃取。萃取法處理高濃度有機廢水,不僅具有設(shè)備投資少、操作簡便等優(yōu)點,而且主要污染物能有效回收利用,絡(luò)合萃取對于極性有機物的分離具有高效性和選擇性。絡(luò)合萃取主要是基于可逆絡(luò)合反應(yīng)的極性有機物萃取分離方法,其關(guān)鍵是選擇具有相應(yīng)功能團的絡(luò)合劑、選定合適的稀釋劑及選擇既經(jīng)濟又高效的萃取溶劑再生的方法。如采用類似于醋酸丁酯、苯等的新型絡(luò)合劑QH處理高濃度含酚廢水,酚含量達到國家排放標準,且絡(luò)合劑性能優(yōu)良,便于循環(huán)使用。

五、高濃度有機廢水的物理處理技術(shù)

物理處理技術(shù)是指應(yīng)用物理作用改變廢水成分的處理方法,如沉降、過濾、均化、氣浮等單元操作,已成為廢水處理流程的基礎(chǔ),目前已較為成熟。

總之,隨著高濃度有機廢水的處理技術(shù)的開發(fā),高濃度有機廢水污染的控制將會取得較好的效果。目前正在研究的綠色化學與技術(shù),所研究的中心問題是使化學反應(yīng)、工藝及其產(chǎn)物具有以下四個方面的特點:①采用無毒、無害的原料;②在無毒、無害的反應(yīng)條件(溶劑、催化劑等)下進行;③使化學反應(yīng)具有極高的選擇性,極少的副產(chǎn)物,甚至達到原子經(jīng)濟的程度,即在獲取新物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程中充分利用每個原料原子,實現(xiàn)零排放,但同時采用的高選擇性反應(yīng)也要求具有一定的轉(zhuǎn)化率,達到技術(shù)上經(jīng)濟合理;④產(chǎn)品應(yīng)是對環(huán)境無害的,將對工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

六、結(jié)語

生物處理技術(shù)是高濃度有機廢水處理系統(tǒng)中最重要的過程之一,但高濃度有機廢水的治理方法,往往是兩種或三種方法同時進行處理。綠色化學和技術(shù)引起的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的革命正在興起,從源頭上減少或消除污染,并將帶來越來越大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益?！?/p>

(編輯/丹桔)