利用物化技術(shù)處理含酸廢水的技術(shù)探討

張紹坤

（北京機電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027）

1 緒論

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和工業(yè)化的加速，工業(yè)廢水的產(chǎn)生量越來越大，如不及時有效地處理，將會對環(huán)境造成重大污染。由于工業(yè)廢水的處理需要較高的成本，一些企業(yè)直接將工業(yè)廢水排入河流、湖泊等，給生態(tài)環(huán)境和人類生活帶來了很大的危害。因此，在擴大工業(yè)生產(chǎn)的同時應(yīng)加快工業(yè)廢水的處理步伐。

含酸廢水大多來源于制藥、印染、化工等工礦企業(yè)，在工業(yè)廢水中占有較大比重。含酸廢水一般具有pH值低、含鹽量較高、重金屬含量超標(biāo)、熱值低、腐蝕性強等特點，是污水處理行業(yè)公認的高難度處理廢水[1]。這些廢水對環(huán)境造成的危害主要有：

（1）需氧性危害

由于生物降解作用，含酸廢水會使受納水體缺氧，多數(shù)水生物將死亡，從而產(chǎn)生惡臭，惡化水質(zhì)和環(huán)境。

（2）感觀性污染

含酸廢水不但使水體失去使用價值，嚴重影響到水體周邊居民的正常生活。

（3）致毒性危害

含酸廢水中含有酸類物質(zhì)、重金屬等，會在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲存，最后進入人體，從而危害人體健康。

2 含酸廢水處理方法

常用的含酸廢水的處理方法主要有：生物處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和物化處理技術(shù)等。

2.1 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是目前廢水處理最常用的方法之一，具有應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強等特點[2]。生物處理法是利用微生物的代謝作用來分解、轉(zhuǎn)化水體中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)和其它各種超標(biāo)污染組分的生物技術(shù)，降解作用的場所主要是含微生物的活性污泥、生物膜及其相應(yīng)的反應(yīng)器，由此誕生了各類生物處理技術(shù)。微生物法不僅經(jīng)濟、安全，而且處理的污染物閾值低、殘留少、無二次污染，有較好的應(yīng)用前景。目前，生物處理廢水的主要方法有好氧生物、厭氧生物、生物膜法、酶生物處理技術(shù)以及發(fā)酵工程等。

2.2 化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)是應(yīng)用化學(xué)原理和化學(xué)反應(yīng)將廢水中的污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使廢水得到凈化的方法。化學(xué)氧化法分為兩大類，一類是在常溫常壓下利用強氧化劑將廢水中的有機物氧化成二氧化碳和水；另一類是在高溫高壓下分解廢水中有機物，包括超臨界水氧化和濕空氣氧化工藝，所用的氧化劑通常為氧氣或過氧化氫，一般采用催化劑降低反應(yīng)條件，加快反應(yīng)速率。化學(xué)氧化法反應(yīng)速度快、便于控制，但成本較高，通常難以將難降解的有機物一步氧化成無機物質(zhì)，而且目前對中間產(chǎn)物控制的研究較少。該技術(shù)也常常作為生化處理的預(yù)處理方法使用。其主要的方法有焚燒法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法等[3]。

2.3 物化處理技術(shù)

物化處理技術(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)，物化處理技術(shù)可以單獨用于廢水處理，還可作為生物處理工序的預(yù)處理或后處理工序。一般常用的物化處理技術(shù)有氧化還原法、吸附法、反滲透法、電絮凝法、氣浮法等。

（1）氧化還原法

該方法是指利用氧化還原反應(yīng)，將廢水中的有害成分氧化或還原成無害的物質(zhì)而加以除去。氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于各種物化處理過程中，是最基本的技術(shù)之一。

（2）吸附法

吸附法是指利用多孔性固體吸附廢水中某種或幾種污染物，回收或去除污染物，從而使廢水得到凈化的方法。常用的吸附劑有粉末活性炭、煤質(zhì)柱狀活性炭、人造浮石、腐殖酸（鈉）、高嶺土、漂白土、硅藻土、皂土等。

（3）反滲透法

該方法是利用半透膜將濃、稀液隔開，以壓力差作為推動力，施加超過溶液滲透壓的壓力，使其改變自然滲透方向，將濃液體中的水壓滲到稀溶液的一側(cè)[4]。可實現(xiàn)廢水濃縮和凈化目的。經(jīng)過反滲透法處理的廢水濃度發(fā)生了變化，但仍需要進一步處理。

（4）電絮凝法

該方法的反應(yīng)原理是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直流電的作用下，陽極被溶蝕，產(chǎn)生Al3+、Fe2+等離子，在經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物以至氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離，同時，帶電的污染物顆粒在電場中泳動，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)聚沉（如圖1所示）。

圖1 電絮凝反應(yīng)原理

廢水進行電解絮凝處理時，不僅對膠態(tài)雜質(zhì)及懸浮雜質(zhì)有凝聚沉淀作用，而且由于陽極的氧化作用和陰極的還原作用，能去除水中多種污染物。電絮凝技術(shù)被廣泛應(yīng)用于處理食品廢水、印染廢水、油田污水、旅館廢水、廚房廢水、垃圾滲濾液中的有機污染物以及廢水脫氟和含有毒重金屬廢水處理等[5]。

（5）氣浮法

氣浮法通常包括充氣氣浮、溶氣氣浮、化學(xué)氣浮和電解氣浮等多種形式。化學(xué)氣浮適用于懸浮物含量較高的廢水的預(yù)處理，具有投資少、能耗低、工藝簡單、維修方便等優(yōu)點，但不能有效地去除廢水中可溶性有機物，尚需用其他方法作進一步的處理。

3 物化技術(shù)處理廢水的工程應(yīng)用

3.1 工程簡介

某化工廠常年產(chǎn)生的含酸廢水性質(zhì)如下表所示。

某化工廠廢水特性表

該廠平均年廢水產(chǎn)生量總量為1400t，考慮一定的富余量，該項目設(shè)計廢水處理量為1800t/a。全年按運行300天計算，則廢水處理規(guī)模為6t/d。

該項目要求采用中和、氧化還原、沉淀、過濾等方法，對含酸廢水進行處理，以有效去除重金屬離子和有害有機物，并使處理后的廢水基本呈中性，排放水質(zhì)達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中第二類污染物最高允許排放濃度中的二級標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 物化處理技術(shù)工藝流程

根據(jù)廢水特性和處理要求，該項目的物化處理技術(shù)工藝流程如圖2所示。

圖2 物化處理工藝流程

該物化處理系統(tǒng)主要包括氧化還原反應(yīng)槽、中和反應(yīng)槽、板框壓濾機、電絮凝系統(tǒng)、氣浮反應(yīng)池以及輔助系統(tǒng)。含酸廢水通過耐腐蝕泵輸送到廢水池中，在池中進行初步沉淀。需要處理時，首先將含酸廢水用輸送泵輸送到氧化還原反應(yīng)槽，并通過pH計調(diào)節(jié)，向反應(yīng)槽中投加鹽酸藥劑，邊加邊攪拌，使混合廢水pH值保持在3～4。在此過程中，還要向氧化還原反應(yīng)槽中加入適當(dāng)?shù)乃巹┤芤海瑢⒍拘暂^大的重金屬離子氧化還原為無毒性或毒性較小的重金屬，該項目采用加入FeSO4溶液。根據(jù)溶液的氧化還原電位ORP值控制氧化還原終點，還原后的重金屬廢水和酸堿廢水一起進入中和反應(yīng)槽。在中和反應(yīng)槽中，加入中和藥劑，中和藥劑以鹽酸和Na2S為主，通過pH計確定中和藥劑的投加量，使中和反應(yīng)槽內(nèi)pH值在8～10。在中和反應(yīng)槽內(nèi)，為了更好地使混合液中的固液完全分離，在反應(yīng)過程中還要加入PAM絮凝劑，使污水中的重金屬離子沉降分離出來。中和反應(yīng)槽底部廢水通過水泵進入沉淀池沉淀，并通過板框壓濾機進行固液分離。由板框壓濾機擠壓產(chǎn)生的濾渣裝桶后，送到穩(wěn)定化/固化車間處理后填埋。沉淀池中的上清液和板框壓濾機擠壓產(chǎn)生的濾液進入后續(xù)處理系統(tǒng)。

由于沉淀池的上清液和板框壓濾機擠壓產(chǎn)生的濾液中含有高濃度的無機酸根離子，而后續(xù)的污水處理站主體工藝通常是生化處理，若某些濃度較高的酸根離子進入水體，含對污水處理站的生化系統(tǒng)有毒性或抑制作用，影響后續(xù)工藝的正常運行，故該項目對其進行預(yù)處理，利用電絮凝系統(tǒng)和氣浮沉淀池使廢水中相應(yīng)的酸根離子降到一定濃度，以免影響后續(xù)的污水處理站工藝系統(tǒng)，利于其后續(xù)的污水處理正常運行。氣浮沉淀池中產(chǎn)生的沉淀物送往板框壓濾機進行壓縮，其上清液通過水泵輸送到污水處理廠。

4 物化技術(shù)處理廢水的優(yōu)缺點

通過物化技術(shù)在處理含酸廢水中的應(yīng)用，可以看出其具有如下優(yōu)點：

（1）重金屬去除效率高。通過對經(jīng)過物化技術(shù)處理過的廢水的檢測，發(fā)現(xiàn)重金屬的去除率可高達99%，因此處理后的廢水可以進入普通污水處理廠。

（2）物化處理技術(shù)可以處理成分復(fù)雜的含酸廢水。很多含酸廢水成分復(fù)雜，含有重金屬離子、酸根離子、有害有機物等，是世界上公認的難處理廢水，通過物化處理技術(shù)可以將其中的有害成分充分去除。

（3）物化處理技術(shù)工藝流程簡單，自動化程度高。

但是，通過分析項目的實際運行情況，發(fā)現(xiàn)目前物化處理技術(shù)還存在一些不足，需要進一步加以改進，具體如下：

（1）處理成本較高

物化處理技術(shù)在處理含酸廢水的過程中，需要向其中添加各種化學(xué)藥劑，廢水成分越復(fù)雜，需添加的藥劑越多，導(dǎo)致了廢水處理成本較大。

（2）物化處理技術(shù)工藝控制點較難把握

對于不同的廢水，由于其中的成分不同，所用的物化處理工藝的控制點也有所不同。因此，在處理廢水前多需要通過實驗，以確定物化處理工藝的控制點，具體包括溫度、pH值、反應(yīng)時間、藥劑添加量等，然后再將實驗結(jié)果應(yīng)用在工程中。

（3）物化處理后的廢水還需要進一步處理

物化處理技術(shù)通常是作為污水處理廠的預(yù)處理工藝，故通過物化技術(shù)處理后的廢水需要進一步通過常規(guī)污水處理技術(shù)進一步處理。

5 結(jié)論

物化處理技術(shù)作為一種復(fù)雜廢水處理工藝，在國內(nèi)工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。物化處理技術(shù)具有處理廢水成分復(fù)雜、重金屬去除率高、工藝流程簡單、自動化程度高等優(yōu)點，通常作為復(fù)雜廢水處理的預(yù)處理工藝。但是，物化處理工藝還存在一些不足，如處理費用高、工藝控制點難把握等，需要進一步加以克服。隨著物化處理技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)和新材料將在物化處理廢水工程中應(yīng)用，使物化處理技術(shù)更加完善，處理成本更低，促進物化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用更加廣泛。

[1]劉梅華.高含鹽量濃廢水處理的探討[J].化工安全與環(huán)境，2007，886（24）：22-23.

[2]唐受印，戴友芝.水處理工程師手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2000，4：364-380.

[3]王芳，王增長，侯安清.高濃度有機廢水處理技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟.2005，15（23）.

[4]王曉琳，丁寧.反滲透與納濾技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2005：26-27.

[5]馮俊生，許錫煒，汪一豐.電絮凝技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2008，31（8）：87-89.