水基清洗劑廢水的處理技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

季瑞武 周利 朱佳 冉治霖

摘 要：介紹了水基清洗劑（WBD）的主要成分、特點(diǎn)及其危害，對(duì)國(guó)內(nèi)外已經(jīng)應(yīng)用或處于研究階段的物理分離法、催化氧化法和生物處理法等處理WBD廢水的方法進(jìn)行了綜述，并分析和評(píng)價(jià)了各類方法的應(yīng)用現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)。提出了水質(zhì)透析器處理WBD廢水的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：廢水；水基清洗劑；處理技術(shù)

引言

水基清洗劑（WBD）是ODS類清洗劑的替代品，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、紡織等各行業(yè)[1]。但WBD廢水是一種較難處理的有機(jī)工業(yè)廢水，若不經(jīng)處理，直接排放，將會(huì)對(duì)日益惡化的生態(tài)環(huán)境造成更加嚴(yán)重的危害。

目前國(guó)內(nèi)外處理WBD廢水的方法主要有物理分離法、催化氧化法和生物處理法。文章對(duì)我國(guó)WBD廢水的處理技術(shù)現(xiàn)狀作了簡(jiǎn)要總結(jié)，并提出了全基質(zhì)生活污水共代謝降解的新思路。

1 WBD廢水的主要成分、特點(diǎn)及其危害

1.1 主要成分

WBD廢水的主要污染物為陰離子表面活性劑，以直鏈烷基苯磺酸鈉（簡(jiǎn)稱LAS）為主[2]。陰離子表面活性劑是具有陰離子親水性基團(tuán)的表面活性劑，它能夠減小表面張力，分散、起泡、潤(rùn)滑、洗滌和乳化的作用十分明顯。

1.2 主要特點(diǎn)[3]

WBD廢水的成分十分復(fù)雜，LAS和其乳化作用產(chǎn)生的膠體性污染物是WBD廢水的主要成分，此外，廢水中還含有漂白劑和油類等物質(zhì)；WBD廢水的 pH值約為8～11，呈堿性；由于使用功能不同，LAS的含量差異很大，含量有高達(dá)上千毫克/升，也有十幾毫克/升的WBD廢水；廢水中的LAS易起泡。

1.3 危害

當(dāng)土壤中吸附了大量表面活性劑，土壤的物理化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著改變，當(dāng)LAS濃度高于50mg/L時(shí)，還會(huì)降低土壤中鎘的可移動(dòng)性和生物有效性；LAS的濃度超過(guò)1mg/L時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，阻礙空氣與水體的氣體交換過(guò)程，致使水體自凈能力下降，環(huán)境中微生物受到抑制，從而影響其他有毒物質(zhì)的降解；WBD廢水中的LAS毒性很大，會(huì)對(duì)水生植物、動(dòng)物和造成重大危害[4]。

2 WBD廢水處理技術(shù)

處理WBD廢水，既要求去除LAS，同時(shí)需要降低化學(xué)需氧量和生物需氧量等[5]。目前，對(duì)于WBD廢水的處理，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)使用或處于研究階段的方法主要有物理分離、催化氧化和生物處理。

2.1 物理分離法

（1）泡沫分離法

泡沫分離也稱為泡沫分餾，是指向廢水中曝氣而產(chǎn)生大量氣泡，使表面活性劑能夠吸附于氣泡表面，借助浮力上升與溶液主體上方形成泡沫層，通過(guò)去除泡沫層從而達(dá)到分離LAS的目的。泡沫分離法應(yīng)用較早，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，能夠低能耗的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)低濃度的WBD廢水有較好的處理效果，但COD去除率低。李青娟等[6]通過(guò)泡沫分離塔對(duì)表面活性劑進(jìn)行分離，結(jié)果表明，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，富集比最高可達(dá)到12.36，回收率最高可達(dá)到84.07%。

泡沫分離法的缺點(diǎn)是處理高濃度廢水效果差，而且凝聚脫水的泡沫液所產(chǎn)生的殘?jiān)菀讓?duì)環(huán)境造成二次污染，給環(huán)境帶來(lái)負(fù)擔(dān)。

（2）吸附分離法

吸附分離法是利用活性炭、硅藻土等多孔性固體吸附劑將目標(biāo)污染物分離。活性炭是一種高效吸附劑，對(duì)WBD廢水有很好的處理效果，常溫下對(duì)表面活性劑的吸附容量可達(dá)55.8mg/g[7]。馬曉春[8]利用粉煤灰作為吸附劑，研究了表面活性劑濃度為20-120mg/L的模擬廢水中LAS去除的一般規(guī)律；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以CaO為改性劑的粉煤灰對(duì)LAS廢水有較高去除率，處理200ml濃度為20～120mg/L的LAS廢水需要改性粉煤灰20-25g，LAS的去除率可高達(dá)98%以上。

吸附分離法能夠快速、穩(wěn)定的處理廢水，設(shè)備占地少，但處理費(fèi)用比較高，吸附劑再生技術(shù)要求高，再生后吸附性能降低，對(duì)高污染負(fù)荷的廢水處理效果差

（3）混凝沉淀法

混凝沉淀法是利用混凝劑使膠體失去穩(wěn)定性，脫穩(wěn)膠體粒子和懸浮物凝聚，然后分離去除的方法[9]。混凝劑分為無(wú)機(jī)混凝劑和有機(jī)混凝劑，在水處理中應(yīng)用最多的是無(wú)機(jī)混凝劑，主要包括鐵鹽和鋁鹽及其聚合物；有機(jī)混凝劑應(yīng)用較少，主要是一些高分子物質(zhì)，如聚丙烯酰胺等。目前有關(guān)LAS的混凝機(jī)理還不明確，研究的重點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)有的混凝劑進(jìn)行復(fù)配使用和開(kāi)發(fā)新型混凝劑。

混凝沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，工藝成熟，可以作為高濃度WBD廢水的預(yù)處理工藝；缺點(diǎn)是混凝劑的投加量大，占地面積往往比較大，而且處理后的污泥和廢渣量大，要徹底去除LAS需與其他方法聯(lián)用。

（4）膜分離法

反滲透、電滲析、微濾、超濾、納濾是常用的膜分離技術(shù)，其中后兩者對(duì)WBD廢水有較好的處理效果。薛罡[10]采用微絮凝纖維過(guò)濾-超濾-納濾組合工藝處理洗浴廢水，有效降低了廢水中超標(biāo)的COD、濁度、LAS，在濾速為40m/h，PAC投加量為30mg/L的實(shí)驗(yàn)條件下，組合工藝對(duì)廢水中COD、陰離子表面活性劑LAS、去除率分別為99.2%、92.4%。

膜分離法的優(yōu)點(diǎn)是低能耗，高效率，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，缺點(diǎn)是膜容易受到污染，造價(jià)高。

2.2 催化氧化法

催化氧化法是一種可以快速處理WBD廢水的高級(jí)氧化法，包括均相催化氧化法、光催化氧化法和多相催化氧化法[2]。

均相催化氧化法中最常見(jiàn)的即Fenton試劑氧化法。孫紅杰等[11]采用功率超聲與Fenton試劑聯(lián)合的新方法降解十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，SDBS的降解率可達(dá)80%。

光催化氧化法是指利用光與催化劑的作用產(chǎn)生的·OH等自由基離子來(lái)氧化分解LAS。單建國(guó)[12]采用太陽(yáng)光作光源，以TiO2/GA作光催化劑催化降解洗滌劑模擬廢水，結(jié)果表明，每克TiO2/GA可以使初始濃度為150mg/L的LAS降至20mg/L。光催化氧化法能夠徹底地將LAS分解為CO2和H2O，消除了二次污染，并且降解速率快，是一種行之有效的處理方法。

催化氧化法的主要缺點(diǎn)是催化法設(shè)備投入大，難以工業(yè)化運(yùn)行且費(fèi)用高。目前，催化氧化研究的關(guān)鍵是尋找價(jià)格低廉、性能優(yōu)越的催化劑，并考慮與其它技術(shù)聯(lián)合使用來(lái)處理WBD廢水。

2.3 生物處理法

生物處理法是指利用微生物以WBD廢水中的表面活性劑為碳源的特性來(lái)降解LAS，主要包括土壤自凈法、活性污泥法和厭氧處理法。生物法的優(yōu)點(diǎn)是耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，廢水處理規(guī)模大，應(yīng)用很廣泛，一般條件下對(duì)LAS的去除率在80%以上[13]。

（1）土壤自凈法

它指污染物在土壤的吸附、分解、遷移作用下通過(guò)細(xì)菌、真菌等微生物得以降解和轉(zhuǎn)化。張金炳[14]以人工砂和天然砂作為滲濾介質(zhì)建立復(fù)合系統(tǒng)，對(duì)洗浴污水進(jìn)行了5個(gè)月的室內(nèi)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，復(fù)合系統(tǒng)對(duì)化學(xué)需氧量、LAS都有較好的去除效果，其中LAS去除率達(dá)到90.86%。

活性污泥法是最普遍的好氧生物處理法。黃滿紅等[15]在厭氧-缺氧-好氧條件下，對(duì)LAS廢水進(jìn)行了相應(yīng)的序批式試驗(yàn)，結(jié)果表明，不同泥齡條件下，A2/O系統(tǒng)中LAS的降解率高達(dá)99%，出水中只含0～20？滋g/L的LAS，厭氧池、缺氧池及好氧池LAS污泥吸附量分別為490～710、280～390、69～109？滋g/g。

（2）厭氧處理法

它指廢水中LAS在兼性厭氧菌和專性厭氧菌作用下被分解為甲烷、二氧化碳和水等。Mariana，F(xiàn)·C.[16]等人利用AFBR反應(yīng)器分兩個(gè)階段處理LAS廢水，第一階段反應(yīng)器的運(yùn)行底物不含LAS，只包括酵母提取物和乙醇，第二階段通過(guò)投加肥皂粉使LAS濃度為14±3mg/L，經(jīng)過(guò)156天反應(yīng)，LAS的去除率達(dá)到48±10%。DagobertoY·Okada[17]等人利用UASB反應(yīng)器對(duì)LAS進(jìn)行降解，結(jié)果表明，當(dāng)LAS濃度低于25mg/L時(shí)，其對(duì)產(chǎn)甲烷過(guò)程的抑制作用減弱，反應(yīng)器中LAS的最大降解率可達(dá)76%，當(dāng)污水中LAS濃度低于50mg/L時(shí)，LAS對(duì)微生物的毒害抑制作用減弱。DagobertoY·Okada[18]等人通過(guò)UASB和EGSB兩種反應(yīng)器研究了揮發(fā)性脂肪酸濃度對(duì)厭氧降解LAS穩(wěn)定性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)性脂肪酸濃度越低，LAS去除率越高，在EGSB反應(yīng)器中，當(dāng)VFA濃度低于22mg/L時(shí)，LAS的去除率可達(dá)80%。

厭氧處理法的優(yōu)點(diǎn)是可以避免LAS在污泥曝氣池中產(chǎn)生大量泡沫從而導(dǎo)致污泥絮凝沉降力降低，缺點(diǎn)是不適于處理高濃度的LAS廢水。處理時(shí)可以考慮與其他技術(shù)聯(lián)用，以取得更好的去除效果，如已經(jīng)報(bào)道的不完全厭氧-好氧法等。

3 WBD廢水處理新技術(shù)探討

水質(zhì)透析器是一種多效復(fù)合式的高級(jí)膜生物反應(yīng)器，它的原理是將膜分離技術(shù)中的膜組件與生物反應(yīng)器相結(jié)合。水質(zhì)透析器的優(yōu)點(diǎn)是投資成本低，占地面積小，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人值守運(yùn)行。

生物試驗(yàn)證明在反應(yīng)器中起主要作用的功能菌是利用共代謝機(jī)制來(lái)降WBD廢水，以生活污水為初級(jí)基質(zhì)，對(duì)WBD廢水可獲得約90%的去除率。共代謝過(guò)程最早于1959年由Leadbetter和Foster[19]提出，將其定義為在生長(zhǎng)基質(zhì)存在時(shí)微生物對(duì)非生長(zhǎng)基質(zhì)的氧化。許多研究表明總降解菌中具有完全礦化污染物能力的降解菌還不到10%[20]，因此利用微生物的共代謝過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)芳香化合物、鹵代烴、農(nóng)藥等難降解有機(jī)污染物的降解是今后研究的重點(diǎn)。

非專一性關(guān)鍵酶是促進(jìn)難降解有機(jī)物降解的關(guān)鍵因素，研究結(jié)果表明，通過(guò)選擇合適的菌種和生長(zhǎng)基質(zhì)、控制生長(zhǎng)基質(zhì)和目標(biāo)污染物的投加比、優(yōu)化反應(yīng)條件等能夠提高共代謝反應(yīng)的處理效果[21]。Khaled M·Khleifat[22]從污水處理廠分離出兩種細(xì)菌成團(tuán)泛菌和沙雷氏菌，通過(guò)加入其它碳源和氮源，兩種細(xì)菌可以在72h內(nèi)完全降解200mg/L的LAS廢水。I.C.S.Duarte[23]等人發(fā)現(xiàn)，在ASBR反應(yīng)器中存在共基質(zhì)時(shí)，微生物對(duì)LAS的降解率可達(dá)37%。

目前關(guān)于WBD共代謝降解的研究只停留在基于宏觀降解效果的推斷解釋中，尚未深入到細(xì)胞層面，對(duì)生物反應(yīng)器中降解WBD功能菌的酶學(xué)調(diào)控機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別是今后的主要研究方向。

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作者簡(jiǎn)介：季瑞武（1991-），男，山東臨沂人，青島理工大學(xué)碩士，市政工程。