高濃度有機廢水濃縮技術研究進展

趙書敏，周慧君

(中國石油大學(北京) 化學工程學院，北京 102200)

高濃度有機廢水濃縮技術研究進展

趙書敏，周慧君

(中國石油大學(北京) 化學工程學院，北京 102200)

本文主要對目前高濃度有機廢水的傳統處理方法以及高濃度有機廢水濃縮處理的工藝進行了綜述，闡述了傳統處理方法存在的問題及高濃濃度有機廢水的研究現狀，并提出了今后高濃度有機廢水處理的發展趨勢。

高濃度有機廢水；納濾膜濃縮；反滲透濃縮

高濃度有機廢水一般COD濃度在2000 mg/L以上[1]，且常伴有異味，具有懸浮物含量高、色度大，有機物成分復雜，難生物降解等特點。一般的廢水處理方法難以滿足高濃度有機廢水凈化處理的技術和經濟要求，因此，高濃度有機廢水處理技術的研究一直是水污染控制領域研究的重點和難點。

目前，較為成熟和有效的高濃度有機廢水處理方法主要分為兩類：生物處理法[2-3]和物理化學法[4]。生物處理方法主要有好氧生物法(如，活性污泥法、生物膜反應器)、厭氧生物法以及它們的組合工藝(如兩相厭氧)等。而物理化學法主要有混凝法、氧化法、焚燒法等。這些傳統工藝普遍存在著投資運行成本高、工藝復雜等問題，通過對高濃度有機廢水濃縮處理可實現污水的減量化，降低后續處理成本，實現高濃度有機廢水有效的處置。

筆者根據國內外研究進展，介紹了高濃度有機廢水的濃縮技術，并就目前研究存在的問題提出展望，旨在為高濃度有機廢水濃縮技術的研究和應用提供參考。

1 高濃度有機廢水概述

高濃度有機廢水，如酒精廢液、制藥行業廢水、垃圾滲濾液等，是指COD濃度在2000 mg/L以上的廢水，其特點是水中的懸浮物含量高，色度高，有異味，有機物濃度高，水質的成分復雜，不易進行生物降解，處理難度很高，采用一般的廢水處理方法難以滿足高濃度有機廢水凈化處理的技術和經濟要求，因此，對其進行有效處理方法的研究已逐漸成為環境保護技術的熱點研究課題之一。

高濃度有機廢水的來源主要有：農業行業生產的廢水，該廢水降解性強，所含的有機物質無害；制藥廢水、化工廢水等，這類廢水含有一定有害離子與化學物質；精細化工廢水，這類廢水所含成分復雜且毒性強，對環境影響大[5]。

表1 不同行業高濃度有機廢水的特點

2 高濃度有機廢水濃縮處理技術研究現狀

高濃度有機廢水的濃縮處理，目的是先將高濃度有機廢水進行濃縮，然后采用焚燒法等方法進行處理，這樣可以節約處理成本，從而使高濃度有機廢水得到有效的治理。高濃度有機廢水的濃縮方法目前主要有：冷凍濃縮、蒸發濃縮、燃燒濃縮、膜濃縮等。

2.1 冷凍濃縮

冷凍濃縮是處理高濃度有機廢水的一種新方法，它利用的是冷凍分離的固液相平衡的原理。文玲，張旭[13]采用冷凍濃縮地方法對COD濃度在10000 mg/L以上的利用啤酒自配的高濃度有機廢水進行處理，在冷凍時間為12～24 h，冷凍溫度為-16～-12 ℃時，COD和TOC的去除率達到70%以上。Marino Rodriguez[14]采用冷凍濃縮與膜濃縮結合的方法處理有機廢水，發現可以達到很好的處理效果，比單獨使用膜濃縮更經濟。冷凍濃縮對廢水無選擇性，尤其適合處理有惡臭氣味、易揮發的有機廢水，但是應用到實際有限制，且設備及操作費用較高，操作不宜控制。

2.2 蒸發濃縮

蒸發濃縮是指通過采用低溫真空或減壓等方法，對高濃度有機廢水蒸發濃縮處理。俞晟，陶冠紅[15]采用減壓蒸發濃縮的方法對某化工廠的高濃度有機廢水進行處理，進水COD濃度為45×104～55×104mg/L時，COD的去除率達90%以上。王青[16]通過低溫真空蒸發法對垃圾滲濾液處理站的反滲透濃縮液進行處理，廢液的COD為3000 mg/L，處理后COD的蒸發率為62.5%。瑞士Uttigen市垃圾滲濾液處理廠對垃圾滲濾液采用四級閃蒸法濃縮處理，CODcr的去除率可達99.5%，同時NH3-N去除率為98.5%[17-19]。蒸發濃縮可以回收有機廢水中有價值的成分，但是在蒸發濃縮的過程中會有結垢等問題。

2.3 燃燒濃縮

燃燒法是在燃燒爐內將廢液與煤粉混燒，從而使高濃度有機廢液中的有機物達到濃縮的目的。酒精廢醪液有機物含量大，COD濃度在105 mg/L以上，王勇[20]采用燃燒法處理酒精廢醪液，COD的去除率可達99%以上。燃燒濃縮對廢水濃縮處理后，燃燒的熱量及濃縮過程產生的冷凝水均可用作生產，但是該方法投資費用較大，電耗較高，且在燃燒時廢水中的鹽分會腐蝕設備。

2.4 膜分離濃縮

膜濃縮高濃度有機廢水的原理是廢水通過膜時，在兩側施加某種推動力，廢水中的有機物就會選擇性的透過膜，從而達到濃縮有機物的目的。根據膜孔徑的大小，膜分離技術可以分為微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等。

2.4.1 超濾膜濃縮

超濾又稱超過濾，膜表面的機械篩分是超濾分離的主要機理，同時膜表面和膜孔的吸附以及膜孔阻滯也在起著截留作用。超濾截留分子粒徑范圍在0.01～0.1μm之間，在外界壓力的作用下水和小分子物質透過孔徑成為滲濾液，而水中的膠體、細菌等則被截留。張寧等[21]利用超濾技術對微生物胞外多糖PS-9415發酵液進行濃縮分離的研究，結果表明在0.05 MPa下對3%的料液超濾濃縮，可得到5.8%的濃縮液，多糖回收率為82.7%；在0.1 MPa下對0.5%的料液超濾濃縮，濃度提高了4.9倍。

2.4.2 納濾膜濃縮

納濾，是操作壓力和分離效果處于超濾和反滲透之間的一種壓力驅動膜分離技術，分離原理主要近似機械篩分，同時納濾膜本身帶有電荷也起到了截留的作用，納濾的截留分子粒徑范圍在0.5 nm～0.01μm之間。納濾相比于超濾和反滲透，相對分子質量低于200的有機物和單價離子被截留的效果較差，而對于相對分子質量介于200～500之間的有機物及二價或多價離子的截留率很高[22-25]。王素紅[26]通過超濾-納濾連續性實驗對土霉素進行分離提純，結果發現，采用超濾平均收率為95%，結晶收率為94.5%左右，產品純度為96%，廢水的CODcr值比原來平均減少了37%，再進行納濾濃縮2.5倍后的平均結晶收率為96%，純度為98.4%，排放廢水中CODcr總量減少了近2.5倍。

2.4.3 反滲透濃縮

反滲透又稱逆滲透，是滲透過程的逆過程，即溶劑透過膜從濃溶液向稀溶液流動，在分離過程中通過增加大于本身滲透壓的壓力，使溶劑逆著自然滲透的方向滲透，反滲透膜孔徑小，截留分子粒徑范圍小于等于0.5 nm，逆著自然滲透的方向滲透。反滲透技術在各種膜分離技術中，近年來已經成為發展最快，應用最普及的一種。梁康強，閻中[27]等采用高耐污反滲透技術對沼澤進行濃縮，沼液COD濃度為10000 mg/L以上，采用反滲透COD去除率可達95%以上，NH3-N的去除率也在90%以上，且滲透液的水質可以達到調漿等的回用標準。

2.4.4 膜蒸餾濃縮

膜蒸餾技術是指通過使用疏水性微孔膜(水溶液不能通過)，由于兩側的蒸汽壓差不同，蒸汽可通過膜從熱側向冷側進行傳輸，而其他非揮發性組分被留在熱側，從而實現分離或提純的目的。宋莎莎[28]對COD濃度為30000 mg/L左右的高鹽有機廢水采用膜蒸餾技術(MD)處理，COD的去除率可達99.5%以上。

膜處理技術具有能耗低、適應性強、濃縮過程無相態變化等優點，但是膜對廢水的處理具有選擇性。

3 結論與展望

近年來，高濃度有機廢水的來源越來越廣，廢水中污染物的種類也越來越多，于是各種濃縮處理高濃度廢水的工藝不斷涌現，這些工藝在處理高濃度有機廢水中均取得了有效的進展，但是仍存在許多問題：如成本高，能耗大，投資費用大；工藝復雜，有結垢和腐蝕設備的問題，運行維護不宜；適用范圍狹窄等。根據這些現狀，今后的研究現狀可集中到以下幾個方面：

(1)新型能源的開發利用，如利用太陽能蒸發濃縮高濃度有機廢水。

(2)針對工藝復雜及設備等問題，應開發具有高效能、耐腐蝕、小型化、易操作的處理裝置。

(3)開發新的膜產品及工藝，滿足各行業不同性質廢水對膜的選擇性。

(4)多種濃縮方法的聯用，如蒸發濃縮和膜濃縮工藝組合，在充分發揮各工藝的基礎上，盡可能縮短工藝流程，并對組合工藝進行深入研究。

[1] 王明星, 廖昌建．高濃度有機廢水生物處理技術[J].當代化工,2011(8):820-823．

[2] 蔡萌萌, 趙慶良, 劉志剛, 等．串聯活性污泥系統處理制藥廢水工藝研究[J].哈爾濱工業大學學報, 2007,39(4):576-580．

[3] 姜 冰．厭氧與好氧生物反應器處理制藥廢水的研究[D].天津:天津大學,2008．

[4] 王云波,譚萬春,鄭思鑫,等．二級 Fenton 氧化高濃度有機硅廢水[J].環境工程學報,2010,4( 4) :776-780．

[5] 趙 毅,朱法華,龐庚林,等.高濃度有機廢水處理技術[J].電力環境保護,2003(3):46-48.

[6] 王立軍, 于德利, 龐維珍,等. 濃縮蘋果汁高濃度有機廢水處理工程的改造[J].中國給水排水, 2006, 22(24):35-37.

[7] 李宇慶, 馬 楫, 錢國恩. 制藥廢水處理技術進展[J].工業水處理, 2009, 29(12):5-7.

[8] 于偉程. 印染絲光工藝廢堿液納濾膜法回收中試研究[D].大連:大連理工大學,2013.

[9] 曾杭成, 張國亮, 孟 琴,等. 超濾/反滲透雙膜技術深度處理印染廢水[J]. 環境工程學報, 2008, 2(8):49-50.

[10] 余甜甜, 郭 輝, 呂榮湖,等. 丙烯酸化工廢水處理研究進展[J].廣州化工,2014(5):20-23.

[11] 劉久清, 劉海翔, 蔣 彬, 等. 膜法濃縮己內酰胺廢水[J]. 膜科學與技術, 2012, 32(2):76-79.

[12] 鄒發成, 任 旺, 彭 鋒. 催化臭氧氧化在己內酰胺廢水深度處理中的應用[J]. 合成纖維工業, 2014, 37(4):61-63.

[13] 文 玲, 張 旭.冷凍濃縮處理廢水COD、TOC及能耗分析[J].環境科學與技術,2014(1):129-134.

[14] Rodríguez M, Luque S, Alvarez J, et al. A comparative study of reverse osmosis and freeze concentration for the removal of valeric acid from wastewaters[J]. Desalination, 2000, 127(1):1-11.

[15] 俞 晟, 陶冠紅.蒸發濃縮-資源回收處理高鹽分高濃度有機廢水的研究[J].徐州建筑職業技術學院學報, 2006(1):38-40．

[16] 王 青. 基于低溫真空蒸發的滲濾液濃縮液處理研究[D].成都:西南交通大學, 2014.

[17] Wiszniowski J, Robert D, Surmacz-Gorska J, et al. Landfill leachate treatment methods: A review[J]. Environmental Chemistry Letters, 2006, 4(1):51-61.

[18] Calli B, Mertoglu B, Inanc B. Landfill leachate management in Istanbul: applications and alternatives[J]. Chemosphere, 2005, 59(6):819.

[19] Visvanathan C, Choudhary M K, Montalbo M T, et al. Landfill leachate treatment using thermophilic membrane bioreactor[J]. Desalination, 2007, 204(1):8-16.

[20] 王 勇.利用濃縮燃燒法處理高濃度有機廢水技術的新進展[J].輕工科技,2002(3):20-25.

[21] 張 寧,彭志英.中空纖維超濾膜濃縮胞外多糖PS-9415發酵液的研究[J].食品工業科技, 2003(2):24-27.

[22] Younssi S A, Larbot A, Persin M et al.Rejection of mineral salt on a gamma alumina nanofiltration membrane application to environmental processes[J].J Membr Sci,1995,102(94): 123-129.

[23] 周金盛, 陳觀文.納濾膜技術的研究進展[J].膜科學與技術, 1999,19(4):l-10.

[24] Rautenbach R, Gr?schl A.Separation potential of nanofiltration membranes[J].Desalination, 1990, 77: 73-84．

[25] Ikeda K, Nakano T, Ito H,et al.New composite charged reverse osmosis membrane[J].Desalination, 1988, 68(2): 109-119.

[26] 王素紅.超濾—納濾聯合膜分離技術在土霉素提取中的應用研究[D].南京:南京理工大學, 2006.

[27] 梁康強, 閻 中, 魏泉源,等.基于反滲透技術的沼液濃縮研究[J].中國沼氣, 2012(2):12-14,28.

[28] 宋莎莎. 膜蒸餾有機工業廢水處理及膜污染研究[D]. 天津:天津大學,2009.

(本文文獻格式：趙書敏，周慧君.高濃度有機廢水濃縮技術研究進展[J].山東化工,2017,46(7):93-95.)

Research Progress on the Treatment of High Concentration Organic Wastewater

ZhaoShumin，ZhouHuijun

(China University Petroleum (Beijng)，College of Chemical Engineering，Beijing 102200,China)

This paper reviews the current high concentration organic wastewater treatment method and process of traditional concentrated organic wastewater of high concentration, and describes the present situation of the traditional methods and problems of organic wastewater with high concentration, and puts forward the future development trend of high concentration organic wastewater treatment.

high concentration wastewater；nanofiltration concentration；reverse osmosis concentration

2017-02-25

趙書敏(1991—)，女，山西晉中人，碩士研究生，主要研究方向為污水處理。

X703.1

A

1008-021X(2017)07-0093-03