難降解有機(jī)污水處理的研究現(xiàn)狀

張?jiān)娒?付堯(沈陽工學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

0 引言

目前，中國印刷、制藥、化工等難降解有機(jī)污水的排放量都很大，2007年，年排放量超過100t。占總體的30%以上，并以2.2%的速度在增加。

近年來，處理技術(shù)一般采用物理法、化學(xué)法和生物法[1]。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.1.1 行業(yè)現(xiàn)狀

1984年，中國第一座大型城市污水處理廠——紀(jì)莊子污水處理廠開始運(yùn)營，中國污水處理全面啟動(dòng)。隨著中國對經(jīng)濟(jì)開發(fā)和環(huán)境保護(hù)問題的重視，城市污水處理廠的數(shù)量、污水處理技術(shù)和效率不斷提高[2]。另外，污水處理廠的投資和運(yùn)行總體呈上升趨勢，特別是小型污水處理廠(5萬m3/d以下)的投資和運(yùn)行增長最快。

目前大部分城市的污水處理廠使用的處理工藝包括活性污泥法、氧化溝處理法和SBR法，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，處理費(fèi)用較低。個(gè)別污水處理廠根據(jù)實(shí)際條件選擇物理或物理化學(xué)方法處理污水。但是，城市污水處理廠在運(yùn)營過程中存在污水處理的運(yùn)營體系不合理、資金不足等問題。

1.1.2 廢水現(xiàn)狀

中國的難降解有機(jī)污水一般來源于印染、石化和焦化廢水。

(1)印染廢水。紡織印染從古到今一直是我國的優(yōu)勢領(lǐng)域，其工業(yè)總產(chǎn)值占全國很大比重，是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。其所帶來的水污染問題也同樣名列各行業(yè)前列。據(jù)國家環(huán)保局統(tǒng)計(jì)，印刷和染色廢水總排放量居世界第5位，而其污染物排放量(以COD計(jì))剛剛上升為第二名。由印染過程可知，污染物主要有兩個(gè)來源：一是來源于紡織所用的各種纖維原料及其本身的夾帶物，有棉花、羊毛、蠶絲和麻天然纖維，另外還有人造纖維和合成纖維；二是來源于各個(gè)生產(chǎn)工序中所用的漿料(如典型難降解PVA漿料)、染料和化學(xué)助劑(如柔軟劑、均染劑)等。而目前隨著染整技術(shù)的提高，新型助劑的普遍使用，增加了現(xiàn)代紡織廢水的處理難度。

(2)石化廢水。石化廢水難降解污染物主要來源于石油的冶煉工業(yè)和以石油為原料生產(chǎn)乙烯、丙烯等化工合成行業(yè)。其COD一般在2500～15000mg/L，BOD5約在1000～3000mg/L之間。合成橡膠及合成塑料等化工原料的生產(chǎn)工藝復(fù)雜且繁瑣，容易產(chǎn)生副產(chǎn)物，參雜其他物質(zhì)，因此該工業(yè)廢水中會(huì)含有原料、產(chǎn)品及副產(chǎn)品。因?yàn)槭突瘜W(xué)工業(yè)的主要原料是石油，天然氣和煤炭，所以其廢水中普遍含油、氨氮、重金屬、大分子有機(jī)物、環(huán)型難降解有機(jī)物以及其他成分，都具有很大毒性，如果沒有處理就排放出去，將會(huì)污染環(huán)境。

石化工業(yè)廠廢水主要來源多樣，由于各種類型廢水不同程度的混合，最終導(dǎo)致其污水水量大、成分駁雜、水質(zhì)水量波動(dòng)大等特點(diǎn)。

(3)焦化廢水。焦化廢水即煉鐵、液化氣在高溫干餾、清潔和副產(chǎn)物收購這些過程中，造成帶有揮發(fā)酚、苯系物和O、S、N等雜環(huán)化合物的化工污水，是沒有辦法解決的一類化工生產(chǎn)的有機(jī)污水。在其中含氮化合物為焦化廢水處理中總數(shù)比較多而且成分非常復(fù)雜的有機(jī)化合物；質(zhì)譜儀器定下的喹啉和一些烷基替代物，被疑似致癌物；酞酸醋類是污水中另一種致癌物，在其中的酞酸二甲酯、酞酸二異辛酯為英國環(huán)境保護(hù)局首先選擇檢驗(yàn)的污染物質(zhì)。總得來說，焦化廢水需要處理的水體水流量轉(zhuǎn)變大、有機(jī)化合物尤其是難降解有機(jī)化合物所占的比例高以及NH3—N濃度值高等特點(diǎn)。在其中有很多會(huì)引發(fā)癌癥和導(dǎo)致胎兒畸形的生物活性化學(xué)物質(zhì)出水量指標(biāo)值常常沒有達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，因此，尋找高效率而且成本低的解決方式十分重要。

1.1.3 處理方法

目前，中國在處理難降解有機(jī)污水時(shí)，主要采用生物處理技術(shù)和物理化學(xué)處理技術(shù)這兩種方法。

(1)生物處理技術(shù)。為代表的生物強(qiáng)化技術(shù)包含下列這些：添加能夠合理溶解的微生物菌種和營養(yǎng)元素相近的化學(xué)物質(zhì)；合理配置不一樣的工藝處理，如增加水停滯時(shí)長與污泥年齡等。一般包括：厭氧——好氧工藝、化學(xué)預(yù)氧化——好氧加工工藝等。

生物處理技術(shù)是科學(xué)家近幾年主要研究的技術(shù)方法，然而因?yàn)楦鞣N因素，如生化池的維護(hù)以及其他難題，對于實(shí)用化這條路還要走很久。

(2)物理化學(xué)處理技術(shù)。物理化學(xué)法解決難降解有機(jī)化學(xué)污水包含：吸咐法、混凝法、萃取法、膜處理以及化學(xué)氧化還原反應(yīng)法等。在其中的吸咐、混凝、萃取以及膜處理技術(shù)是運(yùn)用相分離污染物質(zhì)的處理技術(shù)，成本高，并且廢料排到自然環(huán)境里很有可能造成第二次污染。特別是化學(xué)氧化法，它在給有害有機(jī)化合物改變性質(zhì)時(shí)候，還能將污水化學(xué)需氧量的值做一定的下降。在以上的技術(shù)方法里，化學(xué)氧化方法為應(yīng)用次數(shù)最多、最有前途的一種技術(shù)方法。主要的氧化劑有O3和H2O2。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

1.2.1 行業(yè)現(xiàn)狀

目前，美國是全球擁有最多污水處理廠的國家，平均每5000人1座，78%是二級生物處理廠；英國約有8000家污水處理廠，平均每7000人1座，基本都為二級生物處理廠；日本約有630家污水處理廠，平均每200000人1座，二級和高級處理廠占98.6%；瑞典是污水處理廠最普及的國家，平均每5000人1座，90%以上是二級生物處理廠。由此可見，大力興建污水處理廠能夠有效的改善污水現(xiàn)狀。日本沒達(dá)標(biāo)的水域，已經(jīng)由0.6%縮小到0.05%；歐洲的有機(jī)廢水也被控制了，生物復(fù)生，之前在泰吾士河滅絕100多年的魚類又被發(fā)現(xiàn)了，共有110多種。

1.2.2 廢水現(xiàn)狀

目前，對于各種難降解有機(jī)廢水，世界各國的科學(xué)研究集中化于石油化工污水、造紙污水、制藥業(yè)污水、印染污水等的解決。共有特點(diǎn)是污染物質(zhì)濃度值高，可生化能力差、副作用大，并可能會(huì)有造成癌變、導(dǎo)致胎兒畸形、引起基因突變等的隱患。從環(huán)境污染化學(xué)物質(zhì)的類型來看，這種污水里關(guān)鍵難以降解的污染物質(zhì)包括苯的同系物、芳香烴、酚類、總氰等化學(xué)物質(zhì)。它們之所以難降解主要因?yàn)檫@種污水的可生化性比較差(BOD5/COD<0.4)。因此，通常把BOD5/COD<0.4的有機(jī)污水稱作難降解有機(jī)污水。目前，這種類型廢水的處理的關(guān)鍵是從加強(qiáng)污水的可生化性、減少處理處置成本、改善現(xiàn)有的處理方法和研究開發(fā)新技術(shù)等方面著手。

1.2.3 處理方法

A2/O工藝，即厭氧—缺氧—好氧的組合工藝，這種工藝是通過3個(gè)生物處理設(shè)備所構(gòu)成的。生物池根據(jù)曝氣設(shè)備、助推器和回流渠道的布局劃分為厭氧段、缺氧段、好氧段。

COD、SS、N、P在這個(gè)過程中被去除。在A2/O生物脫N除P系統(tǒng)的活性污泥中，菌群包括硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和聚磷細(xì)菌。當(dāng)好氧階段時(shí)，硝化細(xì)菌通過生物硝化作用把NH3-N轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。當(dāng)缺氧階段時(shí)，反硝化細(xì)菌通過生物反硝化把硝酸鹽以N2的形式排放到空氣中，從而達(dá)到脫N。當(dāng)厭氧階段時(shí)，聚磷菌釋放P，吸收低級脂肪酸和其他容易降解的有機(jī)物。當(dāng)好氧階段時(shí)，P被聚磷菌過量吸收，通過剩余污泥的排放，將P去除。

2 幾種典型工藝介紹

2.1 A2/O工藝

A2/O，生物池根據(jù)曝氣設(shè)備、助推器和回流渠道的布置分成厭氧、缺氧和好氧三個(gè)階段。

COD、N、P在這個(gè)過程中被去除。好氧階段時(shí)，硝化細(xì)菌通過生物硝化作用把NH3—N轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。缺氧階段時(shí)，反硝化細(xì)菌通過生物反硝化把硝酸鹽以N2的形式排放到空氣中來脫N。厭氧階段時(shí)，聚磷菌釋放P，吸收低級脂肪酸和其他容易降解的有機(jī)物。當(dāng)好氧階段時(shí)，P被聚磷菌過量吸收，通過剩余污泥的排放，將P去除。

2.2 氧化溝工藝

氧化溝由溝體、進(jìn)水設(shè)備、出水設(shè)備、曝氣設(shè)備等設(shè)備構(gòu)成，它的俯視圖一般是環(huán)狀、矩形或其他形。由于它的水力停留時(shí)間比較長、有機(jī)負(fù)荷較低等因素。因此，與活性污泥法相比，能夠省去調(diào)節(jié)池、一級沉淀池、污泥消化池，有些也可能省去二次沉淀池。

2.3 SBR工藝

SBR(序批式活性污泥法)，一種通過間歇曝氣原理運(yùn)作的活性污泥廢水處理方法，在中國被廣泛運(yùn)用。當(dāng)運(yùn)作時(shí)，能夠有序與間歇操作是它的主要特點(diǎn)，這個(gè)方法的核心是SBR反應(yīng)池，尤其適合間歇性排污和流量變化大的情況，SBR反應(yīng)池能夠?qū)⒊醭脸亍⑸锝到獬亍⒍脸氐淖饔脜R聚在在一個(gè)反應(yīng)池里，沒有淤泥回流裝置。只需這一個(gè)池便可以進(jìn)行脫N除P，通過電動(dòng)閥、液位計(jì)、自動(dòng)計(jì)時(shí)器等自動(dòng)控制儀表，會(huì)讓這個(gè)工藝過程全程自動(dòng)化，全部通過中心控制室控制，并且運(yùn)作井然有序。當(dāng)增加池深度的時(shí)候，對于同樣的BOD-SS負(fù)荷中別的方法來說，占地面積小、耐沖擊負(fù)荷，對高濃度有機(jī)廢水的處理能力強(qiáng)。

3 結(jié)語

研究難降解有機(jī)廢水的處理問題十分嚴(yán)峻。在研究中，我們要秉著提升創(chuàng)新管理水準(zhǔn)以及提高經(jīng)濟(jì)收益的目標(biāo)，依照具體的生產(chǎn)制造規(guī)定、工藝的合理化以及機(jī)器設(shè)備供貨狀況，加強(qiáng)大都市對難降解有機(jī)化學(xué)廢水處理的水平，開辟經(jīng)濟(jì)、有效的難降解廢水處理方法勢在必行。