化工廢水處理工藝及技術(shù)進(jìn)展

張丹陽

太原學(xué)院，山西 太原 030032

社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，以石油化工、煤化工、精細(xì)化工為主的化工業(yè)規(guī)模得以壯大，化工廢水的排放量規(guī)模也隨之增大。污染物種類繁多、較難降解，對(duì)我國整體環(huán)境與水環(huán)境造成了極大的污染與危害。因此，如何有效解決化工廢水的排放量，運(yùn)用科學(xué)合理的廢水處理技術(shù)展開工作，實(shí)現(xiàn)零排放對(duì)我國水環(huán)境的改善與保護(hù)具有重要意義，相關(guān)部門應(yīng)重視對(duì)化工廢水的處理問題，加大化工廢水處理與技術(shù)研究力度，不斷探索與優(yōu)化工藝與處理技術(shù)。

1 化工廢水概述

1.1 化工廢水的來源

化工廢水指化工生產(chǎn)過程中排放出的工藝廢水，比如場地或設(shè)備沖洗水、冷卻水、工藝廢水、雨水沖刷廢水等，都屬于化工廢水。其具有不易凈化、成分復(fù)雜、難降解、種類繁雜的特點(diǎn)，此類廢水若不經(jīng)過專業(yè)技術(shù)進(jìn)行處理便進(jìn)行排放，會(huì)對(duì)水體環(huán)境造成一定程度的污染與破壞，使水質(zhì)惡化。在生產(chǎn)原料存儲(chǔ)和運(yùn)輸、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品冷卻和存儲(chǔ)等過程中都會(huì)產(chǎn)生一定量的廢水[1]。化工業(yè)中主要包含石油化工、煤化工、精細(xì)化工等，各個(gè)產(chǎn)業(yè)互相交叉，各個(gè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的廢水主要源于化學(xué)工藝過程中排放的洗滌廢水；冷卻水循環(huán)完成后排出的廢水；生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的廢水；回用水、冷凝水等。

1.2 化工廢水的特點(diǎn)與水質(zhì)特征

水環(huán)境的可持續(xù)性對(duì)人們的生活資源供給而言十分重要，而水資源是化工業(yè)運(yùn)作的重要部分，化工業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)作過程中產(chǎn)生的廢水包含無機(jī)化工廢水、有機(jī)化工廢水，由于廢水本質(zhì)上的不同，在處理上存在一定的困難。化工廢水中包含有毒、難降解、結(jié)構(gòu)復(fù)雜物質(zhì)的共性，其水質(zhì)不穩(wěn)定、具有刺激性、水質(zhì)成分復(fù)雜、副產(chǎn)物多、污染物含量高、色度高，污染性極強(qiáng)，易對(duì)土壤、空氣質(zhì)量造成污染。

化工廢水的基本水質(zhì)特征主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：其一，COD 含量高，COD 含量高達(dá)數(shù)萬乃至數(shù)十萬mg/L，廢水一旦排入水環(huán)境，將消耗大量的水中溶解氧破壞水環(huán)境；其二，鹽度高，化工廢水的高鹽度對(duì)有凈化作用的微生物具有抑制作用，無形增加了廢水處理的難度；其三，pH 值不穩(wěn)定，化工廢水時(shí)而呈現(xiàn)強(qiáng)酸性，時(shí)而呈現(xiàn)強(qiáng)堿性，排放不達(dá)標(biāo)會(huì)對(duì)生物、農(nóng)作物和建筑物等造成極大危害；其四，高毒性，化工廢水中常含有氰化物、苯酚、DDT、芳香胺、氮雜環(huán)及多環(huán)芳香烴化合物等，多種物質(zhì)具有致癌、致畸作用。

2 化工廢水常見的處理工藝

由于高COD、高鹽度、高度性等特性，化工廢水的處理主要集中在難降解、毒性、抑制作用方面。目前針對(duì)化工廢水常見的處理方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法。單一處理技術(shù)難以去除廢水中的多種污染物，在實(shí)踐中，需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合廢水特點(diǎn)，靈活聯(lián)用幾種方法組合對(duì)化工廢水進(jìn)行綜合處理。

2.1 物理法

物理法是指通過吸附、油分離、膜分離、氣浮等方法過濾篩選出懸浮物、浮油、不溶性微粒等，在化工廢水的預(yù)處理和深度處理中較為常見。較為常見的方法主要有氣浮法、吸附法、膜分離法等。

其中，吸附法是利用具有大比表面積的多孔固體材料或吸附劑，使化工廢水中的污染物吸附在固定材料或物質(zhì)上，從而進(jìn)行去除的方法[2]。常見吸附物質(zhì)或材料主要有活性炭、焦炭、硅藻土等，常見的吸附劑主要有樹脂、分子篩、磺化煤等，不同吸附劑與吸附物質(zhì)材料對(duì)化工廢水中污染物的吸附效果不同。雖然吸附法效果明顯，但處理成本較高，無法回收利用，極易造成二次污染；氣浮法是向化工廢水中通入人工形成微小氣泡，使氣泡與廢水中的不溶性懸浮性顆粒相互粘連形成水-氣-顆粒絮凝混合體，并借助氣泡的浮力浮到廢水表面，形成浮渣層被刮除，從而改善化工廢水水質(zhì)的過程。分離效率高、表面負(fù)荷大，處理后的廢水水質(zhì)好，缺點(diǎn)是電耗較大。物理法具有出水水質(zhì)好、脫色效果好、便于控制、操作簡便等諸多優(yōu)勢，但多種方法存在一定程度缺陷，對(duì)高濃度、高度性的有機(jī)物去除效果較差。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)法是指通過化學(xué)反應(yīng)對(duì)化工廢水進(jìn)行處理，使廢水中的污染物被氧化還原，通過轉(zhuǎn)化、分解、氧化等過程，將廢水中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，將難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易降解物質(zhì)。常見的化學(xué)法主要有氧化法、超生氧化法、Fenton 試劑氧化法等。

其中，超聲氧化法原理是在超聲波的作用下，將化工廢水進(jìn)行聲空化，產(chǎn)生空化氣泡，氣泡內(nèi)部及周圍產(chǎn)生高溫和高壓，伴隨強(qiáng)烈沖擊波和高速度射流，使泡內(nèi)水蒸氣直接熱分解形成自由基，廢水中的易揮發(fā)有機(jī)物直接熱分解，難揮發(fā)有機(jī)物則在空化泡氣液界面中與自由基發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而得到降解。該方法操作簡便、速度快、無二次污染、反應(yīng)條件溫和，但能耗較高、處理量較小、且成本較高；Fenton 試劑氧化法是一種比較高級(jí)的化學(xué)氧化法，在廢水高級(jí)處理中較為常見，可以有效去除COD、味道、色度等，過氧化氫在亞鐵離子的催化下得以分解并產(chǎn)生·OH自由基，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，一般在pH 值＜3.5 的條件下進(jìn)行。·OH 自由基的高活性性質(zhì)可以有效地氧化廢水中的大部分有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)廢水處理，該方法廢水處理效果好，但對(duì)pH 值要求較高，需不斷調(diào)節(jié)廢水pH 值，易造成水體污染。綜上所述，化學(xué)法處理時(shí)間短、效果好、水質(zhì)好，但技術(shù)較為復(fù)雜、能耗高，且投資較大。

2.3 生物法

生物法是指利用微生物代謝對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解或轉(zhuǎn)化的一種方法，細(xì)菌在其中起著重要作用。目前，生物處理裝置是污水處理的主要工藝。生物法處理成本較低，環(huán)境友好，較為常見的有厭氧法與好氧法。

其中，厭氧法是在無氧的條件下進(jìn)行，通過厭氧菌的作用將化工廢水中的有機(jī)物分解成CH4和CO2的過程，主要有AF、UASB、HABP、IC 等多種處理工藝，該方法存在一定缺點(diǎn)，厭氧微生物繁殖較慢、影響因素較多，需進(jìn)行厭氧預(yù)處理，采用好氧處理和厭氧處理相結(jié)合的方法，提高廢水的降解效率；好氧法主要有活性污泥法、生物膜法，活性污泥法是使好氧微生物形成污泥狀絮凝物吸附并降解廢水中的污染物，生物膜法是將高密集度真菌或藻類吸附在載體上，將其與廢水接觸，吸附或氧化化工廢水中的有機(jī)物。厭氧與好氧法結(jié)合的工藝處理方法可以實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷，A/0 工藝處理法是處理焦化廢水最常見的生化工藝，處理效果良好。

3 化工廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

目前低溫等離子體水處理技術(shù)（NTP）、超臨界水氧化技術(shù)（SCWO）、鐵碳微電解處理技術(shù)等多種最新廢水處理技術(shù)都得到了大力發(fā)展與推廣研究。其中，低溫等離子體水處理技術(shù)是一種高級(jí)水氧化技術(shù)，通過產(chǎn)生等離子體或活性粒子，誘導(dǎo)廢水中的有機(jī)鏈反應(yīng)，對(duì)水中的污染物進(jìn)行激發(fā)和電離，使廢水完全氧化和分解，該技術(shù)無須催化劑便可進(jìn)行，后期使用與維護(hù)成本低[3]；超臨界水氧化技術(shù)是利用超臨界水（22.1MPa，374℃以上），在水趨于非極性狀態(tài)下與氧氣或過氧化氫組成氧化劑并發(fā)生均相反應(yīng)，對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行溶解，反應(yīng)速率極快、氧化效率高、處理成本低；鐵碳微電解處理技術(shù)將鐵屑浸入含電解液的廢水中，在廢水中形成電池，以低鐵電位為負(fù)電極，高碳電位為正電極，根據(jù)金屬腐蝕原理，利用Fe2+和OH-生成Fe(OH)2，并作為吸附劑對(duì)廢水的有機(jī)物開環(huán)分解產(chǎn)生的不溶性微粒進(jìn)行絮凝處理，提高廢水的可生化性，以廢鐵屑作為原料，成本較低，但出水含鐵量高，且反應(yīng)機(jī)理尚未明確，還處于研究階段。新型化工廢水處理工藝技術(shù)的主要特點(diǎn)是低耗高效，通過綜合運(yùn)用各種處理技術(shù)從污染物源頭出發(fā)，優(yōu)化水資源配置和利用，從根本上減少和控制化工廢水的產(chǎn)生和排放。

4 結(jié)束語

化工廢水處理技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，使化工廢水得到了一定程度上的高效處理。在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的高標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)化工廢水處理技術(shù)的要求不斷提升，物理法、化學(xué)法、生物法的綜合運(yùn)用產(chǎn)生了低溫等離子體水處理技術(shù)（NTP）、超臨界水氧化技術(shù)（SCWO）、鐵碳微電解處理技術(shù)、磁分離技術(shù)等多種新型化工廢水處理技術(shù)，可以有效提高廢水處理效率，改善水環(huán)境。因此，對(duì)化工廢水處理技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化與組合，研發(fā)更高效的廢水處理技術(shù)，對(duì)化工業(yè)的健康與可持續(xù)發(fā)展具有重要推動(dòng)意義。