高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展

鄒蓓蓓，陳義

(1.蘇圣科技(無錫)有限公司，江蘇 無錫 214177；2.江蘇中電創(chuàng)新環(huán)境科技有限公司，江蘇 無錫 214001)

0 引言

隨著近年來我國制造業(yè)快速發(fā)展，高濃度有機(jī)廢水排放量在逐年加大，其在我國污水總排放量中占據(jù)的比例也在持續(xù)攀升。高濃度有機(jī)廢水中通常含有大量有機(jī)污染成分[1]，污染成分的種類多樣[2]，如果得不到有效處理會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和居民生活造成嚴(yán)重威脅。長期以來我國高濃度有機(jī)廢水處理依賴于傳統(tǒng)的物化法和生化法[3-5]，這些傳統(tǒng)處理方式的處理效果十分有限，尤其隨著高濃度有機(jī)廢水排放量和污染濃度變得越來越高，污染物成分變得越來越復(fù)雜傳統(tǒng)的處理技術(shù)顯得捉襟見肘。

1 我國高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 目前常用處理技術(shù)

（1）化學(xué)處理。化學(xué)處理方式是通過向高濃度有機(jī)廢水中添加化學(xué)反應(yīng)劑或者化學(xué)催化劑與高濃度有機(jī)廢水當(dāng)中的污染成分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)降解處理高濃度有機(jī)廢水的一種廢水處理方式，化學(xué)處理方式處理高濃度有機(jī)廢水具有工藝簡單、操作便捷和成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此化學(xué)處理方式是最早應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水處理的廢水處理技術(shù)，也正基于化學(xué)處理方式的優(yōu)點(diǎn)目前在企業(yè)中應(yīng)用最為普遍。

(2)物理處理。物理處理方式是指先利用過濾裝置中的物理薄膜將高濃度有機(jī)廢水中的一些顆粒較大的污染成分過濾掉實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度有機(jī)廢水的初步凈化，再將初步凈化后的廢水導(dǎo)入物理處理裝置中，在處理裝置高溫和高壓條件下讓廢水中的有機(jī)污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，使有機(jī)污染物質(zhì)被降解從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的處理。物理處理方式相比化學(xué)處理方式處理效率更高，處理效果也更徹底，然而物理處理方式對(duì)條件的要求較高，只有處理周期夠長、處理壓力和溫度夠高才能取得理想的處理效果，而且處理設(shè)施建設(shè)和設(shè)備運(yùn)行需要較高的成本，這也導(dǎo)致物理處理方式難以大范圍推廣應(yīng)用。目前物理處理方式主要應(yīng)用在大型企業(yè)中。

(3)生物處理。生物處理方式是近年來隨著生物工程技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)的新型高濃度有機(jī)廢水處理方式，相比物理和化學(xué)處理方式而言生物處理方式起步時(shí)間比較晚，實(shí)際應(yīng)用也較少，相比物理和化學(xué)處理方式生物處理方式的處理徹底程度更高，對(duì)環(huán)境也更友好，應(yīng)用潛力更大。但是由于生物處理方式在我國起步時(shí)間晚，目前我國對(duì)生物處理方式在高濃度有機(jī)廢水處理中的研究和應(yīng)用尚處于探索階段，對(duì)生物處理方式的處理效果、處理成本、技術(shù)設(shè)備等要素認(rèn)識(shí)還不足，因此目前在實(shí)際應(yīng)用中使用較少。

1.2 當(dāng)前物理、化學(xué)、生物處理方式存在的不足

高濃度有機(jī)廢水中通常有機(jī)物濃度高且可生化性差，單一采用某一種傳統(tǒng)的物理、化學(xué)或膜處理方式通常處理效果十分有限。現(xiàn)階段常用的物理和化學(xué)處理方式有：電催化法、二氧化氯氧化法、微電解法和臭氧催化法等，這些處理方式都屬于傳統(tǒng)處理技術(shù)范疇，存在處理成本高、處理效果較差和抗沖擊性弱等缺陷。當(dāng)前高濃度有機(jī)廢水的污染物濃度變得越來越高，成分也變得越來越復(fù)雜，污染濃度20000 mg/L以上的有機(jī)廢水已經(jīng)變得越來越普遍。傳統(tǒng)物理和化學(xué)處理方式在面對(duì)污染濃度20000 mg/L以上的有機(jī)廢水時(shí)主要采取延長反應(yīng)周期、擴(kuò)大反應(yīng)裝置規(guī)模和加大氧化劑使用量等措施，這就直接導(dǎo)致處理成本急劇上升，相比之下傳統(tǒng)物理和化學(xué)處理方式的處理效果顯得十分有限。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示統(tǒng)物理和化學(xué)處理方式對(duì)污染濃度20000 mg/L以上的有機(jī)廢水COD處理率不到30%，而且處理過程中還存在二次污染問題。

膜處理法作為新型的物理處理方式同樣面臨著處理效果有限的問題，而且膜處理法處理裝置建設(shè)成本高、對(duì)廢水的選擇性高，對(duì)處理環(huán)境的要求高，膜回收利用率低，處理后的濃縮廢水需要進(jìn)一步處理，所以膜處理法存在處理成本高且無法從根本上處理有機(jī)廢水的問題。膜處理法通常作為有機(jī)廢水處理的深度處理環(huán)節(jié)與其他處理技術(shù)搭配使用，如果膜處理前廢水處理不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致膜組件被污染，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明當(dāng)有機(jī)廢水中TDS明顯升高時(shí)就會(huì)造成膜處理的脫鹽率明顯降低并導(dǎo)致膜組件被堵塞、腐蝕和污染等，嚴(yán)重影響膜組件的使用壽命。

生化處理法在當(dāng)前高濃度有機(jī)廢水處理中同樣有著多種弊端，生化處理法對(duì)有機(jī)廢水中有機(jī)物含量要求較高，在中低濃度有機(jī)物廢水處理中效果較為理想，在處理高濃度焦化廢水、油脂廢水、酚類廢水時(shí)需要提前對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理和吸收才能取得較好的處理效果。在同時(shí)，厭氧環(huán)境下微生物生產(chǎn)繁殖速度緩慢，所以反應(yīng)器的啟動(dòng)需要較長一段時(shí)間，通常為7～13周，這就直接造成反應(yīng)器處理效率降低和處理成本升高。此外，在曝氣環(huán)節(jié)，由于曝氣池首部有機(jī)物濃度高且單位時(shí)間需氧量大，為了給微生物提供充足的氧氣就需要降低曝氣池首部廢水的有機(jī)物濃度，通常采用的措施是擴(kuò)大曝氣池首部容量，這就導(dǎo)致曝氣池的建設(shè)面積擴(kuò)大，直接導(dǎo)致了建設(shè)成本升高。在生化處理法中有機(jī)廢水污染物濃度和進(jìn)水量發(fā)生變化都會(huì)導(dǎo)致處理效果受到影響，因此生化處理法抵抗沖擊的能力較弱。

2 高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)展望

傳統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物處理方式在高濃度有機(jī)廢水處理中都存在明顯弊端，且處理效果也難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，因此近年來我國相關(guān)人員研究在挖掘和探索新型的高濃度有機(jī)廢水治理方式。

2.1 組合化發(fā)展方向

目前傳統(tǒng)物化法和生化法在處理高濃度有機(jī)廢水中各自存在一些弊端，例如：處理效果有限、處理成本高和存在二次污染等，導(dǎo)致我國高濃度有機(jī)廢水處理水平整體偏低，所以將現(xiàn)有物化法和生化法進(jìn)行組合搭配是未來高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)非常具有潛力的發(fā)展方向。組合化發(fā)展思路是將現(xiàn)有的物化法、生化法及其他處理技術(shù)組合搭配起來應(yīng)用，利用不同處理方式的優(yōu)勢達(dá)到理想的處理效果并有效節(jié)約處理成本。例如：物化預(yù)處理加生化處理組合法，生化法雖然處理成本低且處理效果比較徹底但是處理效率偏低，通過物理薄膜預(yù)處理可實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)廢水的初步凈化，然后運(yùn)用生化法進(jìn)一步對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行降解，如此可以大幅提升處理工藝的效率并有效節(jié)約處理成本。目前其他組合搭配方式還有：物理化學(xué)預(yù)處理加生化處理加深度處理組合法，厭氧酸化處理加好氧生化處理組合法，電催化氧化預(yù)處理加生化處理組合法等。這些組合搭配方式能有效彌補(bǔ)單一處理方式存在的不足，將有力推動(dòng)我國高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)水平整體提升。

2.2 資源化發(fā)展方向

高濃度有機(jī)廢水中往往富含大量的有機(jī)物成分，例如有機(jī)鹽等，從資源層面來看這些有機(jī)物成分就是具有回收再利用的資源，這些物質(zhì)倘若得不到有效回收再利用，不但加大了廢水處理工作的難度，處理工作量和處理成本，也會(huì)造成資源的浪費(fèi)。如果能夠在保證高濃度有機(jī)廢水處理達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)廢水中有價(jià)值成分的回收再利用就能在高濃度廢水處理中做到環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的有機(jī)融合。近年來這一理念在高濃度有機(jī)廢水處理領(lǐng)域得到了普遍認(rèn)可，隨著科技發(fā)展和污水處理技術(shù)換代升級(jí)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度有機(jī)廢水處理達(dá)標(biāo)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中有用成分的資源化再利用是未來高濃度有機(jī)廢水處理方式一個(gè)新的發(fā)展思路。

2.3 低成本化發(fā)展方向

無論何種高濃度有機(jī)廢水處理方式，處理效率是衡量其有效性的關(guān)鍵指標(biāo)，處理成本則是決定其能否得到有效應(yīng)用和推廣的要素，如果一種處理方式的處理效果很好但是處理設(shè)施建設(shè)投入成本很高，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用高那么該技術(shù)難以得到有效應(yīng)用和推廣。尤其是近年來隨著科技發(fā)展出現(xiàn)了一些新型的處理技術(shù)，這些技術(shù)雖然處理效果很好但是在實(shí)際工程化應(yīng)用中需要投入的建設(shè)成本和運(yùn)行管理成本很高，巨額的費(fèi)用對(duì)于一般企業(yè)而言是難以承受的，因此導(dǎo)致處理技術(shù)在企業(yè)中得不到有效應(yīng)用，嚴(yán)重制約了新型處理技術(shù)的有效應(yīng)用與推廣。近年來，我國在各個(gè)行業(yè)中倡導(dǎo)節(jié)約型發(fā)展理念，對(duì)于高濃度有機(jī)廢水處理領(lǐng)域而言亦是如此。因此低成本化是未來高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)在保證有機(jī)廢水處理效果和效率的同時(shí)，需要面臨的一個(gè)重要發(fā)展方向，高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)低成本化的實(shí)現(xiàn)一方面可以對(duì)現(xiàn)有處理技術(shù)的處理方案和操作流程進(jìn)行簡化和優(yōu)化，對(duì)現(xiàn)有處理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。

2.4 多元化發(fā)展方向

當(dāng)今社會(huì)處在一個(gè)科技快速發(fā)展的多元化時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)科技手段快速發(fā)展，依托于多元化的科技手段為高濃度有機(jī)廢水處理發(fā)展提供了新的思路，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析能力可以幫助相關(guān)人員對(duì)高濃度有機(jī)廢水污染物成分和處理結(jié)果等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效分析和深入解讀，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度有機(jī)廢水處理工作的精準(zhǔn)化控制管理，如此在保證高濃度有機(jī)廢水處理效果的基礎(chǔ)上能夠避免無謂的浪費(fèi)。同時(shí)，利用多元化科技手段能夠有效拓展高濃度有機(jī)廢水處理的寬度做到全局考慮，扭轉(zhuǎn)以前處理單純是降解的局限性，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)在有效處理有機(jī)廢水的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備管理、處理成本、資源化利用等要素的兼顧考慮從而有效提升高濃度有機(jī)廢水處理的全面性。多元化科技手段將有效推進(jìn)我國高濃度有機(jī)廢水處理整體邁向新的高度。

3 結(jié)語

我國高難度有機(jī)廢水處理技術(shù)應(yīng)用和研究起步時(shí)間較晚，目前相比世界發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。未來我國高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)著眼于組合化、低成本化、資源化和多元化發(fā)展思路不斷提升我國高濃度有機(jī)廢水處理水平從而為我國水環(huán)境安全穩(wěn)定奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。