化工合成高濃度有機廢水處理技術探究

安少鵬　曹國強

摘 要：水屬于人類日常生活不可或缺的資源之一，優質的水源能為居民生活提供保障，一旦水體造成污染，將誘發患者產生疾病，要求各領域加強水源保護。研究發現，化工合成高濃度有機廢水是造成水污染的重要原因，嚴重阻礙了生態文明建設貫徹落實，因此，減少高濃度有機廢水排放成為環境治理重點關注的對象，要求各化工企業意識到這類物質危害，提出科學處理方案。文章將分析化工合成高濃度有機廢水危害性及特征，探析高濃度有機廢水產生原因，分析高濃度有機廢水常用處理技術，為化工企業廢水處理提供參考。

關鍵詞：化工合成;高濃度;有機廢水

中圖分類號：X78 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.021

隨著我國科研力量提升，化學物質研究方向不斷拓展，越來越多新型有機材料被研制出來，部分化學物合成中會產生大量污染物質，一些化工企業為降低廢水處理成本，對高濃度有機廢水處理較為隨意，造成水污染等問題。高濃度有機廢水是指皮革制造業、材料制造業以及造紙制造業等行業排出的COD嚴重超標，已高于2 000 mg/L標準，這些廢水中包含大量化學物質，會對環境造成嚴重污染。

1 化工合成高濃度有機廢水概述

1.1 成分及特點

高濃度有機廢水中主要包含各類化工企業日常生產的附加物，成分極其復雜。有資料顯示，現階段，已知化工合成高濃度有機廢水中包括蛋白質、有機物以及碳水化合物等物質。如果這些廢水未經過過濾、萃取等一系列科學處理，便開始排放，污染物會迅速擴散，污染水體、土壤等，是環境污染的元兇。像重金屬、含氮物質等化學物質，性質及結構較為特殊，存在難降解的問題，如果這類污染物質進入水體容易使水體營養化，長期處于這種狀態，水中生物將難以生存[1]。另外，由于化工企業類別較多，部分廢水還包含易揮發物質，隨著廢水排放，液體產生有毒刺激性氣體，這些物質會降低空氣質量，甚至威脅大氣層。

1.2 危害

首先，如果化工合成高濃度有機廢水中含有易分解或易揮發的化合物，如果揮發或分解后產生強腐蝕性氣體，這些氣體進入空氣再經過高溫蒸發或風干，會造成有毒物質與空氣中顆粒結合，進入人體會對人體呼吸道造成嚴重危害，誘發呼吸道疾病。其次，如果高濃度有機廢水未經過濾便排放，容易造成污水與地下淡水或飲用水結合，如果人們飲用時未經過嚴格管控，這些毒素將在人體積累，對居民腎臟、血管等造成嚴重影響。研究發現，廢水中的化合物即使在后續得到處理，但其內部物質并不是百分之百處理干凈，仍然會有殘留，未全部消除，要消耗大量時間及成本。最后，高濃度廢水進入土壤后，會對土壤造成嚴重危害，部分土壤會出現板結，種植的農作物會大面積死亡，該地區短期內無法在此耕種，板結的土地嚴重影響作物吸收能力，影響了農民平均收入。后續處理工序較為復雜，處理較為困難，有機物難以實現綜合治理、降解，為現代社會發展造成了阻礙，也對工業化建設造成了一定局限。

2 化工合成高濃度有機廢水產生原因

2.1 化工企業環境保護意識差

高濃度有機廢水排放是產生水污染的重要原因，出現這種問題的主要原因是化工研究人員職業素養不強，缺乏環境保護意識，在日常工作中，并沒有將廢水或其他固體廢物排放放在首要地位，他們往往認為偶爾排放廢水并不會對環境造成影響，一旦這些廢水流出，必將造成大面積污染，如果后續未能給予及時治理，還會造成二次污染，這也暴露了部分化工企業未能嚴格約束工作人員，缺乏科學管理機制，缺少綠色生產意識和理念。

2.2 缺乏綜合全面的防治措施

高濃度有機廢水如何排放成為近年來我國重點關注問題，這一問題沒有相關標準及規范流程引導。目前，從企業對廢水綜合治理上看，防止污染擴散的前期準備不夠全面，相關措施不夠完善，部分措施存在應用不當的問題。

例如，在工業廢水排放前，根據廢水性質、成分等詳細劃分，部分企業在劃分后并未詳細歸類，也未明確后續應如何處理，由于各類化工企業產品不同，產生的廢水成分不同，處理方法也將出現較大差異[2]。研究人員并沒有詳細的排放方案及處理措施，多數企業選擇簡單過濾或凈化后開始排放，與國家相關標準相悖。

3 常用的化工合成高濃度有機廢水處理技術

3.1 物理處理技術

吸附法要充分利用疏松多孔類吸附劑完成廢水污染物收集，目前，化工企業常用的吸附劑包括活性炭、樹脂等物質，以印染企業生產產生的廢水為例，當這些廢水通入活性炭，能處理水體內部的有機物質，應用效果良好。而醫療廢水中會存在頭孢G酸類物質，這些物質可以利用樹脂處理，處理效果顯著，有研究人員通過實驗發現多種樹脂、多級串聯使用能完成醫療廢水處理，對頭孢G酸的處理效果顯著，消除率在95%以上，而CODCr消除率在90%以上。利用5%的氫氧化鈉科學處理樹脂后，可以幫助樹脂恢復吸附效果。吸附劑存在極限值，當達到一定吸附量后，效果將嚴重下降，嚴重阻礙后續處理工作開展。除此之外，吸附劑生產流程較為復雜，導致使用成本較高，使得該方法發展受限。

萃取法是通過某一溶劑分離溶解度不同、性質差異明顯的物質，處理時要向廢水中投放萃取劑，這些萃取劑多數不溶于水，對有機物溶解度更高，實現水、有機物分層現象。有研究人員嘗試將叔胺N235、乙苯以及煤油按比例混合，形成萃取劑，再將萃取劑投放至含有羧酸類有機化工廢水中使用，通過三次萃取，凈化效果在96%以上，如果將其用于苯酚類廢水處理上，可以嘗試使用脂肪酸甲酯處理，萃取效果達到99.94%，基本可以實現苯酚類物質循環利用[3]。

膜分離法要借助一定外力處理廢水，確保水中物質能通過薄膜達到凈化效果。通過處理城市廢水，發現超濾法有效率達95%以上。如果應用納米膜處理染料工業廢水，過濾效果可達96%，應用這種方法并不受pH值等因素影響。該方法具有使用成本低、操作簡便等特點，但容易產生結垢現象，影響后續處理效果。

3.2 厭氧生物技術

升流式厭氧污泥床工藝簡稱UASB，是將廢水放入反應器中處理，反應器涉及生物工藝條件、布水系統以及分離器等方面，在正常處理時，容器會將其中的化學成分轉化成顆粒極小的污泥。這種具有特殊功能的反應器，具有處理活性污泥反應的條件。通過該技術可以使用高濃度有機廢水中的物質，主要對象為污染物，并將其視為生物營養成分。數據顯示，該技術對化工合成高濃度有機廢水中的COD和BOD2處理效果在60%～80%。

IC反應器處理工藝屬于UASB的延伸，主要是采用串聯措施的UASB，研究發現，這種媒介含有COD濃度為30 000 mg/L～58 000 mg/L的高濃度有機廢水，通過一系列科學操作，能保證其排放情況符合我國污水排放標準。該裝置還能處理硫酸鹽，處理效果可達90%。

UBFT工藝技術屬于復合型廢水處理裝置，在處理中要設立過濾池、污泥床、厭氧裝置等，雖然為綜合性系統，但其具有空間使用小、建設成本低等優勢，與IC反應器處理法相比，其處理效率偏低。

3.3 厭氧好氧技術

與好氧或厭氧技術相比，這種組合形式的凈化工藝具有如下幾點優勢：

通過厭氧法能隔離廢水中存在的有機物及懸浮物，保證后續好氧法使用的質量和效率，不僅達到減輕好氧負荷目的，而且降低好氧法處理后的污泥量，減小了工藝及系統的反應容積。

厭氧工藝可在前處理工藝中發揮出平衡作用，在減少后期好氧法負荷波動上具有重要作用，這是好氧法減少需氧量，并保持其穩定性的重要方法，具有操作簡單、綠色環保等優勢[4]。

組合類型工藝，兩種方法具有相互協調、相互促進的作用，好氧處理時能夠促進厭氧代謝物降解。與單一方法相比，這種組合類型的工藝綜合治污能力更強、效果更好。在組合模式使用后，能讓高濃度有機廢水達到國家規定排放標準。從部分制藥廠方向看，利用組合處理能讓水COD值保持在3 700 mg/L～7 200 mg/L，工業廢水污染物消除率達70%，比單一方法提高了15%，該技術能完成氨氯物質消除，屬于化工污染處理中最經濟、最廣泛的處理技術。

3.4 電化學處理技術

內電解質法通常用作化工合成有機物廢水預處理，現階段內電解質法更側重理論研究，其應用效果屬于理想化模型，實際應用還有很大的提升空間。如果將電化學處理技術效用發揮至最大，要將廢水pH值控制在3～4。通過大量實驗經驗發現，電解時長應盡可能控制在45分鐘，在氨氮和COD處理上效果顯著，基本可以達到預期效果。如果pH值為4、電解時長為60分鐘、體積分數為0.1%，此時，COD去除率可達57.8%，高鹽去除率可達47%。

電凝聚電氣浮法的廢水處理效果的好壞與反應條件控制情況聯系密切，控制良好的反應條件狀態更加重要。如果將pH值控制至3.7、電極間距離為1 cm，應用100 mg/L氯化鈉，時間控制在50分鐘。基于這些條件，可以將去除率控制在60%左右[5]。

光電催化氧化法可以完成含有0.3 mg/L染料的污水處理，4分鐘就可以完成脫色，脫色率在95%以上，這種方法能促進污染物凈化，該方法在污水處理上具有廣闊的發展前景。

3.5 濕法催化氧化技術

與其他處理技術相比，該方法優勢突出，具有先進、高效的使用技術和與時俱進的發展思想。如果在化工合成有機物中使用該方法能推動高濃度有機廢水處理發展，為后續污水處理、環境保護夯實了基礎。該技術使用中要應用多種金屬材料，通過科學方法實現多樣化配比，這種方法有利于研究出優質、理想的吸附催化手段，即活性炭催化劑。選用多種金屬原因在于它們的性質存在差異，能夠綜合處理化工合成有機物廢水。

3.6 焚燒處理技術

將廢水的污染分子轉化成無公害因子屬于化工合成高濃度有機廢水處理，通常選用中和、沉淀以及氧化還原等方法處理。以焚燒法為例，化工企業準備好處理設備，通過高溫讓高濃度有機廢水通過氧化分解法發生分解，形成水、氣體以及有機物和鹽類等物質，數據顯示，這種方法的COD消除率接近100%，目前廢水焚燒裝置包括回轉窯焚燒爐、液體噴射爐以及流化床焚燒爐等，利用煤、油等能源加熱前兩種設備，溫度可達1 500 ℃，焚燒會產生NOX，嚴重影響環境，通過第三種設備能將溫度控制到850 ℃，減少有毒氣體排放。

3.7 水解酸化技術

水解酸化技術是以兩性厭氧理論作為支撐而誕生的處理技術，屬于厭氧與好氧之間的一種廢水處理技術，現階段，多數化工企業開始應用該方法作為高濃度有機廢水預處理方法，水解廢水中存在的有機物。

水解酸化法主要借助酸化菌、水解細菌等發揮作用，處理有機廢水中難以通過生物技術降解的有機大分子物質，形成易于生物降解的有機小分子;將難溶性有機物水解成溶解性有機物。如果在水解酸化技術中應用適用性強、代謝強度高以及繁殖速度快的兼性厭氧菌，能提高處理效率。

3.8 霧化處理技術

霧化處理技術使用較多的場所是醫院，使用霧化處理技術治療支氣管疾病，通過控制壓力、氣體等方式作用于細小顆粒，在高濃度有機廢水處理上常用超聲波霧化方式，通過調節振蕩頻率，產生共振效應，使物質表面形成凸起，預留細小縫隙，讓各物質發生作用，利用振動使其霧化成為1 nm～3 nm的細小顆粒，達到處理效果。

3.9 泥床處理技術

泥床處理技術也是常見的廢水處理形式之一，在高濃度有機廢水中具有一定使用價值。技術原理是通過土壤泥床特性處理廢水。以某三層土壤應用為例，第一層土壤可用于高濃度有機廢水中有機物或雜質的初步篩選，實現過濾效果，讓水中雜質脫離水體。原因在于該層土壤含有大量可降解物質，能實現土壤全面凈化處理;第二層要融入有機物處理成分，讓過濾后的廢水在第二層實現再次凈化;第三層要根據廢水中物質的性質進行處理，先消除高濃度有機廢水的腐蝕性，再全面應用。監測處理得到的廢水，其中包括工業用水或生活用水，如果污染物含量較低，可以實現二次使用。

4 結語

隨著我國工業化建設迅速發展，化工企業發展逐漸成為我國經濟提升的重要支撐，為給人類提供更加舒適的生活條件和環境，必須積極踐行生態文明建設理念，加強高濃度有機廢水控制，實施全面、綜合治理，根據企業污染物性質、特點及情況，選擇恰當的廢水處理技術，要與國家排放標準始終保持一致，排放區域遠離飲用水資源區，避免污水進入居民生活。優質、科學的處理手段能提高廢水處理率，避免環境污染，推動我國化工行業實現綠色、環保、可持續發展。

參考文獻

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[2] 許新兵.試析化工合成中的高濃度有機廢水處理技術[J].當代化工研究，2021（9）：104-105.

[3] 宣逸安.化工合成中高濃度有機廢水處理技術[J].化工設計通訊，2019（6）：98-99.

[4] 祝乃龍.化工合成中高濃度有機廢水處理技術[J].建筑工程技術與設計，2018（33）：4483.

[5] 李煜，靳薈.簡議化工合成工程中的高濃度有機廢水處理技術[J].中國化工貿易，2017（28）：79.

作者簡介：安少鵬（1983—），男，山東濟南人，本科，助理工程師，研究方向：環境工程治理。曹國強（1981—），男，山東濟寧人，本科，助理工程師，研究方向：環境工程治理。