工業(yè)有機(jī)廢水深度處理技術(shù)研究

杭利斌

（浙江興興新能源科技有限公司，浙江 嘉興 314201）

隨著人類工業(yè)活動(dòng)的不斷增加，大量有機(jī)廢水的排放對環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。有機(jī)廢水中含有大量的有機(jī)物質(zhì)和重金屬離子，直接排放將對周圍的水體和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。因此，深度處理工業(yè)有機(jī)廢水成為一項(xiàng)重要的研究領(lǐng)域。

1 工業(yè)有機(jī)廢水的特性及環(huán)境危害

1.1 工業(yè)有機(jī)廢水的來源和組成

工業(yè)有機(jī)廢水是指工業(yè)生產(chǎn)過程中，含有大量有機(jī)物質(zhì)的排放廢水。這類廢水最常見的來源是化工、制藥、印染等行業(yè)。工業(yè)有機(jī)廢水的組成復(fù)雜多樣，一般包括有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)鹽和重金屬等。

有機(jī)物質(zhì)是工業(yè)有機(jī)廢水的主要組成部分，包括各種有機(jī)化合物、石油化學(xué)產(chǎn)品、合成樹脂、塑料等。這些有機(jī)物質(zhì)具有毒性、難降解等特點(diǎn)，直接排放到環(huán)境中，會嚴(yán)重影響水體生物的生存和繁殖，增加氧化還原過程中耗氧量，威脅到水體生態(tài)平衡。

除了有機(jī)物質(zhì)之外，工業(yè)有機(jī)廢水中還含有大量無機(jī)鹽和重金屬離子，如氯化物、銅、鋅、鉛、汞等元素和化合物，其中大部分具有毒性、生物累積性。直接被排放到環(huán)境中，會對水體和周圍的土壤造成嚴(yán)重污染和生態(tài)破壞。

1.2 工業(yè)有機(jī)廢水對環(huán)境的影響和危害

1.2.1 水體污染

工業(yè)有機(jī)廢水中含有大量的有機(jī)物質(zhì)和重金屬離子，直接排放到水體中會對水生生物和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化、水質(zhì)惡化，甚至形成死水區(qū)，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致水體生物滅絕。

1.2.2 土壤污染

工業(yè)有機(jī)廢水中含有多種物質(zhì)，其中重金屬離子、有機(jī)物質(zhì)等成分容易滲透到土壤中，對土壤質(zhì)量造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害，形成土壤污染。同時(shí)，還會影響地下水的質(zhì)量，威脅人類健康。

1.2.3 大氣污染

工業(yè)有機(jī)廢水中的含氣物質(zhì)在處理過程中會釋放出有毒氣體，因此處理廢水時(shí)要防止氣體泄漏。若氣體泄漏到大氣中會引起空氣污染，造成人和動(dòng)植物的健康風(fēng)險(xiǎn)。

2 傳統(tǒng)處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 傳統(tǒng)生物處理技術(shù)的原理和應(yīng)用

2.1.1 傳統(tǒng)生物處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)。①成熟可靠：傳統(tǒng)生物處理技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過多年的發(fā)展和實(shí)踐，具備相對成熟的工藝和操作經(jīng)驗(yàn)。②處理效率高：對于適合生物降解的有機(jī)廢水來說，傳統(tǒng)生物處理技術(shù)能夠高效率地去除有機(jī)物質(zhì)，降低COD（化學(xué)需氧量）等污染物濃度。③技術(shù)簡單：傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)相對簡單，不需要復(fù)雜的設(shè)備和條件，操作維護(hù)成本較低。④對部分有機(jī)污染物適用性廣：對于容易被微生物降解的有機(jī)物質(zhì)，生物處理技術(shù)具有較好的適用性。

（2）缺點(diǎn)。①受環(huán)境因素影響：傳統(tǒng)生物處理技術(shù)對環(huán)境溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)等環(huán)境因素較為敏感，處理效果易受到影響。②處理時(shí)間較長：相對于其他一些處理技術(shù)，傳統(tǒng)生物處理技術(shù)的處理時(shí)間較長，需要較長的停留時(shí)間來實(shí)現(xiàn)降解有機(jī)物質(zhì)。③需要較大面積的處理設(shè)施：傳統(tǒng)生物處理技術(shù)通常需要占用較大的土地面積，對于土地資源有一定要求。

2.1.2 傳統(tǒng)生物處理技術(shù)的原理

傳統(tǒng)生物處理技術(shù)主要利用微生物的降解代謝作用來處理廢水。在這些反應(yīng)器中，含有大量微生物，與廢水進(jìn)行接觸和反應(yīng)。微生物通過吸附、吸收、代謝等過程，將廢水中的有機(jī)物質(zhì)分解為無機(jī)物質(zhì)和水，從而去除有機(jī)污染物。

2.1.3 傳統(tǒng)生物處理技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)生物處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水和城市污水的處理。活性污泥法在污水處理中被廣泛采用，用于處理城市污水；生物濾池常被用于處理工業(yè)廢水，如食品加工、制藥、造紙等行業(yè)的廢水處理。傳統(tǒng)生物處理技術(shù)還可以結(jié)合其他處理方法，如物化處理和化學(xué)處理，以提高處理效果。

2.2 傳統(tǒng)化學(xué)處理技術(shù)的原理和應(yīng)用

2.2.1 傳統(tǒng)化學(xué)處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)。①處理效果穩(wěn)定；②適用性廣泛；③處理速度快。

（2）缺點(diǎn)。①高成本；②生成二次污染物；③操作復(fù)雜度高。

2.2.2 傳統(tǒng)化學(xué)處理技術(shù)的原理

傳統(tǒng)化學(xué)處理技術(shù)利用化學(xué)反應(yīng)來改變廢水中污染物的性質(zhì)，使其發(fā)生沉淀、氧化、還原等反應(yīng)，從而去除廢水中的污染物。常見的傳統(tǒng)化學(xué)處理方法包括混凝、沉淀、氧化、還原、離子交換等。

2.2.3 傳統(tǒng)化學(xué)處理技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)化學(xué)處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的廢水處理和污染物去除。例如，混凝劑的添加可以促使懸浮顆粒、膠體顆粒等在廢水中聚集成較大的沉淀物，實(shí)現(xiàn)固液分離；氧化劑的使用可以通過氧化反應(yīng)將有機(jī)物質(zhì)降解成較簡單的化合物；離子交換劑則可以用于去除廢水中的金屬離子等。

2.3 傳統(tǒng)處理技術(shù)存在的挑戰(zhàn)和局限性

（1）技術(shù)水平相對滯后。傳統(tǒng)處理技術(shù)大多屬于較早期的技術(shù)方法，與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展相比，技術(shù)水平相對滯后。

（2）低效能耗高。傳統(tǒng)處理技術(shù)通常需要耗費(fèi)較高的能源，并且使用大量化學(xué)試劑和媒介物，造成能耗較高，資源消耗較多。

（3）二次污染問題。在傳統(tǒng)處理過程中，可能會產(chǎn)生沉淀物、難以降解的副產(chǎn)物等二次污染物。

（4）應(yīng)對特殊污染物困難。傳統(tǒng)處理技術(shù)對于某些特殊的污染物，如持久性有機(jī)污染物、重金屬等處理效果較差，難以徹底去除。

（5）環(huán)境適應(yīng)性有限。傳統(tǒng)處理技術(shù)對環(huán)境因素的適應(yīng)性相對較低，例如溫度、pH 等環(huán)境條件的變化可能會影響處理效果。

（6）對人力資源需求較高。傳統(tǒng)處理技術(shù)的操作過程相對復(fù)雜，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作和管理。

3 深度處理技術(shù)的現(xiàn)狀和應(yīng)用

3.1 膜分離技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

膜分離技術(shù)是利用特殊的膜過濾材料對廢水進(jìn)行分離、濃縮等處理的過程。根據(jù)膜材料的不同，可以將其分為微濾、超濾、納濾和反滲透等幾種類型。

（1）深度處理。膜分離技術(shù)可以作為二級處理工藝，進(jìn)一步提升廢水的處理效果，去除微小懸浮物、膠體物質(zhì)和溶解性有機(jī)物等。

（2）回收利用。通過膜分離技術(shù)處理后的水可以直接回收利用，如作為冷卻水、鍋爐補(bǔ)給水等。

（3）濃縮和分離。膜分離技術(shù)可以對廢水中的有價(jià)值物質(zhì)進(jìn)行濃縮和分離。如對電鍍廢水中的重金屬進(jìn)行回收，同時(shí)減少了廢水排放和處理的成本。

（4）海水淡化。膜分離技術(shù)也可以應(yīng)用于海水淡化處理，通過反滲透膜分離技術(shù)可以將海水中的鹽分和其他雜質(zhì)分離出來，得到淡水。

雖然膜分離技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用越來越廣泛，但也存在一定的挑戰(zhàn)和問題。如膜污染問題、膜壽命問題、能耗過高問題等，需要結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)措施進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

3.2 吸附技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

吸附技術(shù)作為一種有效的深度處理技術(shù)，在廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。吸附技術(shù)利用吸附劑將廢水中的污染物吸附到表面，從而實(shí)現(xiàn)廢水的凈化和去除有害物質(zhì)的目的。

（1）活性炭吸附?；钚蕴渴且环N常用的吸附劑，其具有高比表面積和良好的吸附性能。它可以吸附有機(jī)物、重金屬、氯化物等廢水中的污染物，從而提高廢水的凈化效果。

（2）生物活性吸附。生物活性吸附是將微生物固定在載體上，通過微生物的新陳代謝活性和生物吸附作用來去除污染物。這種技術(shù)可以高效地去除廢水中的有機(jī)物、氨氮、重金屬等，且能夠?qū)崿F(xiàn)生物處理和吸附的優(yōu)勢結(jié)合，具有很高的應(yīng)用潛力。

（3）離子交換吸附。離子交換吸附是利用具有特定功能基團(tuán)的吸附劑對廢水中的離子進(jìn)行選擇性吸附。它可以實(shí)現(xiàn)對嚴(yán)重污染的重金屬離子、硝酸鹽、磷酸鹽等的高效去除，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中。

（4）納米吸附材料。納米吸附材料具有極高的比表面積和出色的吸附能力，能夠高效地去除微小顆粒、重金屬離子和有機(jī)物等污染物。其應(yīng)用領(lǐng)域包括廢水處理、水源凈化和環(huán)境修復(fù)等。

吸附技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用有助于解決廢水中的污染物問題，提高廢水的凈化效果。同時(shí)，吸附技術(shù)具有操作簡單、成本低廉、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，使其在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛推廣。然而，吸附后的廢物處理、吸附劑再生等問題仍需要進(jìn)一步解決和改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)吸附技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

3.3 其他深度處理技術(shù)的研究進(jìn)展

（1）氧化技術(shù)。氧化技術(shù)包括高級氧化技術(shù)（如臭氧氧化、過氧化氫氧化等）和光催化氧化技術(shù)。這些技術(shù)可以通過產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑，如羥基自由基和超氧陰離子等，來迅速降解廢水中的有機(jī)物和有害物質(zhì)。

（2）膜分離技術(shù)。膜分離技術(shù)包括微濾、超濾、納濾和反滲透等，利用不同孔徑的膜對廢水進(jìn)行篩選和分離，從而去除懸浮固體、膠體顆粒、溶解物質(zhì)和離子等。

（3）生物處理技術(shù)。生物處理技術(shù)是利用微生物對廢水中的有機(jī)物和污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化的過程。

除了以上幾種技術(shù)，還有諸如電化學(xué)處理、發(fā)酵技術(shù)、超聲波技術(shù)等深度處理技術(shù)也在不斷研究和發(fā)展。這些技術(shù)的進(jìn)一步完善和集成，有望為廢水處理提供更高效、環(huán)保和可持續(xù)的解決方案。

4 實(shí)驗(yàn)研究及結(jié)果分析

4.1 實(shí)驗(yàn)廢水

在實(shí)驗(yàn)中，使用實(shí)際工業(yè)產(chǎn)品，包括2-（4-溴甲基苯基）丙溴、2-氨基-2-苯基丁酸和阿米酸等幾十種工業(yè)有機(jī)廢水作為處理對象。通過系統(tǒng)深度處理，對部分工業(yè)有機(jī)廢水進(jìn)行前后水質(zhì)檢測。

4.2 深度處理技術(shù)的實(shí)驗(yàn)過程

“萃取+共沸-水蒸氣精餾+改性活性污泥法+芬頓氧化”系統(tǒng)新技術(shù)用于處理工業(yè)有機(jī)廢水的過程中，采用甲苯、二甲苯等有機(jī)萃取劑進(jìn)行萃取，將有機(jī)廢水中不能形成共沸的有機(jī)物萃取出來；隨后向有機(jī)廢水或經(jīng)萃取后的廢水中加入共沸劑并通入飽和水蒸氣，使有機(jī)物和水形成共沸氣體而逸出，經(jīng)過冷凝分離和采出有機(jī)物再次利用；同時(shí)通過臭氧氧化、高溫和酸性等化學(xué)改性，添加活性炭、磁粉和靜電處理等物理改性，使活性污泥中細(xì)菌種群中的目標(biāo)菌成為優(yōu)勢菌，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)污染物去除效果；最后，在進(jìn)行廢水深度處理后，加入亞鐵離子或高氯酸等催化劑，去除剩余微生物等物質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)廢水深度處理的目的。工業(yè)有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)技術(shù)的處理過程原理邏輯如圖1所示。

圖1 工業(yè)有機(jī)廢水深度處理技術(shù)原理邏輯

在實(shí)驗(yàn)中，按照上述技術(shù)原理建立了水處理裝置，并將實(shí)際工業(yè)有機(jī)廢水投入裝置進(jìn)行處理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，部分廢水的處理后水質(zhì)情況列入表1。因此，“萃取+共沸-水蒸氣精餾+改性活性污泥法+芬頓氧化”系統(tǒng)新技術(shù)對傳統(tǒng)污水處理技術(shù)進(jìn)行了顛覆性的改進(jìn)。該技術(shù)具有投資少、操作簡便、效果穩(wěn)定和易于推廣等特點(diǎn)，解決了長期以來困擾相關(guān)行業(yè)廢水處理的技術(shù)難題，并帶來了廣泛的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與比較

采用“萃取+共沸-水蒸氣精餾+改性活性污泥法+芬頓氧化”等多種技術(shù)構(gòu)成的工業(yè)有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)，適用于化工產(chǎn)品生產(chǎn)、醫(yī)藥和農(nóng)藥合成、生物產(chǎn)品制備等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的有機(jī)廢水深度處理。萃取技術(shù)利用甲苯、二甲苯、石油醚等有機(jī)萃取劑將有機(jī)廢水中不能形成共沸的污染物萃取出來；共沸-水蒸氣精餾技術(shù)則采用共沸劑和飽和水蒸氣，使廢水中的有機(jī)物和水形成共沸氣體而逸出，并通過冷凝器分離和采出有機(jī)物再次利用；改性活性污泥處理技術(shù)通過化學(xué)、物理和生物改性，使活性污泥細(xì)菌種群的目標(biāo)菌成為優(yōu)勢菌，從而實(shí)現(xiàn)去除目標(biāo)污染物的預(yù)期。經(jīng)過深度處理后的廢水可以作為生產(chǎn)工藝中的一般水使用，實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo)。

5 結(jié)束語

工業(yè)有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)技術(shù)的研究對于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過采用萃取、共沸、活性污泥法、化學(xué)改性和催化劑等多種處理方法，可以有效去除工業(yè)有機(jī)廢水中的有害物質(zhì)和污染物，并達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。需要綜合運(yùn)用多種處理方法并注重實(shí)踐應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)對工業(yè)廢水的高效凈化和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。