化工企業污水處理技術方法研究與應用

王 榮

（運城市生態環境保護綜合行政執法隊，山西 運城 044000）

0 引言

水資源是人類賴以生存的重要資源，其重要性不言而喻。當前化工行業飛速發展，企業用水量不斷增加，與生活污水相比，化工企業排放的污水成分復雜，部分有毒有害物質難以分解處理，對自然環境以及人類身體健康帶來了嚴重的影響，給此需要采用物理、化學、生物等多種處理方式對化工污水進行處理，提高污水質量[1]。

1 物理處理法

顧名思義，該類方法采用物理方式對化工企業污水進行處理，實現不同物質成分的分離，其中常見的有過濾法、重力法、離心機法以及滲透膜分離法等等。物理處理法操作簡單、成本較低，適合去除化工污水中的懸浮物質，多作為化工污水的預處理方法。

1.1 過濾法

該方法通過外力將固相物質與其他成分予以分離。一般對化工污水進行粗粒化處置，利用橡膠顆粒、石英砂等過濾填充材料進行過濾分離。

1.2 重力沉淀法

化工污水成分不同，在重力作用下發生自由沉降，該方法方便快捷，在石油化工污水處理中應用較為廣泛。在實際中也可以加入特定的沉淀劑，提升化工污水懸浮顆粒的凝結速度。

1.3 離心機分離法

將化工污水注入高速旋轉的離心機，污水中不同密度的成分在離心力作用下會發生差異沉降，不同成分的污水從離心機的不同出口排出，實現不同成分的分離。

1.4 滲透膜分離法

如圖1-1 所示，應用分離膜的選擇分離作用，實現化工污水原料中不同成分的分離。滲透分離膜的孔徑可以達到微米級別，其中微濾膜孔徑在1 μm 以下，過濾精度較高，常見的有聚偏氟乙烯微濾膜、聚氯乙烯微濾膜等。目前超濾膜技術在化工污水中應用較為常見，其孔徑范圍是0.001～0.2 μm，其污水雜質截留能力在100 00～50 000 Da 范圍內。如圖1-2 所示，在壓力作用下，化工污水原液從超濾膜的一面進入另一面，實現雜質的有效分離。

圖1 原理示意圖

2 化學處理法

基于不同物質之間的中和、氧化還原等化學反應去除化工污水中的溶解態、膠體態成分?；瘜W處理法能夠去除污水中的重金屬、劇毒等成分，但成本相對較高，且容易發生二次污染。

2.1 混凝沉淀

將鋁鹽、鐵鹽等混凝劑放入化工污水中，污水中的金屬離子被化學藥劑膠體離子吸附并發生凝聚形成大顆粒穩定物，實現金屬離子的有效分離。

2.2 中和法

根據化工污水的酸堿性程度，選擇不同的化學試劑進行調和，使其酸堿度變弱并轉為中性，減少污水對環境的污染和破壞。實際中藥劑中和、酸堿廢水相互中和等方法應用較為廣泛。

2.3 化學轉換法

通過添加化學試劑或者外接電源等方式，與污水發生氧化還原反應或者電化學反應，將污水中的有毒成分轉化為無毒成分。其中電化學氧化法是利用電流的作用將污水中的有機物氧化，尋找高效且具有經濟效益的電極材料是業內研究的關鍵。微電解技術基于化學原理，通過介質、污水中的金屬離子相互結合，形成化合物吸附污水中的雜質成分，其工業應用流程見圖2 所示[2]。在微電解氧化還原過程中，鐵和碳是重要的元素，二元素化學反應后可形成電池，工業污水則作為電解液，通過鐵碳電極反應、鐵離子的凝合以及氧化還原作用降解化工污水，因此也稱為鐵碳微電解技術。鐵屑是微電解中最常見的原料，碳化鐵是其中微小的顆粒，腐蝕性低，將鑄鐵屑放入酸性廢水中，純鐵為陽極、其他雜質碳化物為陰極，形成原反應池并發生電極反應，其中陽極反應式為陰極反應式為

圖2 微電解技術在化工廢水中的應用流程示意圖

鐵碳微電解法在處理污泥、重金屬等方面應用較廣，研究顯示對于pH值為4.5 的工業污水，當鐵投入量40 g/L、鐵碳質量比為1∶1 時，4 h 后鐵碳去除率超過50%?；て髽I的印染廢水雜質成分復雜，pH值變化范圍大，COD 濃度高，應用微電解技術能夠吸附污染物、調節酸堿度。微電解技術通過置換反應能夠降低廢水中高毒性金屬的濃度。金屬鐵在酸性溶液中容易失去電子，可以將其作為替代金屬去除沉積物，以銅為例，其反應方程式為：Cu2++Fe=Fe2+Cu↑，該反應可以將高價毒性離子降低為低毒性物質，進而達到降低化工污水毒性的目的。部分學者實驗研究分析了不同微電解、氧化等工藝對工業廢水的去除效果，其對比結果見表1 所示，根據實驗得出了微電解的最佳反應條件：初始pH=3，反應時間為3 h[3]。

表1 不同工藝對某化工廠污水COD 濃度的對比效果

針對傳統微電解處理技術難以滿足現代化工污水處理效率的問題，人們開始將其他金屬加入到原有鐵碳微電解體系中，增強催化反應。比如將球狀填料替換傳統鐵屑填料，并輔以催化劑，或者采用羧甲基纖維素為質孔劑，基于鋁碳微電解法處理酸性廢水，再或者將錳粉等強催化性質的金屬物質置入鐵碳微電解填料中以改善其性能。

3 生物處理法

生物處理法利用微生物對化工污水中的有機物進行降解，成本低、效果佳且具有資源回收性，在我國化工企業中應用較為廣泛。

3.1 好氧生物處理法

利用好氧微生物的新陳代謝功能將化工污水中的有機成分降解為水和CO2，常見的處理方式為活性污泥和生物膜法。其中活性污泥法采用曝氣、多點進水等方式將活性污泥與污染物均勻混合，化工污水中的污染物被污泥顆粒吸附并被微生物降解，與此同時活性污泥得以繁殖。常見的活性污泥工藝包括吸附-生物降解工藝、氧化溝法等。生物膜法則是在有氧條件下，將富集好氧菌等微生物的生物膜附著在填料上，由內到外分別為厭氧層、好氧層、附著水層、流動水層?；の鬯械挠袡C物被吸附后并逐步降解，流動水將退化的生物膜沖掉確保新的生物膜形成。

基于生物增效技術構建生物浮床、優選生物增效材料，提升化工污水的處理效率。比如將生物浮床設置為矩形，能夠保證多個浮床拼接時不會形成較大空隙，進而提升對水體內部的利用率。浮床框體四周以及底部封閉，浮箱內部用錯位隔板分割成“S“形空間，以增加化工污水與浮床的接觸時間?？蝮w底部安裝緩沖材料，上部放置篩網，網上填充掛膜填料，植物種植板放置在填料基質上方，種植浮游植物。生物浮床填料是菌膜生物附著繁殖的理想載體，生物膜以及浮床植物能夠消耗污染物，另外曝光增氧能夠提微生物的生物活性，基于生物增效技術的污水處理模型如圖3所示[4]。

圖3 基于生物增效技術的污水處理模型

3.2 厭氧生物處理法

在無分子態氧的情況下，利用厭氧微生物對污水有機物進行代謝降解，Bryant 的“三階段理論”以及Zeikus 的“四類群理論”對其技術原理進行了詳細的闡述。厭氧處理需經歷水解發酵、產氫產乙酸以及同型產乙酸菌等關鍵階段，其原理見圖4 所示，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示四類群理論的不同階段。厭氧生物處理法對于聯苯、喹啉等難降解的有機物有著較好的處理效果，該方法氮磷營養物質需求量少、能耗低、應用范圍廣，能夠顯著改善化工污水的可生化性。但是其缺點在于厭氧菌培育周期長且對環境變化較為敏感，運行調控條件要求高，因此多與好氧生物處理法聯用[5]。

圖4 厭氧生物處理原理示意圖

3.3 組合處理法

厭氧-好氧聯合工藝首先應用厭氧技術降低化工污水中有機物的濃度，緩解水質波動對好氧生物反應器的沖擊。厭氧工藝處理過程中產生的甲烷可以再利用，確保廢物資源化。厭氧-好氧聯合工藝充分發揮了不同微生物的系統作用，能夠去除大多數的酚類等難降解有機物，對揮發酚等成分的去除率高達97%[6]。

零價鐵耦合厭氧處理工藝充分應用了Fe0（零價鐵）的強還原性，將Fe0置入厭氧反應器中，能夠顯著改善其性能。Fe0在酸性條件下腐蝕生氫有助于氫營養型產甲烷菌的富集，Fe0能夠中和pH 值、降低ORP，為氫營養型菌群創造良好的環境，與此同時Fe0氧化還原反應后生成的Fe2+以及Fe3+是厭氧型菌群的重要營養成分。

電化學-生物法偶合工藝融合了電化學法以及微生物法的優勢，在高效去除化工污水難降解物質的同時，強化了生物酶的活動，加速了微生物的代謝。在Fe0-厭氧菌群體系中增加外加電場，能夠加速離子的轉移，提升生物化學反應效率，且可有效避免Fe0的銹蝕板結問題。

4 結語

化工企業在生產過程中不可避免地會產生工業污水，對化工污水進行相關處理達到標準后才能夠進行排放。物理分離、化學分離、生物分離技術優劣性各異，單一的污水處理技術具有一定的局限性。化工企業在污水處理過程中可采用綜合處理方法，提升污水處理質量，降低污染物的排放。