化工废水污染状况及主要处理对策探析

化工废水污染状况及主要处理对策探析

摘 要：本文针对化工废水的基本特征和处理现状，指出了化工废水的各种处理方法，并简要的列出了各种方案的具体应用，最后结合臭氧氧化技术及其联用技术，对化工废水常用处理新技术发展趋势进行了综述。
近些年，随着经济的发展，化工废水对环境的污染加剧，化工产品生产过程中排放的大多都是结构复杂、有毒有害和生物难以降解的有机物污染物质，处理的难度大. 高效、低成本处理化工废水的新工艺、新技术成为目前研究的重点之一。
1 化工废水相关概述
1.1 化工废水的水质特点
化工废水对环境造成的污染危害，以及应采取的防治对策，取决于化工废水的特性，即污染物的种类、件质和浓度。化工废水的水质特征，不单依废水类别而异，往往因时因地而多变。化工废水的特点主要表现为：排放量大；组成复杂；污染严重。不同的化工废水，其水质差异很大。以化学需氧量力例，较低的也决250 ～ 3500mg/L 之间，高的常达每升数万毫克，甚至几十万毫克；另外，有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等，可生化性差，废水色度高。
1.2 化工废水处理的特点
针对性强，技术变化多。主要技术有隔油、气浮、混凝、沉淀、重力过滤和膜过滤、活性炭吸附、臭氧氧化、离子交换、电解、电渗析、反渗透等专用技术来分离减少化工废水中的油、色、重金属、有毒有害物质，在化工废水治理中也常常用到水解酸化、接触氧化、表面曝气、纯氧曝气、厌氧和好氧活性污泥法等生化技术。
现代化工废水处理技术，习惯上按作用原理，可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法四大类。化工废水中的污染物质是多种多样的，不能设想只用一种处理方法，就能把所有污染物质去除殆尽。一种废水往往要采用多种方法组合成的处理工艺系统，才能达到预期要求的处理效果。
2 化工废水常用的处理技术
2.1 物理方法
物理方法如均和调节、沉淀、蒸发、蒸馏、离心分离、过滤、膜技术等。废水物理化学处理法是废水处理方法之一种。系运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。它是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统，或是包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、电解、电渗析、离子交换、反渗透等。如为去除悬浮的和溶解的污染物而采用的化学混凝——沉淀和活性炭吸附的两级处理，是一种比较典型的物理化学处理系统。和生物处理法相比，此法优点：占地面积少；出水水质好，且比较稳定；对废水水量、水温和浓度变化适应性强；可去除有害的重金属离子；除磷、脱氮、脱色效果好；管理操作易于自动检测和自动控制等。化工废水中若含有大量悬浮物时，对于粗大悬浮物可用格栅、滤网等设施去除；而对于细小的可沉悬浮物，可考虑用沉砂池和沉淀池去除。去除悬浮物一方面减少了污染物，另一方面保护了后续的处理设施。典型的物化处理方法如：膜分离技术，膜分离过程具有能耗低、单级分离效率高、工艺简单、不污染环境等特点，在废水处理中可实现水的闭路循环，除污的同时变废为宝，是符合可持续发展战略的绿色技术。膜分离技术主要包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)和电渗析等；废水萃取处理法，废水萃取处理法是利用萃取剂，通过萃取作用使废水净化的方法。根据一种溶剂对不同物质具有不同溶解度这一性质，可将溶于废水中的某些污染物完全或部分分离出来。向废水中投加不溶于水或难溶于水的溶剂(萃取剂)，使溶解于废水中的某些污染物(被萃取物)经萃取剂和废水两液相间界面转入萃取剂中。
2.2 化学方法
化学方法如氧化还原、中和、化学沉淀、电解等。氧化还原法是利用溶解于废水中的某些有毒有害物质，在氧化还原反应中能转化成无毒无害的物质，中和法是利用酸碱中和以调整废水中的pH 值，使废水达到中性。中和的方法有利用酸性废水和碱性废水互相中和，或利用酸、碱性废物来中和碱、酸性废水，也有采用加入适当的滤料使废水在过滤过程中得到中和；化学沉淀法一般用于处理含重金属离子的工业废水，其基本原理是向废水中投加某种化学物质，使它和其中某些溶解性物质发生反应、生成难溶盐沉淀下来；电解法也是一种氧化还原方法，它利用废水中的离子在电解槽的阴阳两极发生氧化还原反应而生成新物质，从而降低废水中的有毒物质浓度。
2.3 生物处理法
生物处理法是利用微生物来降解废水中污染物的方法。其主要优点是处理效率高、成本低，出水水质一般可达到排放标准。基本方法有活性污泥法、生物膜法、生物稳定法、厌氧生物技术等。典型的化工处理工艺如下：曝气生物滤池(Biological Aeration Filtration)，就是在生物滤池处理装置中设置填料，通过人为供氧，使填料上生长大量的微生物。曝气生物滤池由滤床、布气装置、布水装置、排水装置等组成。曝气装置采用配套专用曝气头，产生的中小气泡经填料反复切割，达到接近微控曝气的效果。由于反应池内污泥浓度高，处理设施紧凑，可大大节省占地面积，减少反应时间。
(1)改良性A2/O 综合了A2/O 工艺和改良UCT 的优点，有着良好的生物脱氮除磷效果，脱氮能力高于 A2/O 工艺。改良A2/O 工艺处理流程简图如下：
改良性A2/O 流程图技术特点与优势：出水水质高，改良 A2/O 工艺工艺原理是针对高效生物脱氮除磷，工艺运行可，节省化学药剂使用。运行管理方便 ， 改良 A2/O 工艺抗冲击负荷能力强，运行稳定。
(2)改良型氧化沟改良型氧化沟在工艺上，是根据废水水质的不同组合成不同比例的厌氧－好氧－缺氧(厌氧)－好氧－缺氧－好氧的生物处理工艺。这种流程不但有良好的脱氮除磷效果，而且在厌氧和缺氧条件下能把大分子量的有机物裂解成易于好氧生物降解的低分子量有机物。改良型氧化沟工艺处理流程简图如下：
投资费用低：改良型氧化沟工艺采用微孔曝气(或大功率机械曝气)与机械推流方式配合运行，可以使氧化沟设计有效水深达到 5.0 米以上，占地面积大幅减小，投资费用大幅降低；改良型氧化沟工艺采用高效曝气方式，工艺根据进水水质地不同可调节回流污泥分配，可大幅节省设备运行费用，从而降低运行费用。运行管理方便：改良型氧化沟工艺成熟，运行稳定，常规管理方便。
3 化工废水处理新技术展望——以臭氧氧化技术及其联用技术为例
3.1 臭氧氧化机理
臭氧可用来去除COD、BOD，并破坏有害的化学物 。已用于炼油废水中酚类化合物的去除、电镀含氰废水处理、含染料废水的脱色、洗涤剂的氧化、照片洗 印漂洗、氰化铁废液的回收与再利用等。
直接反应：污染物+ O3 →产物或中间物
有选择性，速度慢；
间接反应：污染物+ HO·→产物或中间物
无选择性，HO( E0=2.8V)电位高，反应能力强，速度快，可引发链反应，使许多有机物彻底降解。去除染料和印染废水的色度和难降解有机物 通过活泼的自由基OH  与污染物反应使染料的发色基团中的不饱和键断裂生成分子量小无色有机酸醛等，从而达到脱色和降解有机物的目的。臭氧对亲水性染料的脱色速度快，效果好；对疏水性染料的脱色速度慢，效果差，且需臭氧量大.
3.2 光催化臭氧法- UV/ O3 法
此法即在投加臭氧的同时，伴以光( 一般为紫外光) 照射，其效率大大高于单一紫外法和单一臭氧法，臭氧在紫外光辐射下会分解产生活泼的羟基自由基，再由羟基自由基氧化有机物. 因而它能氧化臭氧难以降解的有机物，如乙醛酸、丙二酸、乙酸等，其中紫外线起着促进污染物的分解，加快臭氧氧化的速度，缩短反应的时间的作用。在UV/ O3 法情形下，酚及TOC 的去除率随pH 值升高而升高，在一定的pH 值时，三种方法的处理效果为03/UV>03>UV。
3.3 臭氧金属催化氧化法
金属氧化法是以固状的金属( 金属盐及其氧化物) 为催化剂，加强臭氧氧化反应，是近几年来新起的技术. 该技术的目的就是促进O3 的分解，以产生自由基等活性中间体来强化臭氧化. 其关键是高效的金属催化剂的制作与筛选、目前已研究和筛选出的有铜锰锌钙类的催化剂. 国内苏金钰等人进行了活性炭负载TiO2 催化臭氧氧化去除水中的酚氯乙酸的研究，结果表明100 mg/L 的含酚废水，在臭氧氧化空气流量0.05 m3 /h， O3 浓度3.46 ～ 8 mg/L， pH 为6.5 ～ 8 时30min 去除率即达99 %，比单纯臭氧氧化法脱酚率提高30%。100 mg/L 的氯乙酸废水在臭氧氧化空气流量为0.05 m3 /h，O3 浓度为6.62 mg/L 时， pH = 3.8，30 min 后COD 去除率即达75 % 以上。
3.4 臭氧生物炭深度处理
经过处理后的化工废水从二沉池出水进入生物滩滤池，生物炭滤池对污水的净化机主要是：(1)活性炭颗粒及其表面生长的生物膜对废水中的悬浮物进行生物絮凝和接触絮凝，从而将其过滤去除；(2)活性炭对废水中溶解性有机物的吸附和富集作用；(3)活性炭表面及空隙中生长的微生物在较长的有机质停留时间内对降解速度较慢的有机物进行氧化分解，起到对活性炭的生物再生作用。当废水进入臭氧混合器后，臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物，如天然有机物(NOM) 断链、开环，氧化成短链的小分子物质或分子的某些基团被改变，臭氧溶于水中产生的羟基自由基与水中的AOX 及显色官能团( 如双键等) 结合，断链破键，使显色官能团失色，并与水中细菌病毒等结合，使其迅速脱水分解，以达到对污水的消毒、杀菌、脱色、除臭以及除去污水中有害物质( 如亚硝酸盐等) 降低水中的COD、BOD5 及悬浮物固体等。从而有利于后续处理。经臭氧处理后的出水无色、无味、外观似自来水。采用生物炭- 臭氧技术处理污水，可脱色除臭，进一步降低水中的COD，同时还可以起到杀菌消毒的目的，使出水完全达到国家规定的生活杂用水水质标准。
4 结语
总之，对化工废水处理技术国内外展开了一系列的研究，并取得了一定的进展，有些新技术处在实验室研究阶段，或中试阶段，部分到了开始实际用阶段。但是化工废水处理技术存在诸多问题，如：投资大，成本高的问题，水质浓度与成分变化大，处理难度高等特点的问题，因此，我们应该不断的钻研先进技术，把我国的工业废水处理技术提高到一个新的台阶。