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化學廢水處理

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化工廢水處理常用技術

化工廢水的基本特征是:(1) 水質成分復雜,副產物多,反應原料常為溶劑類物質或環狀結構的化合物,增加了廢水的處理難度;(2) 廢水中污染物含量高,這是由于原料反應不完全和原料、或生產中使用的大量溶劑介質進入了廢水體系所引起的;(3) 有毒有害物質多,精細化工廢水中有許多有機污染物對微生物是有毒有害的,如鹵素化合物、硝基化合物、具有殺菌作用的分散劑或表面活性劑等;(4) 生物難降解物質多,B/C比低,可生化性差;(5) 廢水色度高。


1 常用處理技術

(1) 常用的物理法包括過濾法、斜管沉淀法(鏈接到產品)和氣浮法(鏈接到產品)等。過濾法是以具有孔粒狀粒料層截留水中雜質,主要是降低水中的懸浮物,在化工廢水的過濾處理中,常用扳框過濾機和微生物過濾機,微孔管由聚乙烯制成,孔徑大小可以進行調節,調換較方便;斜管沉淀法是利用水中懸浮顆粒的可沉淀性能,在重力場的作用下自然沉降作用,以達到固液分離的一種過程;氣浮法是通過生成吸附微小氣泡附裹攜帶懸浮顆粒而帶出水面的方法。這三種物理方法工藝簡單,管理方便,但不能適用于可溶性廢水成分的去除,具有很大的局限性。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。


(2) 化學方法是利用化學反應的作用以去除水中的有機物、無機物雜質。主要有化學混凝法(鏈接到產品反應池)、化學氧化法、催化氧化法斜管沉淀法(鏈接到產品HOP)(鏈接到案例)等。化學混凝法(鏈接到產品加藥)作用對象主要是水中微小懸浮物和膠體物質,通過投加化學藥劑產生的凝聚和絮凝作用,使膠體脫穩形成沉淀而去除。混凝法不但可以去除廢水中的粒徑為10-3~10-6mm的細小懸浮顆粒,而且還能去除色度,微生物以及有機物等。該方法受水溫、PH值、水質、水量等變化影響大,對某些可溶性好的有機、無機物質去除率低;化學氧化法通常是以氧化劑對化工廢水中的有機污染物進行氧化去除的方法。廢水經過化學氧化還原,可使廢水中所含的有機和無機的有毒物質轉變成無毒或毒性較小的物質,從而達到廢水凈化的目的。常用的有空氣氧化,氯氧化和臭氧化法。空氣氧化因其氧化能力弱,主要用于含還原性較強物質的廢水處理,Cl2是普通使用的氧化劑,主要用在含酚、含氰等有機廢水的處理上,用臭氧處理廢水,氧化能力強,無二次污染。臭氧氧化法、氯氧化法,其水處理效果好,但是能耗大,成本高,不適合處理水量大和濃度相對低的化工廢水;電化學氧化法是在電解槽中,廢水中的有機污染物在電極上由于發生氧化還原反應而去除,廢水中污染物在電解槽的陽極失去電子被氧化外,水中的Cl-、OH-等也可在陽極放電而生成Cl2、氧而間接地氧化破壞污染物。實際上,為了強化陽極的氧化作用,減少電解槽的內阻,往往在廢水電解槽中加一些氯化鈉,進行所謂的電氯化,NaCl投加后在陽極可生成氯和次氯酸根,對水中的無機物和有機物也有較強的氧化作用。近年來在電氧化和電還原方面發現了一些新型電極材料,取得了一定成效,但仍存在能耗大、成本高,及存在副反應等問題。


(3) 生物法(鏈接到產品生化)(鏈接到案例)是利用微生物的新陳代謝作用降解轉化有機物的過程。隨著化學工業的發展,污染物成分日漸復雜,廢水中含有大量的有機污染物,如僅采用物理或化學的方法是很難達到治理的要求。利用微生物的新陳代謝作用,可對廢水中的有機污染物質進行轉化與穩定,使其無害化。生化處理方法主要分為好氧處理和厭氧處理兩大類型,好氧處理方法主要分為活性污泥法和生物膜法。活性污泥是利用懸浮生長的微生物絮體處理廢水的方法,這種生物絮體稱為活性污泥,它由好氧微生物及其代謝的和吸附的有機物、無機物組成,具有降解廢水中有機污染物的能力。生物膜法是是通過廢水同生物膜接觸,生物膜吸附和氧化廢水中的有機物。廢水的厭氧生物處理是指在無分子氧的條件下通過厭氧微生物(或兼氧微生物)的作用,將廢水中的有機物分解轉化為甲烷和二氧化碳的過程,所以又稱厭氧消化。厭氧生物處理實際上是一個復雜的生物化學過程。研究表明,厭氧過程主要依靠三大主要類群的細菌,即水解產酸細菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷細菌的聯合作用完成。


用生化法處理廢水具有運行成本低,操作管理簡單,但由于微生物對營養物質、PH值、溫度等條件有一定要求,難以適應化工廢水水質變化大、成分復雜、毒性高、難降解的特點,單純用生化法治理化工廢水達標工作難度大。


(4) 常用于化工廢水處理的物理化學法有:離子交換法、萃取法、膜分離法(鏈接到產品CMF)(鏈接到案例)等。廢水中經常含有某些細小的懸浮物經及溶解靜態有機物,為了進一步去除殘存在水中的污染物,可以采用物理化學方法進行處理。離子交換法是一種借助于離子交換劑上離子和水中離子進行交換反應而除去廢水有害離子態物質的方法,在水的軟化、有機廢水處理中有著廣泛的應用。萃取法采用與水不互溶但能很好溶解污染物的萃取劑,使其與廢水充分混合接觸,利用污染物在水和溶劑中的溶解度或分配比的不同,達到分離、提取污染物和凈化廢水的目的。膜是利用半滲透膜進行分子過濾,來處理廢水的一種方法,所以又稱為膜分離技術。這種方法是利用“半滲透膜”的性質,進行分離作用。這種膜可以使水通過,但不能使水中懸浮物及溶質通過,所以這種膜稱為半滲透膜,利用它可以除去水中的溶解固體、大部分溶解性有機物和膠狀物質。近年來該方法開始得至人們的重視,應用范圍也在不斷擴大。這些方法只適用于某一類物質的分離,具有較強的選擇性,且成本較高,容易造成二次污染。


吸附法(鏈接到產品活性碳)(鏈接到案例)是利用多孔性固體物質作為吸附劑,以吸附劑的表面吸附廢水中的有機污染物的方法,活性炭是一種非選擇性的常用的水處理吸附材料。但是由于活性炭再生性能差,水處理費用高,因而難以廣泛使用。


2 化工廢水處理技術的進展

2.1 物理處理技術的進展

(1) 磁分離法,是通過向化工廢水中投加磁種和混凝劑,利用磁種的剩磁,在混凝劑同時作用下,使顆粒相互吸引而聚結長大,加速懸浮物的分離,然后用磁分離器除去有機污染物,國外高梯度磁分離技術已從實驗室走向應用。

(2) 聲波技術,是通過控制超聲波的頻率和飽和氣體,降解分離有機物質。

(3) 非平衡等離子體技術,是用高壓脈沖放電,輝光放電產生的等離子體對水中的有機污染物可進行氧化降解。


2.2 化學處理技術的進展

(1) 紫外光催化氧化處理技術(鏈接到產品MUF)(鏈接到案例),是利用TiO2等半導體催化劑在300~400 nm的紫外光照射下,產生光電子空穴和形成羥基自由基等強氧化劑的能力,將廢水中的有機物氧化分解,并最終氧化為CO2和H2O。在各種有機廢水處理方面有大量的實驗室研究報道,在印染廢水脫色方面該技術與其它技術聯用,已有工業化成功應用的實例。化工、醫藥等難降解工業廢水處理是該技術目前研究的活躍領域。研究重點在光源、反應器設計、高效催化劑及催化劑回收等方面。有廢水需要處理的單位,也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。


(2) 濕法氧化(WO)和超臨界水氧化法(SCWO) ,濕法氧化是在高溫高壓下,在水溶液中有機物發生氧化反應的處理技術。利用催化劑,用空氣中的氧氣和純氧為氧化劑,可以在較低的溫度和壓力下,使有機物氧化。濕法氧化作為高濃度難降解有機廢水的處理技術在國外已有應用,國內有濕法氧化法處理染料和有機磷廢水的實驗室研究,但是還沒有到實際工業應用階段。但是隨著催化濕法氧化水處理技術研究的發展和日益嚴峻的難降解有機廢水處理的需求,該技術的應用研究已經受到人們的重視,并被認為是處理化工難降解廢水中應優先考慮發展的技術領域。目前濕法氧化技術的研究重點應是溫和反應條件下(溫度106℃以下,壓力0.6 MPa以下),作為高濃度(5 000 mg/L以上)難降解有機廢水的預處理。研究適合于濕法氧化的非貴金屬催化劑、選擇優化的反應條件和反應器材料的腐蝕問題等。


超臨界氧化廢水處理技術是在濕法氧化基礎上發展的一種有毒有機固廢物和工業廢水的高級氧化技術。SCWO在水臨界點(22.1 MPa,374 ℃)以上,在極短時間內將各種有機物完全氧化為二氧化碳和水,不產生二次污染,被稱為生態水處理技術。當廢水中的有機物濃度在2%以上時,利用有機物氧化反應產生的熱量維持系統的反應溫度,基本不需要外界供熱。美國國家關鍵技術六大領域之一“能源與環境”中指出,超臨界水氧化是最有前途的難降解有機廢水處理技術。目前美國、等國家已經進入中試或工業化試驗階段,我國近年來開始實驗室研究。在國外超臨界水氧化法已經成功地用于各類有機廢水的處理,但對反應器材料要求也高,目前還未能找到一種理想的能長期耐腐蝕、耐高溫和耐高壓的反應器材料。


(3) 微電解技術,又稱為內電解、鐵還原、鐵碳法、零價鐵法等技術,是被廣泛研究與應用的一項廢水處理技術。生物難降解廢水,如染料、印染、農藥、制藥等工業廢水的處理可以用微電解為預處理手段,從而實現大分子有機污染物的斷鏈、發色與助色基團的脫色,提高廢水的可生化性,便于后續生化反應的進行。目前,微電解處理技術的研究與應用主要針對某一種或某一類工業廢水,尚未形成系統的理論與技術。


微電解反應器內的填料主要有兩種:一種為單純的鐵刨花;另一種為鑄鐵屑與惰性碳顆粒(如石墨、活性碳、焦炭等)的混合填充體。兩種填料均具有微電解反應所需的基本元素:Fe和C。低電位的Fe與高電位的C在廢水中產生電位差,具有一定導電性的廢水充當電解質,形成無數的原電池,產生電極反應和由此所引起的一系列作用,改變廢水中污染物的性質,從而達到廢水處理的目的。


(4) 輻照法、脈沖電暈技術,是利用高能電子發生裝置或脈沖發生裝置產生的電能電子束與水分子碰撞,形成激發態從而發生氧化降解作用。該技術有去除率高、設備占地小,操作簡單,但對各種發生裝置技術要求高,且價格昂貴,有的還需要特殊的防護措施,若要真正投入運行還需進行大量研究。


2.3 生物處理技術(鏈接到產品生化)(鏈接到案例銀河)的發展

(1) 好氧活性污泥法的發展,用篩選、馴化、誘導、誘變和基因育種等手段培制能分解難生物降解有機物的工程菌是改進當前活性污泥工藝重要途徑之一。在厭氧工藝中除了改良菌株以外,還改進生物處理的主要流程,如A/O,A2/O流程,對除去難降解有機物是極為經濟和有效的。生物膜法是一種耐毒性基質較強的接觸生物氧化工藝,但處理的水質不如活性污泥好,將二者結合作用即可顯著提高生化降解功能。


(2) 高效微生物優勢菌種選育國內現有二級處理設施中,生物處理占70%~80%,生活污水生物處理占100%。目前廢水的生物處理的新技術、新工藝研究活躍,對難降解污染物的高效降解菌的選育與應用研究是當前生物處理中重要方向。國外已經工業化生產用于多種難降解工業廢水處理的微生物制劑。如以色列被200t油污染的海灘,采用選育的石油降解菌三個月內降解石油類污染物80%。國內在有機磷農藥廢水優勢菌種選育方面也有許多工作,如成都生物所等選育出有機磷優勢降解菌種。水處理中的固定化微生物技術具有微生物負載量高、處理效率高。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。


(3) 固定化細胞技術(簡稱IMC),也叫固定化微生物技術,是指通過化學或物理手段,將篩選分離出的適宜于降解特定廢水的高效菌株,或通過基因工程技術克隆的特異性菌株進行固定化,使其保持活性并反復利用。


經濟有效地去除難生物降解有機物和濃度較高的氨氮一直是困繞化工廢水處理的難題。由于自然界存在的一般微生物對其降解的能力很差,采用傳統的生物處理法,難于奏效。而采用其他的物理化學方法,處理費用往往十分昂貴。廢水中的氨氮排入水體,會影響作為生活飲用水水源的水體水質和漁業生產,嚴重時會產生水體的富營養化。采用傳統生物處理法中的硝化-反硝化工藝,可經濟有效地去除廢水中低濃度的氨氮,并已成功地應用在城市污水和生活污水處理中。但某些化工廢水中的氨氮濃度很高,當其濃度超過200 mg/L時,一般的微生物將會受到抑制,使生物硝化脫氮過程失效,而采用物理化學方法,同樣存在技術和經濟上的問題。


在固定化酶技術上發展起來的固定化細胞技術,由于其諸多的優點:生物處理構筑物中微生物濃度高,反應速度快;固定對某種特定污染物有較強降解能力的酶或微生物,使有毒難降解物質的降解成為可能;固定化技術為生理特性不同的硝化菌、反硝化菌的生長繁殖提供了良好的微環境,使得硝化、反硝化過程可以同時進行,從而提高了生物脫氮的速度和效率;固定化微生物特別是混合菌相當于一個多酶反應器,對成分復雜的有機廢水適應能力強,因而成為近年來廢水生物處理領域的研究熱點。而為降解廢水中不同類型的難降解有機污染物所選育的可與之相抗衡的優勢高效菌以及利用基因工程技術所構建的基因工程菌,為固定化細胞技術處理廢水提供了極大的潛力,使廢水生物處理技術將產生一次重大的技術革新。


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