高濃度有機(jī)廢水濃縮技術(shù)研究進(jìn)展

趙書敏，周慧君

(中國石油大學(xué)(北京) 化學(xué)工程學(xué)院，北京 102200)

高濃度有機(jī)廢水濃縮技術(shù)研究進(jìn)展

趙書敏，周慧君

(中國石油大學(xué)(北京) 化學(xué)工程學(xué)院，北京 102200)

本文主要對目前高濃度有機(jī)廢水的傳統(tǒng)處理方法以及高濃度有機(jī)廢水濃縮處理的工藝進(jìn)行了綜述，闡述了傳統(tǒng)處理方法存在的問題及高濃濃度有機(jī)廢水的研究現(xiàn)狀，并提出了今后高濃度有機(jī)廢水處理的發(fā)展趨勢。

高濃度有機(jī)廢水；納濾膜濃縮；反滲透濃縮

高濃度有機(jī)廢水一般COD濃度在2000 mg/L以上[1]，且常伴有異味，具有懸浮物含量高、色度大，有機(jī)物成分復(fù)雜，難生物降解等特點。一般的廢水處理方法難以滿足高濃度有機(jī)廢水凈化處理的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求，因此，高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的研究一直是水污染控制領(lǐng)域研究的重點和難點。

目前，較為成熟和有效的高濃度有機(jī)廢水處理方法主要分為兩類：生物處理法[2-3]和物理化學(xué)法[4]。生物處理方法主要有好氧生物法(如，活性污泥法、生物膜反應(yīng)器)、厭氧生物法以及它們的組合工藝(如兩相厭氧)等。而物理化學(xué)法主要有混凝法、氧化法、焚燒法等。這些傳統(tǒng)工藝普遍存在著投資運行成本高、工藝復(fù)雜等問題，通過對高濃度有機(jī)廢水濃縮處理可實現(xiàn)污水的減量化，降低后續(xù)處理成本，實現(xiàn)高濃度有機(jī)廢水有效的處置。

筆者根據(jù)國內(nèi)外研究進(jìn)展，介紹了高濃度有機(jī)廢水的濃縮技術(shù)，并就目前研究存在的問題提出展望，旨在為高濃度有機(jī)廢水濃縮技術(shù)的研究和應(yīng)用提供參考。

1 高濃度有機(jī)廢水概述

高濃度有機(jī)廢水，如酒精廢液、制藥行業(yè)廢水、垃圾滲濾液等，是指COD濃度在2000 mg/L以上的廢水，其特點是水中的懸浮物含量高，色度高，有異味，有機(jī)物濃度高，水質(zhì)的成分復(fù)雜，不易進(jìn)行生物降解，處理難度很高，采用一般的廢水處理方法難以滿足高濃度有機(jī)廢水凈化處理的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求，因此，對其進(jìn)行有效處理方法的研究已逐漸成為環(huán)境保護(hù)技術(shù)的熱點研究課題之一。

高濃度有機(jī)廢水的來源主要有：農(nóng)業(yè)行業(yè)生產(chǎn)的廢水，該廢水降解性強(qiáng)，所含的有機(jī)物質(zhì)無害；制藥廢水、化工廢水等，這類廢水含有一定有害離子與化學(xué)物質(zhì)；精細(xì)化工廢水，這類廢水所含成分復(fù)雜且毒性強(qiáng)，對環(huán)境影響大[5]。

表1 不同行業(yè)高濃度有機(jī)廢水的特點

2 高濃度有機(jī)廢水濃縮處理技術(shù)研究現(xiàn)狀

高濃度有機(jī)廢水的濃縮處理，目的是先將高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行濃縮，然后采用焚燒法等方法進(jìn)行處理，這樣可以節(jié)約處理成本，從而使高濃度有機(jī)廢水得到有效的治理。高濃度有機(jī)廢水的濃縮方法目前主要有：冷凍濃縮、蒸發(fā)濃縮、燃燒濃縮、膜濃縮等。

2.1 冷凍濃縮

冷凍濃縮是處理高濃度有機(jī)廢水的一種新方法，它利用的是冷凍分離的固液相平衡的原理。文玲，張旭[13]采用冷凍濃縮地方法對COD濃度在10000 mg/L以上的利用啤酒自配的高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行處理，在冷凍時間為12～24 h，冷凍溫度為-16～-12 ℃時，COD和TOC的去除率達(dá)到70%以上。Marino Rodriguez[14]采用冷凍濃縮與膜濃縮結(jié)合的方法處理有機(jī)廢水，發(fā)現(xiàn)可以達(dá)到很好的處理效果，比單獨使用膜濃縮更經(jīng)濟(jì)。冷凍濃縮對廢水無選擇性，尤其適合處理有惡臭氣味、易揮發(fā)的有機(jī)廢水，但是應(yīng)用到實際有限制，且設(shè)備及操作費用較高，操作不宜控制。

2.2 蒸發(fā)濃縮

蒸發(fā)濃縮是指通過采用低溫真空或減壓等方法，對高濃度有機(jī)廢水蒸發(fā)濃縮處理。俞晟，陶冠紅[15]采用減壓蒸發(fā)濃縮的方法對某化工廠的高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行處理，進(jìn)水COD濃度為45×104～55×104mg/L時，COD的去除率達(dá)90%以上。王青[16]通過低溫真空蒸發(fā)法對垃圾滲濾液處理站的反滲透濃縮液進(jìn)行處理，廢液的COD為3000 mg/L，處理后COD的蒸發(fā)率為62.5%。瑞士Uttigen市垃圾滲濾液處理廠對垃圾滲濾液采用四級閃蒸法濃縮處理，CODcr的去除率可達(dá)99.5%，同時NH3-N去除率為98.5%[17-19]。蒸發(fā)濃縮可以回收有機(jī)廢水中有價值的成分，但是在蒸發(fā)濃縮的過程中會有結(jié)垢等問題。

2.3 燃燒濃縮

燃燒法是在燃燒爐內(nèi)將廢液與煤粉混燒，從而使高濃度有機(jī)廢液中的有機(jī)物達(dá)到濃縮的目的。酒精廢醪液有機(jī)物含量大，COD濃度在105 mg/L以上，王勇[20]采用燃燒法處理酒精廢醪液，COD的去除率可達(dá)99%以上。燃燒濃縮對廢水濃縮處理后，燃燒的熱量及濃縮過程產(chǎn)生的冷凝水均可用作生產(chǎn)，但是該方法投資費用較大，電耗較高，且在燃燒時廢水中的鹽分會腐蝕設(shè)備。

2.4 膜分離濃縮

膜濃縮高濃度有機(jī)廢水的原理是廢水通過膜時，在兩側(cè)施加某種推動力，廢水中的有機(jī)物就會選擇性的透過膜，從而達(dá)到濃縮有機(jī)物的目的。根據(jù)膜孔徑的大小，膜分離技術(shù)可以分為微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等。

2.4.1 超濾膜濃縮

超濾又稱超過濾，膜表面的機(jī)械篩分是超濾分離的主要機(jī)理，同時膜表面和膜孔的吸附以及膜孔阻滯也在起著截留作用。超濾截留分子粒徑范圍在0.01～0.1μm之間，在外界壓力的作用下水和小分子物質(zhì)透過孔徑成為滲濾液，而水中的膠體、細(xì)菌等則被截留。張寧等[21]利用超濾技術(shù)對微生物胞外多糖PS-9415發(fā)酵液進(jìn)行濃縮分離的研究，結(jié)果表明在0.05 MPa下對3%的料液超濾濃縮，可得到5.8%的濃縮液，多糖回收率為82.7%；在0.1 MPa下對0.5%的料液超濾濃縮，濃度提高了4.9倍。

2.4.2 納濾膜濃縮

納濾，是操作壓力和分離效果處于超濾和反滲透之間的一種壓力驅(qū)動膜分離技術(shù)，分離原理主要近似機(jī)械篩分，同時納濾膜本身帶有電荷也起到了截留的作用，納濾的截留分子粒徑范圍在0.5 nm～0.01μm之間。納濾相比于超濾和反滲透，相對分子質(zhì)量低于200的有機(jī)物和單價離子被截留的效果較差，而對于相對分子質(zhì)量介于200～500之間的有機(jī)物及二價或多價離子的截留率很高[22-25]。王素紅[26]通過超濾-納濾連續(xù)性實驗對土霉素進(jìn)行分離提純，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用超濾平均收率為95%，結(jié)晶收率為94.5%左右，產(chǎn)品純度為96%，廢水的CODcr值比原來平均減少了37%，再進(jìn)行納濾濃縮2.5倍后的平均結(jié)晶收率為96%，純度為98.4%，排放廢水中CODcr總量減少了近2.5倍。

2.4.3 反滲透濃縮

反滲透又稱逆滲透，是滲透過程的逆過程，即溶劑透過膜從濃溶液向稀溶液流動，在分離過程中通過增加大于本身滲透壓的壓力，使溶劑逆著自然滲透的方向滲透，反滲透膜孔徑小，截留分子粒徑范圍小于等于0.5 nm，逆著自然滲透的方向滲透。反滲透技術(shù)在各種膜分離技術(shù)中，近年來已經(jīng)成為發(fā)展最快，應(yīng)用最普及的一種。梁康強(qiáng)，閻中[27]等采用高耐污反滲透技術(shù)對沼澤進(jìn)行濃縮，沼液COD濃度為10000 mg/L以上，采用反滲透COD去除率可達(dá)95%以上，NH3-N的去除率也在90%以上，且滲透液的水質(zhì)可以達(dá)到調(diào)漿等的回用標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.4 膜蒸餾濃縮

膜蒸餾技術(shù)是指通過使用疏水性微孔膜(水溶液不能通過)，由于兩側(cè)的蒸汽壓差不同，蒸汽可通過膜從熱側(cè)向冷側(cè)進(jìn)行傳輸，而其他非揮發(fā)性組分被留在熱側(cè)，從而實現(xiàn)分離或提純的目的。宋莎莎[28]對COD濃度為30000 mg/L左右的高鹽有機(jī)廢水采用膜蒸餾技術(shù)(MD)處理，COD的去除率可達(dá)99.5%以上。

膜處理技術(shù)具有能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)、濃縮過程無相態(tài)變化等優(yōu)點，但是膜對廢水的處理具有選擇性。

3 結(jié)論與展望

近年來，高濃度有機(jī)廢水的來源越來越廣，廢水中污染物的種類也越來越多，于是各種濃縮處理高濃度廢水的工藝不斷涌現(xiàn)，這些工藝在處理高濃度有機(jī)廢水中均取得了有效的進(jìn)展，但是仍存在許多問題：如成本高，能耗大，投資費用大；工藝復(fù)雜，有結(jié)垢和腐蝕設(shè)備的問題，運行維護(hù)不宜；適用范圍狹窄等。根據(jù)這些現(xiàn)狀，今后的研究現(xiàn)狀可集中到以下幾個方面：

(1)新型能源的開發(fā)利用，如利用太陽能蒸發(fā)濃縮高濃度有機(jī)廢水。

(2)針對工藝復(fù)雜及設(shè)備等問題，應(yīng)開發(fā)具有高效能、耐腐蝕、小型化、易操作的處理裝置。

(3)開發(fā)新的膜產(chǎn)品及工藝，滿足各行業(yè)不同性質(zhì)廢水對膜的選擇性。

(4)多種濃縮方法的聯(lián)用，如蒸發(fā)濃縮和膜濃縮工藝組合，在充分發(fā)揮各工藝的基礎(chǔ)上，盡可能縮短工藝流程，并對組合工藝進(jìn)行深入研究。

[1] 王明星, 廖昌建．高濃度有機(jī)廢水生物處理技術(shù)[J].當(dāng)代化工,2011(8):820-823．

[2] 蔡萌萌, 趙慶良, 劉志剛, 等．串聯(lián)活性污泥系統(tǒng)處理制藥廢水工藝研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2007,39(4):576-580．

[3] 姜 冰．厭氧與好氧生物反應(yīng)器處理制藥廢水的研究[D].天津:天津大學(xué),2008．

[4] 王云波,譚萬春,鄭思鑫,等．二級 Fenton 氧化高濃度有機(jī)硅廢水[J].環(huán)境工程學(xué)報,2010,4( 4) :776-780．

[5] 趙 毅,朱法華,龐庚林,等.高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)[J].電力環(huán)境保護(hù),2003(3):46-48.

[6] 王立軍, 于德利, 龐維珍,等. 濃縮蘋果汁高濃度有機(jī)廢水處理工程的改造[J].中國給水排水, 2006, 22(24):35-37.

[7] 李宇慶, 馬 楫, 錢國恩. 制藥廢水處理技術(shù)進(jìn)展[J].工業(yè)水處理, 2009, 29(12):5-7.

[8] 于偉程. 印染絲光工藝廢堿液納濾膜法回收中試研究[D].大連:大連理工大學(xué),2013.

[9] 曾杭成, 張國亮, 孟 琴,等. 超濾/反滲透雙膜技術(shù)深度處理印染廢水[J]. 環(huán)境工程學(xué)報, 2008, 2(8):49-50.

[10] 余甜甜, 郭 輝, 呂榮湖,等. 丙烯酸化工廢水處理研究進(jìn)展[J].廣州化工,2014(5):20-23.

[11] 劉久清, 劉海翔, 蔣 彬, 等. 膜法濃縮己內(nèi)酰胺廢水[J]. 膜科學(xué)與技術(shù), 2012, 32(2):76-79.

[12] 鄒發(fā)成, 任 旺, 彭 鋒. 催化臭氧氧化在己內(nèi)酰胺廢水深度處理中的應(yīng)用[J]. 合成纖維工業(yè), 2014, 37(4):61-63.

[13] 文 玲, 張 旭.冷凍濃縮處理廢水COD、TOC及能耗分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2014(1):129-134.

[14] Rodríguez M, Luque S, Alvarez J, et al. A comparative study of reverse osmosis and freeze concentration for the removal of valeric acid from wastewaters[J]. Desalination, 2000, 127(1):1-11.

[15] 俞 晟, 陶冠紅.蒸發(fā)濃縮-資源回收處理高鹽分高濃度有機(jī)廢水的研究[J].徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2006(1):38-40．

[16] 王 青. 基于低溫真空蒸發(fā)的滲濾液濃縮液處理研究[D].成都:西南交通大學(xué), 2014.

[17] Wiszniowski J, Robert D, Surmacz-Gorska J, et al. Landfill leachate treatment methods: A review[J]. Environmental Chemistry Letters, 2006, 4(1):51-61.

[18] Calli B, Mertoglu B, Inanc B. Landfill leachate management in Istanbul: applications and alternatives[J]. Chemosphere, 2005, 59(6):819.

[19] Visvanathan C, Choudhary M K, Montalbo M T, et al. Landfill leachate treatment using thermophilic membrane bioreactor[J]. Desalination, 2007, 204(1):8-16.

[20] 王 勇.利用濃縮燃燒法處理高濃度有機(jī)廢水技術(shù)的新進(jìn)展[J].輕工科技,2002(3):20-25.

[21] 張 寧,彭志英.中空纖維超濾膜濃縮胞外多糖PS-9415發(fā)酵液的研究[J].食品工業(yè)科技, 2003(2):24-27.

[22] Younssi S A, Larbot A, Persin M et al.Rejection of mineral salt on a gamma alumina nanofiltration membrane application to environmental processes[J].J Membr Sci,1995,102(94): 123-129.

[23] 周金盛, 陳觀文.納濾膜技術(shù)的研究進(jìn)展[J].膜科學(xué)與技術(shù), 1999,19(4):l-10.

[24] Rautenbach R, Gr?schl A.Separation potential of nanofiltration membranes[J].Desalination, 1990, 77: 73-84．

[25] Ikeda K, Nakano T, Ito H,et al.New composite charged reverse osmosis membrane[J].Desalination, 1988, 68(2): 109-119.

[26] 王素紅.超濾—納濾聯(lián)合膜分離技術(shù)在土霉素提取中的應(yīng)用研究[D].南京:南京理工大學(xué), 2006.

[27] 梁康強(qiáng), 閻 中, 魏泉源,等.基于反滲透技術(shù)的沼液濃縮研究[J].中國沼氣, 2012(2):12-14,28.

[28] 宋莎莎. 膜蒸餾有機(jī)工業(yè)廢水處理及膜污染研究[D]. 天津:天津大學(xué),2009.

(本文文獻(xiàn)格式：趙書敏，周慧君.高濃度有機(jī)廢水濃縮技術(shù)研究進(jìn)展[J].山東化工,2017,46(7):93-95.)

Research Progress on the Treatment of High Concentration Organic Wastewater

ZhaoShumin，ZhouHuijun

(China University Petroleum (Beijng)，College of Chemical Engineering，Beijing 102200,China)

This paper reviews the current high concentration organic wastewater treatment method and process of traditional concentrated organic wastewater of high concentration, and describes the present situation of the traditional methods and problems of organic wastewater with high concentration, and puts forward the future development trend of high concentration organic wastewater treatment.

high concentration wastewater；nanofiltration concentration；reverse osmosis concentration

2017-02-25

趙書敏(1991—)，女，山西晉中人，碩士研究生，主要研究方向為污水處理。

X703.1

A

1008-021X(2017)07-0093-03