工業廢水深度處理與再生利用技術進展

(四川大學建筑與環境學院 四川 成都 610065)

一、前言

深度處理是在二級生化處理的基礎上，利用各種處理技術對廢水中的污染物進行分離、轉化，為達標排放或達到回用標準而對廢水進一步處理的過程。近年來，國內外科研工作者圍繞著化工廢水深度處理工藝做了大量研究，為化工廢水的達標排放和循環利用提供了技術支撐。工業廢水的處理方法按作用原理可分為物理化學法、化學氧化法和生物法等。

二、廢水深度處理技術

(一)物理化學法

物理法是利用物理作用來分離和回收不溶解于廢水中的懸浮污染物的處理方法。在廢水的處理過程中，此方法僅能去除廢水中的懸浮物，而對其中污染物的性質不發生改變，因此，物理法一般只是一定程度上的凈化，處理后的廢水達不到排放標準[1]。物理化學法是利用物理化學的原理或化工分離單元操作處理廢水的方法，在化工廢水的深度處理中常用的物化法主要包括混凝法、吸附法、過濾法、膜分離法等。

1.混凝法。混凝法處理對象主要是水中的微小懸浮固體和膠體雜質。混凝劑是保證混凝效果的關鍵，主要分為無機混凝劑、有機高分子混凝劑和微生物混凝劑。目前微生物混凝劑還未大面積應用，有機高分子混凝劑的使用會增加出水化學需氧量，價格也比較昂貴，無機混凝劑在廢水深度處理中應用較多。復合混凝劑因兼具了單一混凝劑的優點，克服了單一混凝劑的不足而開始被重視。

混凝法技術成熟、操作簡單，但單獨采用混凝法處理往往不能達到排放或回用要求，在應用中一般將混凝法與其他深度處理技術聯用，如與Fenton氧化、電化學方法等技術聯用。

2.吸附法。吸附法的原理是利用吸附劑大的比表面積和發達的微孔結構對廢水中污染物質進行富集，從而使廢水得到凈化。常用的吸附劑有活性炭、粉煤灰、硅藻土等。

目前對吸附法的研究主要集中在以下方面：(1)新型吸附劑的研發。如將爐渣、木質素等固體廢物通過一定的方法改性，作為吸附劑用于廢水處理。②吸附劑的改性。③吸附工藝條件的優化。④吸附工藝與其他工藝的聯合應用。

3.過濾法。過濾法是去除低濃度懸濁液中微小顆粒的一種有效方法。過濾的關鍵是濾料，石英砂是最早使用的濾料，后來活性炭、人工合成的輕質濾料以及用無機材料制成的陶粒濾料也開始用于工業水處理[2]。新開發的合成纖維材料因具有巨大的表面積和孔隙率，拓展了過濾工藝的適用范圍，推動了過濾技術的發展。

4.膜分離技術。膜分離是通過膜對混合物中各組分的選擇滲透作用的差異，以外界能量或化學位差為推動力對雙組分或多組分混合的氣體或液體進行分離、分級、提純和富集的方法。在今后的研究中，開發強度高、壽命長、抗污染、通量高的膜材料，并著重解決膜污染與濃度差極化等問題，是膜分離法在造紙廢水深度處理中實現大規模應用所亟待解決的問題[3]。

(二)化學氧化法

化學氧化法是通過氧化劑的氧化作用，使難降解的有機物轉化為易降解有機物，或將有機物徹底氧化為CO2和H2O的方法。目前，應用于化工廢水深度處理的化學氧化技術主要有氯氧化、光催化氧化、芬頓氧化(Fenton氧化)、臭氧氧化、電化學氧化和催化鐵內電解法等。

1.氯氧化。氯氧化技術是指向廢水中加入氯氧化劑，降解廢水中有機物，使其轉化為易降解或無毒物質的技術。氯氧化法具有氧化效率高、操作簡單、脫色效果好等優點，但也存在腐蝕性強、廢水中Cl-含量升高、中間產物毒性較大等不足。氯氧化法處理廢水時常用的藥劑有漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯和液氯等。

2.光催化氧化。在工業廢水的處理中，光催化氧化法也是廣泛研究的熱點。目前常用的催化劑主要有TiO2、H2O2、O3等，在太陽光或紫外光的照射下，從而促使催化劑的能級發生躍遷，產生活性很強的自由基，與廢水中的有機污染物發生氧化還原反應而達到去除污染物的目的。

3.Fenton氧化。Fenton試劑由亞鐵鹽和過氧化氫組成，當pH(pH=3左右)較低時，在Fe2+的催化作用下過氧化氫分解產生·OH，從而引發鏈式反應。另外，Fenton試劑中的亞鐵離子與H2O2反應產生鐵水絡合物，具有絮凝作用。近年來，對Fenton氧化工藝的研究主要集中在以下方面：(1)影響因素的研究及工藝的優化；(2)類Fenton氧化法的研究開發。

4.臭氧氧化。臭氧是一種強氧化劑，可有效去除廢水中的有機物，其去除機理主要有臭氧直接氧化和臭氧產生的·OH間接氧化兩種。臭氧氧化具有氧化能力強、反應快速、無二次污染等優點，但存在有機物礦化不徹底、操作費用高等不足。催化臭氧氧化技術是近年來發展起來的一種新型臭氧氧化技術，主要分為均相催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化。

5.電化學氧化。電化學氧化技術發展于20世紀80年代，根據陽極是否直接與有機物進行電子轉移，電化學氧化可分為直接氧化和間接氧化[4]。電極材料在電化學降解中起著重要作用，研制一種去除效率高、壽命長、運行價格低廉的電極已成為電化學研究的一個重要方向。目前常用的陽極材料有金屬電極、碳素電極、非金屬化合物電極和金屬氧化物電極[5]，其中鈦基涂層電極(DSA電極)因具有導電性好、耐腐蝕性強、析氧電位高等優點，自19世紀60年代研制成功以來得到了很大關注，也是目前研究的熱點。

(三)生化法

生化法即生物化學法，是利用各種微生物的分解作用，將工業廢水中的有機物和某些無機物分解，使之轉化為無害無毒的無機物，從而達到廢水凈化的目的，分為曝氣生物濾池法和生物活性碳法，前者填料是影響處理效率的關鍵因素，近年來在填料開發方面的研究主要集中在利用工業廢料開發高效廉價填料及研發新型填料。

三、結論與展望

目前，將化學、物化和生化技術有效結合的聯合技術開始越來越多的應用于化工廢水的深度處理。聯合技術可充分發揮各種技術手段的優點，克服單一技術的不足，有效實現廢水的達標排放或回用，因此，也將是今后研究的方向之一。另外，對化工廢水深度處理技術的研究，還需在優化處理工藝、開發廉價高效的處理劑、研發新型高效處理技術方面進一步的探索。

【參考文獻】

[1]鄒家慶.工業廢水處理技術[M].北京:化學工業出版社，2003:10-238.

[2]李國會，王繼斌，李曉華.粒狀濾料過濾技術發展與應用的探討[J].中國環境管理干部學院學報，2005,15(4):82-85.

[3]洪衛，劉勃等.制漿造紙廢水深度處理技術解析[J].中華紙業，2009，30(7):78

[4]王曉淼，胡鋒平，羅健文，等.電催化氧化技術中高效催化電極的研究進展[J].中原工學院學報，2009,20(1):15-18.

[5]Ma Luming，Zhang Weixian.Enhanced biological treatment of industrial wastewater with bimetallic zero-valent iron[J].Environmental Science & Technology，2008，42(15)：5384-5389.