化工生產(chǎn)過(guò)程中的廢水處理方法研究

王龍闖 曲榮昌 魏億萍 杜 蕾 趙慶勝 尹進(jìn)華

1山東新華制藥股份有限公司 （山東淄博 255000）

2青島科技大學(xué) （山東青島 266042）

與所有發(fā)達(dá)國(guó)家一樣，環(huán)境污染伴隨著我國(guó)的工業(yè)化發(fā)展。20世紀(jì)50年代，我國(guó)正處于工業(yè)化的初期階段，沒(méi)有強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)，與之相關(guān)的環(huán)境污染問(wèn)題尚不明顯；經(jīng)過(guò)五六十年的大規(guī)模擴(kuò)張，重工業(yè)迅速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題不斷加劇。大量廢水的排放不僅污染了水資源，還造成了大范圍生態(tài)環(huán)境的破壞，進(jìn)而影響到公眾的衣食住行。如今，環(huán)境問(wèn)題已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的難題之一。隨著人們環(huán)保意識(shí)與觀念的進(jìn)步，化工企業(yè)已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到當(dāng)下環(huán)保問(wèn)題的嚴(yán)重性，并逐漸采取措施，以期減少對(duì)環(huán)境的破壞。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)石油的需求量日益增多，隨之而來(lái)的是各類(lèi)石油化工廢水。石油化工廢水存在形式多為乳狀液體，與其他廢水對(duì)比，石化廢水中含有較多的油、硫、氨氮、化學(xué)需氧量（COD）等有機(jī)化學(xué)成分，水質(zhì)復(fù)雜且水量大，處理難度系數(shù)也大，其主要處理工藝有化學(xué)處理法、物理處理法和生物處理法。

1 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法的原理是利用化學(xué)作用分離某些被溶解的毒性物質(zhì)，即在廢水中加入某種藥劑，改變毒性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而使其毒性消失。例如將膠體顆粒轉(zhuǎn)換為沉淀、將懸浮顆粒轉(zhuǎn)換為固體沉淀等，再通過(guò)分離收集污染物。

目前為止，處理廢水最為便捷有效的方法就是化學(xué)處理法?；瘜W(xué)處理法包括混凝法（適用于去除廢水中的重金屬離子）和氧化還原法等。當(dāng)然，在工業(yè)上為了能夠高效處理含有不同性質(zhì)污染物的工業(yè)廢水，通常將多種處理方法結(jié)合使用。例如，在處理濃度較低的含酚廢水時(shí)可以把混凝法（主要除懸浮物）與高級(jí)氧化還原法（主要除酚）結(jié)合使用，這樣去除高分子有機(jī)物以及重金屬就更加高效便捷。

1.1 混凝法

混凝法是通過(guò)向廢水中加入混凝劑來(lái)降低膠體顆粒之間的互斥力，使膠體穩(wěn)定性受到破壞，膠體顆粒相互碰撞聚沉形成混凝體，而后與水分離以達(dá)到凈化的目的。該法同時(shí)降低了廢水的混濁程度，通常適用于預(yù)處理，主要針對(duì)細(xì)小懸浮顆粒以及膠體微粒，去污效率高達(dá)90%，比沉淀法去除懸浮顆粒和膠體微粒的效果更好。

1.2 氧化法

氧化法主要針對(duì)無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，對(duì)于簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物來(lái)說(shuō)，氧化與還原是同步進(jìn)行的，某元素被氧化的同時(shí)必有另一元素被還原；對(duì)于有機(jī)物來(lái)說(shuō)，由于涉及到共價(jià)鍵，有些電子并不直接轉(zhuǎn)移，而是電子云密度發(fā)生改變，因此氧化還原就相對(duì)復(fù)雜。氧化法主要包括臭氧氧化和濕化氧化。

臭氧氧化法：以臭氧（通常使用低濃度的氧氣或空氣）作為氧化劑對(duì)廢水進(jìn)行凈化消毒處理，適合處理有毒污染物和難降解有機(jī)物。臭氧具有不穩(wěn)定（常溫下在水中的分解速度比在空氣中更快）、強(qiáng)氧化、腐蝕等特性，能使經(jīng)其處理的廢水達(dá)到殺菌、脫色、除臭、降濁的目的。該法不僅操作流程簡(jiǎn)單，還可以有效改善難降解有機(jī)物的可生化性，也沒(méi)有二次污染；不過(guò)缺點(diǎn)也很明顯——臭氧極不穩(wěn)定，所以通常需要現(xiàn)場(chǎng)配制，但臭氧只能在高電耗下生產(chǎn)，因此成本高昂，不經(jīng)濟(jì)。

濕化氧化法是指在高壓條件下氧化懸浮有機(jī)物的過(guò)程，該過(guò)程在液相中進(jìn)行。與臭氧氧化相比，濕化氧化反應(yīng)時(shí)間短、裝置小、更便捷、資金投入較少，并且氧化速度和處理效率更勝一籌，因此應(yīng)用也更為廣泛。目前，濕化氧化主要用來(lái)處理毒性強(qiáng)、難降解的有機(jī)物。

2 物理處理法

物理處理法是通過(guò)物理（重力、阻力等）作用或機(jī)械力分離、回收廢水中的難溶懸浮物，該過(guò)程并不改變污染物的性質(zhì)。物理處理法一般用于廢水回收前的預(yù)處理，主要目的是去除廢水中難降解懸浮物以及毒性物質(zhì)等。與化學(xué)處理法相比，物理處理法去除懸浮顆粒和難降解有機(jī)物的效果更好，且操作方便、設(shè)備投資少。

物理處理法在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，包括篩濾法、沉淀法、氣浮法、吸附法、膜分離等[1]。

2.1 篩濾法

篩濾法的原理是利用介質(zhì)攔截廢水中的懸浮物和膠粒物質(zhì)，從而除去廢水中較大的顆粒物，以免堵塞泵、閥及其他設(shè)備。一般適用于混凝或生物處理后廢水的處理。

篩濾法的介質(zhì)主要有篩網(wǎng)、紗布以及微孔管等，常用設(shè)備是格柵和柵網(wǎng)。格柵通常由一組斜置在泵站集水池進(jìn)口處的平行柵條構(gòu)成；廢水處理廠中最重要的輔助設(shè)施便是格柵。

篩濾通常包括過(guò)濾和反沖洗兩個(gè)階段：過(guò)濾階段，廢水在流經(jīng)水池、濾料層、承托層時(shí)，其中的微小懸浮物和膠體物質(zhì)被一層層篩選過(guò)濾掉，因此得以凈化；而反沖洗階段，沖洗水流經(jīng)相反流程時(shí)，濾料層中沉積物隨水流流入排水槽，從而排出水池。

2.2 沉淀法

沉淀法是利用廢水中懸浮顆粒與水的密度差，借助重力場(chǎng)的作用沉降或上浮，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。當(dāng)懸浮物密度大于水的密度時(shí)，會(huì)發(fā)生下沉；反之，懸浮物上浮。

在廢水處理中，沉淀法通常用于預(yù)處理（例如沉砂池用于去除廢水中的無(wú)機(jī)顆粒），廢水進(jìn)入生物處理構(gòu)筑物前的初步處理（例如初沉池可去除懸浮有機(jī)物，以大大減輕生物處理構(gòu)筑物的有機(jī)負(fù)荷），生物處理后的固液分離（例如二次沉淀池用來(lái)分離生物處理工藝中產(chǎn)生的活性廢泥等）以及污泥濃縮。

2.3 氣浮法

氣浮法即向廢水中通入空氣，同時(shí)在水中析出高度分散的微小氣泡并以其為載體，使廢水中密度相對(duì)較小的懸浮污染物（石化油以及疏水性細(xì)微固體懸浮物）附著在載體上，克服重力和阻力的作用，當(dāng)廢水水面有大量氣泡存在時(shí)即表示分離完成。該法主要處理對(duì)象是某些直徑較小的懸浮固體顆粒；有時(shí)為了提高氣浮效果，會(huì)在廢水中加入混凝劑脫穩(wěn)或投入表面活性劑維持泡沫的穩(wěn)定。

氣浮法一般不用于預(yù)處理，主要作為混凝后的中間處理步驟。此外，進(jìn)行廢水處理時(shí)氣浮進(jìn)行的條件也很苛刻，被處理的懸浮物周?chē)仨氂写罅繗馀荽嬖?，?dāng)懸浮顆粒表面呈疏水性時(shí)更容易附著在氣泡上，因而隨氣泡上浮就會(huì)更加容易，固液分離效果更好。

2.4 吸附法

吸附法是利用吸附劑對(duì)廢水中懸浮污染物的吸附作用來(lái)凈化廢水的一種方法。由于存在表面張力使物體表面分子受力不均勻，而固體與液體的不同之處就在于表面分子不能移動(dòng)，因此固體分子要想降低吉布斯函數(shù)，只能吸附氣體分子并使它們停留在其表面。

吸附劑一般選用活性炭、硅藻土以及樹(shù)脂等具有大比表面積、多孔且親油性的固體，該類(lèi)固體吸附能力強(qiáng)且沒(méi)有針對(duì)性，可以吸附大部分懸浮雜物；吸附后的產(chǎn)物需要進(jìn)行富集處理，可以采用加熱吹氣等方法。吸附法一般與其他廢水處理法結(jié)合使用。例如吸附劑活性炭在去除COD、生化需氧量（BOD）以及脫色方面的功能雖然極強(qiáng)，卻因?yàn)樽陨碓偕圆钍沟梦轿廴疚锏墓δ芟陆担虼斯こ躺贤ǔＪ褂贸粞?活性炭聯(lián)合處理廢水。雖然吸附法具有十分優(yōu)異的除臭、脫色、溶解有機(jī)物等能力，但卻因?yàn)槲絼┯昧枯^大、吸附周期較短等不足，一般與混凝法、臭氧氧化法結(jié)合使用。

2.5 膜分離法

膜分離技術(shù)就是利用薄膜材料孔徑等方面的不同，使小分子物質(zhì)能夠透過(guò)，有選擇性地過(guò)濾掉一些大分子雜質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)廢水凈化的一種新型水處理技術(shù)。與普通廢水處理法相比，膜分離法處理效率明顯提高，不僅如此，還具有設(shè)備簡(jiǎn)單、容易調(diào)控、節(jié)省空間、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)；美中不足的是薄膜操作處理較復(fù)雜，因?yàn)闈B透膜極容易被污染導(dǎo)致自身壽命縮短，因此操作技術(shù)人員要定期對(duì)其進(jìn)行殺菌消毒。

根據(jù)發(fā)生膜分離現(xiàn)象的推動(dòng)力的不同，膜處理法主要分為5種，即電滲析法、反滲析法、自然滲析法、超濾法以及液膜技術(shù)。這里的滲析技術(shù)主要指廢水中懸溶質(zhì)（浮顆?；蚰z體微粒）透過(guò)滲透膜，而滲透現(xiàn)象主要是溶劑透過(guò)滲透膜。根據(jù)使用的膜種類(lèi)的不同，膜處理法又可以分為有機(jī)膜處理法和無(wú)機(jī)膜處理法。

3 生物處理法

生物處理法是在酶的催化作用下，利用微生物的新陳代謝作用使廢水中毒性污染物和難降解有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為無(wú)毒害物質(zhì)，從而凈化廢水。與物理處理法和化學(xué)處理法比較，生物處理法成本低廉、效率更高，且操作便捷環(huán)保。

在我國(guó)，生物處理技術(shù)主要用于廢水的大規(guī)模處理，因其經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于各處理領(lǐng)域。但整體來(lái)看，生物處理法在采油廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用還不廣泛，根本原因在于含油廢水水質(zhì)復(fù)雜，部分可生化性的難降解有機(jī)物如果依舊使用生物處理法便太過(guò)牽強(qiáng)。根據(jù)微生物繁殖是否需要氧氣，該法又分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法[2]。

3.1 好氧生物處理法

好氧生物處理法的原理是在氧氣充足的條件下，好氧微生物將廢水中的毒性污染物以及難降解有機(jī)物作為自身生長(zhǎng)繁殖的食物，通過(guò)分解逐步釋放能量，使之轉(zhuǎn)換為低位能的無(wú)毒害物質(zhì)，最后處理達(dá)標(biāo)的水被整合到水道中，用作清洗和灌溉綠帶的水源。好氧生物處理法可分為活性廢泥法和生物膜法[3]。

好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需要的反應(yīng)時(shí)間短，因此處理構(gòu)筑物容積比較小，并且處理過(guò)程中散發(fā)出來(lái)的臭氣較少。所以，目前對(duì)于中、低濃度的有機(jī)廢水和BOD質(zhì)量濃度小于500 mg/L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理法。

3.2 厭氧生物處理法

厭氧生物處理法是通過(guò)兼性厭氧微生物在無(wú)氧條件下對(duì)廢水中的毒性污染物和難降解有機(jī)物進(jìn)行分解，從而凈化廢水。厭氧生物處理法可以直接處理沉淀污泥和高濃度有機(jī)廢水，也可以用來(lái)處理動(dòng)植物殘骸、糞便等，費(fèi)用較好氧生物處理法低；但厭氧處理后的水質(zhì)不能完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且操作較為復(fù)雜，因此其應(yīng)用廣泛性并不如好氧處理法。

4 結(jié)語(yǔ)

化學(xué)、物理、生物等廢水處理方法可在一定程度上減輕工業(yè)廢水對(duì)環(huán)境的污染。但這些方法大都屬于末端治理，處理廢水的核心應(yīng)從源頭抓起，預(yù)防為主，將綜合預(yù)防的環(huán)境保護(hù)策略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)全過(guò)程，通過(guò)不斷提高生產(chǎn)技術(shù)和工藝條件，提高資源利用率，減少污染物的排放，進(jìn)而降低對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的危害[4]。

我國(guó)化工企業(yè)應(yīng)結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，除了采取末端治理方法處理廢水外，還應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)人員，采用低廢生產(chǎn)工藝，大力推行清潔生產(chǎn)技術(shù)，比如使用清潔原料、連續(xù)自動(dòng)化控制技術(shù)、合適的催化劑、清潔溶劑，淘汰老舊高耗能設(shè)備等[5]。在實(shí)踐中科學(xué)地運(yùn)用各種處理方法，積極響應(yīng)國(guó)家新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換政策，促進(jìn)企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，從源頭上控制廢水排放，以此有效控制工業(yè)廢水對(duì)環(huán)境的污染，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。