難降解有機污染物的處理技術

何冬曉 丁渝權

1.日照市海洋與漁業研究院 山東 日照 276800;2.大連理工大學 遼寧 盤錦 124000

隨著我國工業領域的快速發展,已經獲得了世界工廠的美譽,也為提高我國經濟發展做出了巨大貢獻。但隨著工業的發展,很多工業生產環節和人們生活所產生的有害物質對人們的生存環境產生了負面影響。如常見的多環芳烴、有機染料等等,這些物質大多都是難以簡介的有機污染物,同時也具備較大的渡型、穩定性,以及復雜的結構和富集性。隨著人們越來越關注生存環境,如何利用經濟且安全的方式對其進行控制,避免危害周邊的環境,以及利用有效的方法降解這些污染物,已經是環保領域面對的重大課題。

1 難降解有機物的涵義

目前,就我國產生難降解有機污染物的領域,主要集中在醫藥、印染、焦化等領域當中,而且也是對我國水體造成污染的主要污染源。而且從污染的角度來看,水體中的污染對人體、環境、生態系統造成的危害非常大,所以難降解有機污染物的治理急需安全且有效的處理技術。有機廢水當中包含的難降解有機污染物的主要構成有,農藥、內分泌干擾素、含硫氮有機化合物等。這些有機污染物在水體或者土壤當中很少有微生物能夠將其降解,并且這些有機物融入水中則會極大的危害人體。我國傳統污水治理方法已經不能有效應對當下的難降解有機污染物,目前應用的污染處理技術大多是電化學、氧化、物化、微生物等方法或者技術,這些技術大多應用比較簡便,發展也相對成熟,所需治理成本也比較低,不同的有機污染物也能有針對性的使用相關處理技術。

2 難降解有機污染物的處理技術

目前,我國針對難降解有機污染物的處理技術有生物降解技術、氧化技術、物化技術。生物降解技術主要利用微生物對污染物進行降解,不同微生物對應不同類別的污染物。氧化技術當中包含了電化學氧化法、濕式氧化法、超臨界水氧化技術等,實現對污染物的降解。物化法中包含了膜分離法、絮凝法、吸附法等,通過添加劑等方式降解污染物。

2.1 生物降解技術

生物降解技術顧名思義,及時通過微生物的代謝分解難降解有機污染物,進而形成無害的礦物質或者穩定的無機化合物。從微生物降解的產物而言,主要分為初級和最終生物降解。在初級降解當中,是改變有機物的化學結構,最終實現有機物物質特性的改變。最終降解當中,則是將有機物降解成為無機鹽、二氧化碳、水等。從微生物分解的時間而言,則有快速生物降解、固有生物降解兩種,快速降解是在確定時間當中,微生物和有機物接觸展現出生物可降解的特性,固有降解則是在實驗環境和條件當中,微生物和有機物基礎后長時間展現出來的可降解性[1]。

酚類有機污染物的微生物降解,酚類有機污染物是來自生產酚類的工廠或者使用酚類的行業產生的廢水。在已知微生物當中,能夠降解酚類有機污染物的種類主要是,根瘤菌、醋酸鈣不動桿菌、假單胞菌、酵母菌等。而在常見的微生物降解當中,常用的就是假單胞菌,這種微生物不僅能夠實現多種氯酚的降解,而且能夠對氯苯、硝基苯、多環芳烴等實現微生物降解。

鹵代有機污染物的微生物降解,鹵代有機污染物主要是農業藥劑使用后的殘留,其中包含了殺蟲、除草等,也有油漆、溶劑的使用殘留。鹵代有機污染物比碳氫化合物有更強的疏水性、穩定性和底水溶性,所以微生物降解更為困難。所以鹵代有機污染物只能在特定環境下,通過微生物產生的酶才能將其進行轉化。而且鹵代有機污染物有三致效應,特別是鹵代硝基苯類的污染物更是具備急性毒性,一旦被排放到水中,那么就會造成魚類、藻類快速死亡,如果人類長期在此類污染物環境下,將會導致高鐵血紅蛋白癥、貧血癥。所以,為了有效降解此類污染物,反應條件等因素的探索研究在快速發展當中。同時,微生物形成菌群之后,也具備一定的集群協同效果,能夠發揮出更強的效果。

芳香族類有機污染物的微生物降解,該類污染物在石油化工、電子、紡織造紙等行業中都有出現。一般在自然環境當中,苯環的結構導致其降解比較困難,需要利用氧化酶才能降解。降解此類有機污染物的氧化酶主要有兩類,苯環羥基化加氧酶、苯環切割化加氧酶。一般此類污染物的降解是下氧化酶和氧氣的作用下,逐漸形成鄰苯二酚以及其它代謝中間體,最后在開環酶和氧氣的作用下,形成直鏈分子進而再次分解后進入TCA循環。

2.2 氧化降解技術

氧化降解技術主要利用了氧化的方法完成難降解有機污染物的降解,目前比較常見的技術包含了電化學氧化法、濕式氧化法、超臨界水氧化技術等。

電化學氧化法中包含了直接、間接氧化技術,該技術的主要原理是將有機溶液等置入電解槽當中,然后通入直流電,利用陽極高電位奪取電子,把有機物氧化,或者將金屬例子從低階轉化為高價,再將有機物氧化。另外,在直接氧化過程中,電極材料、圖層等對反應效率有很大影響。目前,電化學氧化降解技術的探索方向主要是在,電極材料、使用壽命,電催化活性,還有減少電極的污染以及電解發生器的開發等。同時也需要深入考察整個電化學氧化法中的電流密度、溫度、酸堿值、電解質濃度、反應時間等對最終反應效果的影響,從而深入探索該技術。在工藝方面,也需要不斷完善可生化性后的預處理以及深度氧化處理。

濕式氧化法中包含了濕式空氣氧化和空氣催化氧化兩種,其原理是把有機污染物當中的懸浮物和有機物,在液態的情況下混合氧氣,然后升溫到177-315攝氏度,內部壓力在3.5-10Mpa條件下,使有機物進行氧化降解。濕式催化氧化則是立足濕式空氣氧化法,為了降低溫度和壓力條件而加入催化劑,降低降解污染物的能耗,提升反應效率。催化劑一般包含了過度金屬、貴金屬、鹽類等,而催化劑的載體則需要具備一定的耐水性,對應酸性、堿性的污染物的時候,用的催化劑載體也不一樣,常見的載體有活性炭、硅膠等,催化劑于反應液的混合模式有固定床、流化床模式。濕式氧化法主要應用在反應器中,比較適合處理高濃度、高毒性的污染物,在反應當中釋放的熱量回收后能夠構建進水預熱環節。目前,該工藝在處理難降解有機污染物的過程中無法完全降解,但其優點在于工藝操作管理方面比較簡便且成本低廉。但隨著該工藝的不斷優化和探索,在未來的使用范圍會逐漸擴大[2]。

超臨界水氧化技術主要是利用新型氧化的技術降解污染物,其原理是利用超臨界水的特性,通過氧氣把有機污染物分解成水、二氧化碳、小分子化合物[3]。一般而言,超臨界物質大多用的都是水,而且超臨界水能夠實現有機物、氧氣的融合,所以在這個反應當中不會出現反應速率過低的現象。同時,超臨界狀態高溫條件下,超臨界水的氧化反應能夠快速、完全的降解水里的有機物。但在具體應用當中,超臨界水氧化法需要非常高的工藝,其中的反應器要具備承受高溫、高壓等條件,最終的應用成本非常高。而這種處理技術所展現出來的特點被很多研究人員關注,并且在探討通過融入催化劑縮短時間、提升效率、降低成本的可能性。

2.3 物化降解技術

物化降解技術當中,膜分離技術是我國之前就應用的分離技術,而且該技術具備節能、高效的特點。目前,該技術普遍應用在氣體分離、工業污水處理等領域,同時在難降解有機污染物處理方面也顯出巨大的潛力,眾多研究人員也在進行不斷的探索和研究,而且已經有部分成果進入應用環節[4]。例如膜分離技術結合光催化激素,首先利用TiO光催化廢水,然后再將廢水利用超濾膜進行過濾,這樣就能達到比較好的降解效果,而且經過處理之后的印染行業的有機廢水,其中有機物總量少于1.5g/dm。另外,通過液膜分離還原結合技術,在處理含硝基苯的廢水過程中,先轉化硝基苯為苯胺,然后再利用微乳液膜實現水中有機物的分離,這種處理效果非常明顯,而且也達成了徹底處理硝基苯的目的。但是膜分離技術當中用的膜材料,其生產合成非常復雜,成本高、條件高,所以該技術還無法大面積的推廣普及。

絮凝處理技術是利用絮凝劑融入難降解有機污染物當中,產生沉淀、靜電、吸附、絡合、螯合等作用,從而實現降解污染物的目的。一般使用絮凝法降解污染物的過程中,因為需要絮凝劑量大,而且所產生的降解效果性價比不高,所以在具體應用較少。但是電絮凝技術通過電化學、氣浮等多種技術進行耦合,能夠實現效果和性價比的提升。

吸附法在污染物處理當中比較常見,其機理是在處理高濃度難降解有機污染物的過程中,有選擇性的加入吸附劑,利用吸附的效果降低污染物濃度。但在具體應用當中,卻不能實現完全降解污染物,而且在處理過程中也容易引起二次污染。所以吸附法經常配合其它降解技術使用,目前吸附法常用在降解處理的預處理環節,為后續環節降低降解負荷。

3 結語

綜上所述,隨著我國科技的快速進步,難降解有機污染物的處理技術也在不斷發展,尤其是具有針對性降解技術的去污效果明顯。很多技術雖然操作簡單、成本低廉,但不能有效實現污染物的降解,有的效果好,但成本高或者操作不易,而面對越來越多的難降解有機污染物,這就需要不斷開發新的處理技術,或者使用多種技術來實現污染物的降解,滿足環境治理的需求。