工業有機廢水深度處理技術研究

杭利斌

（浙江興興新能源科技有限公司，浙江 嘉興 314201）

隨著人類工業活動的不斷增加，大量有機廢水的排放對環境產生了嚴重的威脅。有機廢水中含有大量的有機物質和重金屬離子，直接排放將對周圍的水體和生態系統造成嚴重破壞。因此，深度處理工業有機廢水成為一項重要的研究領域。

1 工業有機廢水的特性及環境危害

1.1 工業有機廢水的來源和組成

工業有機廢水是指工業生產過程中，含有大量有機物質的排放廢水。這類廢水最常見的來源是化工、制藥、印染等行業。工業有機廢水的組成復雜多樣，一般包括有機物質、無機鹽和重金屬等。

有機物質是工業有機廢水的主要組成部分，包括各種有機化合物、石油化學產品、合成樹脂、塑料等。這些有機物質具有毒性、難降解等特點，直接排放到環境中，會嚴重影響水體生物的生存和繁殖，增加氧化還原過程中耗氧量，威脅到水體生態平衡。

除了有機物質之外，工業有機廢水中還含有大量無機鹽和重金屬離子，如氯化物、銅、鋅、鉛、汞等元素和化合物，其中大部分具有毒性、生物累積性。直接被排放到環境中，會對水體和周圍的土壤造成嚴重污染和生態破壞。

1.2 工業有機廢水對環境的影響和危害

1.2.1 水體污染

工業有機廢水中含有大量的有機物質和重金屬離子，直接排放到水體中會對水生生物和生態系統造成嚴重威脅，導致水體富營養化、水質惡化，甚至形成死水區，嚴重時會導致水體生物滅絕。

1.2.2 土壤污染

工業有機廢水中含有多種物質，其中重金屬離子、有機物質等成分容易滲透到土壤中，對土壤質量造成不可逆轉的傷害，形成土壤污染。同時，還會影響地下水的質量，威脅人類健康。

1.2.3 大氣污染

工業有機廢水中的含氣物質在處理過程中會釋放出有毒氣體，因此處理廢水時要防止氣體泄漏。若氣體泄漏到大氣中會引起空氣污染，造成人和動植物的健康風險。

2 傳統處理技術的優缺點

2.1 傳統生物處理技術的原理和應用

2.1.1 傳統生物處理技術的優缺點

（1）優點。①成熟可靠：傳統生物處理技術已經經過多年的發展和實踐，具備相對成熟的工藝和操作經驗。②處理效率高：對于適合生物降解的有機廢水來說，傳統生物處理技術能夠高效率地去除有機物質，降低COD（化學需氧量）等污染物濃度。③技術簡單：傳統的生物處理技術相對簡單，不需要復雜的設備和條件，操作維護成本較低。④對部分有機污染物適用性廣：對于容易被微生物降解的有機物質，生物處理技術具有較好的適用性。

（2）缺點。①受環境因素影響：傳統生物處理技術對環境溫度、pH、營養物質等環境因素較為敏感，處理效果易受到影響。②處理時間較長：相對于其他一些處理技術，傳統生物處理技術的處理時間較長，需要較長的停留時間來實現降解有機物質。③需要較大面積的處理設施：傳統生物處理技術通常需要占用較大的土地面積，對于土地資源有一定要求。

2.1.2 傳統生物處理技術的原理

傳統生物處理技術主要利用微生物的降解代謝作用來處理廢水。在這些反應器中，含有大量微生物，與廢水進行接觸和反應。微生物通過吸附、吸收、代謝等過程，將廢水中的有機物質分解為無機物質和水，從而去除有機污染物。

2.1.3 傳統生物處理技術的應用

傳統生物處理技術廣泛應用于工業廢水和城市污水的處理。活性污泥法在污水處理中被廣泛采用，用于處理城市污水；生物濾池常被用于處理工業廢水，如食品加工、制藥、造紙等行業的廢水處理。傳統生物處理技術還可以結合其他處理方法，如物化處理和化學處理，以提高處理效果。

2.2 傳統化學處理技術的原理和應用

2.2.1 傳統化學處理技術的優缺點

（1）優點。①處理效果穩定；②適用性廣泛；③處理速度快。

（2）缺點。①高成本；②生成二次污染物；③操作復雜度高。

2.2.2 傳統化學處理技術的原理

傳統化學處理技術利用化學反應來改變廢水中污染物的性質，使其發生沉淀、氧化、還原等反應，從而去除廢水中的污染物。常見的傳統化學處理方法包括混凝、沉淀、氧化、還原、離子交換等。

2.2.3 傳統化學處理技術的應用

傳統化學處理技術廣泛應用于各個領域的廢水處理和污染物去除。例如，混凝劑的添加可以促使懸浮顆粒、膠體顆粒等在廢水中聚集成較大的沉淀物，實現固液分離；氧化劑的使用可以通過氧化反應將有機物質降解成較簡單的化合物；離子交換劑則可以用于去除廢水中的金屬離子等。

2.3 傳統處理技術存在的挑戰和局限性

（1）技術水平相對滯后。傳統處理技術大多屬于較早期的技術方法，與現代科學技術發展相比，技術水平相對滯后。

（2）低效能耗高。傳統處理技術通常需要耗費較高的能源，并且使用大量化學試劑和媒介物，造成能耗較高，資源消耗較多。

（3）二次污染問題。在傳統處理過程中，可能會產生沉淀物、難以降解的副產物等二次污染物。

（4）應對特殊污染物困難。傳統處理技術對于某些特殊的污染物，如持久性有機污染物、重金屬等處理效果較差，難以徹底去除。

（5）環境適應性有限。傳統處理技術對環境因素的適應性相對較低，例如溫度、pH 等環境條件的變化可能會影響處理效果。

（6）對人力資源需求較高。傳統處理技術的操作過程相對復雜，需要專業人員進行操作和管理。

3 深度處理技術的現狀和應用

3.1 膜分離技術在廢水處理中的應用

膜分離技術是利用特殊的膜過濾材料對廢水進行分離、濃縮等處理的過程。根據膜材料的不同，可以將其分為微濾、超濾、納濾和反滲透等幾種類型。

（1）深度處理。膜分離技術可以作為二級處理工藝，進一步提升廢水的處理效果，去除微小懸浮物、膠體物質和溶解性有機物等。

（2）回收利用。通過膜分離技術處理后的水可以直接回收利用，如作為冷卻水、鍋爐補給水等。

（3）濃縮和分離。膜分離技術可以對廢水中的有價值物質進行濃縮和分離。如對電鍍廢水中的重金屬進行回收，同時減少了廢水排放和處理的成本。

（4）海水淡化。膜分離技術也可以應用于海水淡化處理，通過反滲透膜分離技術可以將海水中的鹽分和其他雜質分離出來，得到淡水。

雖然膜分離技術在廢水處理中的應用越來越廣泛，但也存在一定的挑戰和問題。如膜污染問題、膜壽命問題、能耗過高問題等，需要結合實際情況采取相應措施進行優化和改進。

3.2 吸附技術在廢水處理中的應用

吸附技術作為一種有效的深度處理技術，在廢水處理中得到了廣泛的應用。吸附技術利用吸附劑將廢水中的污染物吸附到表面，從而實現廢水的凈化和去除有害物質的目的。

（1）活性炭吸附。活性炭是一種常用的吸附劑，其具有高比表面積和良好的吸附性能。它可以吸附有機物、重金屬、氯化物等廢水中的污染物，從而提高廢水的凈化效果。

（2）生物活性吸附。生物活性吸附是將微生物固定在載體上，通過微生物的新陳代謝活性和生物吸附作用來去除污染物。這種技術可以高效地去除廢水中的有機物、氨氮、重金屬等，且能夠實現生物處理和吸附的優勢結合，具有很高的應用潛力。

（3）離子交換吸附。離子交換吸附是利用具有特定功能基團的吸附劑對廢水中的離子進行選擇性吸附。它可以實現對嚴重污染的重金屬離子、硝酸鹽、磷酸鹽等的高效去除，廣泛應用于工業廢水處理中。

（4）納米吸附材料。納米吸附材料具有極高的比表面積和出色的吸附能力，能夠高效地去除微小顆粒、重金屬離子和有機物等污染物。其應用領域包括廢水處理、水源凈化和環境修復等。

吸附技術在廢水處理中的應用有助于解決廢水中的污染物問題，提高廢水的凈化效果。同時，吸附技術具有操作簡單、成本低廉、處理效果穩定等優點，使其在實際應用中得到了廣泛推廣。然而，吸附后的廢物處理、吸附劑再生等問題仍需要進一步解決和改進，以實現吸附技術的可持續發展。

3.3 其他深度處理技術的研究進展

（1）氧化技術。氧化技術包括高級氧化技術（如臭氧氧化、過氧化氫氧化等）和光催化氧化技術。這些技術可以通過產生強氧化劑，如羥基自由基和超氧陰離子等，來迅速降解廢水中的有機物和有害物質。

（2）膜分離技術。膜分離技術包括微濾、超濾、納濾和反滲透等，利用不同孔徑的膜對廢水進行篩選和分離，從而去除懸浮固體、膠體顆粒、溶解物質和離子等。

（3）生物處理技術。生物處理技術是利用微生物對廢水中的有機物和污染物進行降解和轉化的過程。

除了以上幾種技術，還有諸如電化學處理、發酵技術、超聲波技術等深度處理技術也在不斷研究和發展。這些技術的進一步完善和集成，有望為廢水處理提供更高效、環保和可持續的解決方案。

4 實驗研究及結果分析

4.1 實驗廢水

在實驗中，使用實際工業產品，包括2-（4-溴甲基苯基）丙溴、2-氨基-2-苯基丁酸和阿米酸等幾十種工業有機廢水作為處理對象。通過系統深度處理，對部分工業有機廢水進行前后水質檢測。

4.2 深度處理技術的實驗過程

“萃取+共沸-水蒸氣精餾+改性活性污泥法+芬頓氧化”系統新技術用于處理工業有機廢水的過程中，采用甲苯、二甲苯等有機萃取劑進行萃取，將有機廢水中不能形成共沸的有機物萃取出來；隨后向有機廢水或經萃取后的廢水中加入共沸劑并通入飽和水蒸氣，使有機物和水形成共沸氣體而逸出，經過冷凝分離和采出有機物再次利用；同時通過臭氧氧化、高溫和酸性等化學改性，添加活性炭、磁粉和靜電處理等物理改性，使活性污泥中細菌種群中的目標菌成為優勢菌，從而實現預期的目標污染物去除效果；最后，在進行廢水深度處理后，加入亞鐵離子或高氯酸等催化劑，去除剩余微生物等物質，以實現廢水深度處理的目的。工業有機廢水深度處理系統技術的處理過程原理邏輯如圖1所示。

圖1 工業有機廢水深度處理技術原理邏輯

在實驗中，按照上述技術原理建立了水處理裝置，并將實際工業有機廢水投入裝置進行處理。根據實驗結果，部分廢水的處理后水質情況列入表1。因此，“萃取+共沸-水蒸氣精餾+改性活性污泥法+芬頓氧化”系統新技術對傳統污水處理技術進行了顛覆性的改進。該技術具有投資少、操作簡便、效果穩定和易于推廣等特點，解決了長期以來困擾相關行業廢水處理的技術難題，并帶來了廣泛的經濟、環境和社會效益。

4.3 實驗結果分析與比較

采用“萃取+共沸-水蒸氣精餾+改性活性污泥法+芬頓氧化”等多種技術構成的工業有機廢水深度處理系統，適用于化工產品生產、醫藥和農藥合成、生物產品制備等相關產業的有機廢水深度處理。萃取技術利用甲苯、二甲苯、石油醚等有機萃取劑將有機廢水中不能形成共沸的污染物萃取出來；共沸-水蒸氣精餾技術則采用共沸劑和飽和水蒸氣，使廢水中的有機物和水形成共沸氣體而逸出，并通過冷凝器分離和采出有機物再次利用；改性活性污泥處理技術通過化學、物理和生物改性，使活性污泥細菌種群的目標菌成為優勢菌，從而實現去除目標污染物的預期。經過深度處理后的廢水可以作為生產工藝中的一般水使用，實現零排放目標。

5 結束語

工業有機廢水深度處理系統技術的研究對于環境保護和可持續發展具有重要意義。通過采用萃取、共沸、活性污泥法、化學改性和催化劑等多種處理方法，可以有效去除工業有機廢水中的有害物質和污染物，并達到環保排放標準。需要綜合運用多種處理方法并注重實踐應用，以實現對工業廢水的高效凈化和環境保護的目標。