基于先進氧化技術的石化廢水深度處理與資源化利用研究

徐春來

（北京萬邦達環保技術股份有限公司，北京 100024）

引言

石化工業作為現代工業體系的關鍵組成部分，以其在能源生產、化學制品制造和材料生產等領域的廣泛應用，為人類社會的發展提供了巨大支撐。然而，伴隨著石化工業的迅猛發展，所產生的廢水也在逐年增加，成為環境保護領域不可忽視的問題。石化廢水的形成主要源于石化工業生產過程中的廢水排放，其特性極為復雜，廢水中包含了多種有機物、重金屬離子及其他有害物質[1]。這些廢水的直接排放對環境構成了重大威脅，不僅污染了水體，還威脅了生態系統的穩定性。因此，對石化廢水的有效處理和資源化利用已經成為當今環境保護和可持續發展領域的迫切任務。除了對環境的不利影響外，石化廢水的排放還可能對人類健康產生潛在危害。有機物和重金屬等有害物質可能積聚在水源中，通過食物鏈進入人體，引發健康問題。因此，開展石化廢水的深度處理與資源化利用研究，不僅有助于環境保護，還有助于維護人類社會的可持續發展。

1 石化廢水的特性及其對環境的影響

1.1 石化廢水的組成及其主要污染物介紹

石化廢水的復雜組成使其成為一個多污染物體系，主要包括有機物、重金屬、溶解性鹽類和其他有害物質。石油工業中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯（BTEX）等揮發性有機化合物在廢水中廣泛存在，這些物質不僅具有強烈的異味，還對人體和水生生態系統有害。另外，多環芳烴（PAHs）也常見于石化廢水中，這些物質具有致癌性和毒性。重金屬如鉻、鎳、鉛、鎘和汞則以離子形式存在于石化廢水中，因其毒性而引起了人們廣泛的擔憂。這些污染物的來源包括原料處理、石化工藝中的催化劑使用、反應中間體產物以及副產物的生成，其高度的毒性和難降解性對水體和生態系統構成了極大威脅。

1.2 石化廢水的排放對環境的實際影響案例分析

在尼日爾三角洲，尤其是奧貢蘭達地區，石油泄漏事件頻繁發生，這個地區被認為是世界上最受石油污染影響的地方之一。2008年，尼日爾政府發布的《尼日爾三角洲的石油污染報告》，揭示了數十年來石油作業導致的環境災難，包括水體污染、漁業資源喪失和居民健康問題。另外，墨西哥灣2010年的《深水地平線石油泄漏事件》被視為美國歷史上最嚴重的石油泄漏事件之一，對周邊環境產生了毀滅性影響，包括海洋生態系統的崩潰和沿海經濟的崩潰。這兩個案例不僅揭示了石化廢水排放對環境的災難性影響，還凸顯了迫切需要采取措施來減輕和預防此類事件的嚴重后果。

1.3 石化廢水處理的緊迫性和必要性

石化廢水處理的緊迫性不僅是環境保護問題，還嚴重影響了人類社會的可持續發展。廢水排放中的有機物和重金屬等有害物質對人類健康構成了嚴重威脅。例如，日本的《伊勢灣水俁病事件》中，甲基汞中毒導致了數百人患上神經系統疾病，顯示出廢水中有毒物質對人體的潛在危害。因此，確保石化廢水經過有效處理以減輕環境和健康風險至關重要。另外，資源短缺和環境保護的雙重挑戰也使石化廢水處理變得尤為必要。廢水中有機物和重金屬等有害物質的資源化利用可以減輕對自然資源的依賴，推動綠色經濟的發展。如采用電化學方法從廢水中回收鉻，不僅降低了廢水處理成本，還實現了資源的再利用，有助于減輕對有限自然資源需求的壓力。因此，石化廢水處理不僅是環保的需要，也是經濟可持續發展的關鍵一環，具有廣泛的社會價值和重要性。

2 先進氧化技術的原理及分類

先進氧化技術（Advanced Oxidation Technologies，AOTs）代表了一系列高級化學氧化方法，廣泛應用于廢水處理領域。這些技術的核心原理在于能夠生成具有強氧化性的自由基，如羥基自由基（OH）和過氧化氫（H2O2），這些自由基能夠有效氧化和分解廢水中的有機污染物[2]。

2.1 臭氧氧化（O3）法

這種方法是將臭氧氣體引入廢水中，通過臭氧分解產生OH自由基。OH自由基具有極強的氧化能力，能夠將廢水中的有機物迅速降解成較為簡單的化合物。臭氧氧化技術對于難降解的有機物，如染料和有機溶劑，具有出色的去除效能，如圖1所示。

圖1 基于臭氧氧化及生化技術處理化學鍍鎳廢水

2.2 紫外線/過氧化氫（UV/H2O2）處理法

這一方法是利用紫外線的照射來激發過氧化氫（H2O2）分解生成OH自由基。紫外線能夠有效激發H2O2，產生高度氧化性的自由基，因此對微污染物的去除非常有效，特別適用于處理藥物廢水、農藥殘留和微生物污染。

2.3 Fenton氧化法

Fenton氧化法依賴于Fe2+離子和過氧化氫（H2O2）。Fe2+與H2O2反應生成OH自由基，這些自由基具有較強的氧化能力，可將有機物氧化為無害產物。Fenton氧化法通常應用于高濃度廢水的處理，如有機酸廢水和染料廢水，如圖2所示。

圖2 基于Fenton氧化技術的蘭炭廢水預處理方法

2.4 高級氧化過程（AOPs）

高級氧化過程是一類綜合性技術，包括上述提到的方法以及其他氧化技術，如光催化、催化劑輔助氧化和高壓條件下的氧化反應。這些方法的組合能夠提高氧化反應的效率，因此在處理復雜的工業廢水中表現出色，包括難降解的有機物和重金屬污染物。AOTs方法在石化廢水處理中發揮著重要作用，污水處理人員可以根據廢水的成分和目標選擇最適合的技術。不僅如此，持續的研究和技術改進有望進一步提高這些方法的效能，從而減輕環境污染和資源浪費，推動綠色化學工業的可持續發展。通過深入了解和應用AOTs，可以為石化廢水處理提供更高效、環保的解決方案，從而促進環保和可持續發展的實現。

3 石化廢水資源化利用實踐研究

3.1 有機物的回收與利用

在具體實踐中，石化廢水中有機物的回收與利用已經取得了顯著進展。例如，位于上海的“華東石化公司廢水處理廠”采用生物降解和氣化技術，將廢水中的有機物轉化為生物燃料，其中主要包括甲烷和氫氣。這些生物燃料在工業生產中用于能源供應，不僅減少了對傳統燃料的依賴，還減少了溫室氣體排放。

3.2 化學品廢水中的有機物回收

一些企業也實施了“化學品廢水中有機物回收的項目”。通過化學方法，如吸附和萃取，使廢水中的有機物被有效分離和提純。這些有機物可以用于生產化學品，例如聚合物、染料和溶劑，因而降低了生產成本并減少了對新原料的需求。

3.3 重金屬的回收與利用

石化廢水中的重金屬回收也在實踐中取得了成功，具體案例包括“鎳和銅的廢水回收與再利用項目”。在電鍍廢水中，鎳和銅是常見的有價值金屬，通過離子交換樹脂技術，可以高效分離和富集這些金屬，然后通過電解或其他方法，得到高純度的鎳和銅。這些金屬可以用于制造電子元件、合金材料和電池，為工業生產提供了重要的原材料，同時減少了資源浪費。

3.4 能源的回收與利用

能源回收在石化廢水處理中具有重要意義，促使一些企業采用先進的能源回收技術。例如，“壓力能源回收項目”應用于高壓廢水的處理，是通過廢水中的水流和壓力，驅動渦輪發電機，將動能轉化為電能。這種方法不僅提供了額外的電力，還減少了廢水排放的能源浪費。另一個典型案例是“熱能回收與發電項目”，由于廢水中常常包含高溫熱能，可以被用于發電。通過廢水中的高溫熱能，例如來自冷凝過程的熱水，預熱鍋爐進料水或產生的蒸汽，可以驅動蒸汽渦輪發電機。這種方式不僅提高了電力自給率，還降低了企業的電 力成本。

4 石化廢水深度處理的資源化利用

4.1 有機物的回收和利用

廢水中的有機物是有價值的資源，其回收和利用是石化廢水處理的重要課題。通常采用生物處理技術如生物濾池或活性污泥工藝，將有機物降解為更穩定的產物，如生物質或甲烷。這不僅有助于減輕有機物對環境的影響，還可以將其轉化為可再生能源或有機化學品，為工業生產提供原料。高級氧化過程（AOPs）也被廣泛用于廢水中有機物的去除和回收。這些過程通過生成高度活性的氧化劑，如OH自由基，能夠將有機物氧化分解為無害的化合物。例如，光催化技術結合紫外線照射可以有效氧化并分解廢水中的有機物，同時產生氫氣或氧氣，用于能源產生或工業應用[3]。廢水中有機物的分離和濃縮也是回收的重要步驟，利用膜分離技術中的反滲透技術，可以高效分離有機物，提高后續有機物再利用的效率。通過這些方法，廢水中的有機物不再是廢棄物，而被轉化訓可再生資源，從而為可持續發展提供了可能性。

4.2 重金屬的回收和利用

石化廢水中常含有鉻、鎳、鉛、鎘等重金屬，這些重金屬雖然會對環境構成威脅，但同時又具有很高的經濟價值。因此，開展重金屬的回收和利用研究具有重要意義。

電化學方法是一種常見的重金屬回收技術，是通過電解廢水，使重金屬以固態形式析出。例如，采用電化學還原法可以將廢水中的鉻還原為可用于鍍鉻工業的固態鉻。此外，萃取技術也得到了廣泛應用，該技術通過有機溶劑萃取廢水中的重金屬，然后利用適當的處理方法等到高純度金屬。

重金屬回收的一個創新方法是生物浸出，是利用微生物從廢水中富集和回收金屬。一些微生物具有金屬沉淀能力，通過改良這些微生物的特性，可以實現高效的金屬回收。這種方法不僅可以減少廢水中重金屬的排放，還有助于降低礦產資源的開采壓力，從而實現資源的可持續利用。

4.3 能源的回收和利用

廢水中蘊含著豐富的能源，這些能源可以被回收并用于工業生產或供暖。一種有效的能源回收方法是熱能回收，通過廢水中的高溫熱能來預熱水或空氣，降低生產中的能源消耗。廢水中的有機物也可以通過生物反應產生生物氣體如甲烷，用于發電或供暖。這種方法不僅有助于降低能源成本，還有助于減少溫室氣體的排放，促進清潔能源的使用。另一種能源回收方法是利用壓力能，例如水力能。廢水中的水流和壓力可以用于驅動水輪機或渦輪發電機，并將流動的能量轉化為電能。這種方法特別適用于工業生產中高壓廢水的處理，可以為企業提供一部分電力。

5 基于先進氧化技術的石化廢水處理實踐與工程總結

石化廢水處理領域的先進氧化技術在實際工程應用中取得了重大突破。這一技術的引入不僅在理論上獲得了成功，還在實際案例中證明了其卓越的效果。一個顯著的案例是由全球領先的石化公司“綠水能源”開展的工程項目。該公司采用臭氧氧化技術，成功地將廢水中的難降解有機物快速分解為無害產物，從而極大地減少了有機物的排放。這一創新性工程不僅明顯改善了周邊環境，還在提高廢水處理可持續性方面取得了巨大的成就。

另一個令人矚目的案例涉及石化公司“藍天科技”采用紫外線/過氧化氫（UV/H2O2）技術處理藥物廢水。這項工程旨在高效去除藥物廢水中的微污染物，如藥物殘留物和抗生素。通過引入UV光和過氧化氫，使廢水中的微污染物在極短時間內迅速得到分解。這一技術的成功應用不僅減輕了藥物廢水對水體環境的不利影響，還提高了廢水處理效率，為環境保護和可持續發展做出了顯著貢獻。

煉油廠領域也在不斷探索AOTs的應用，其中一家備受矚目的煉油廠案例是“紅陽煉油廠”。該廠采用了Fenton氧化技術，將其引入高濃度廢水處理過程中，主要針對廢水中含有大量有機酸等難降解物質的情況。這一工程的關鍵優勢令人矚目，Fenton氧化技術的引入顯著減輕了企業廢水處理的負擔。由于有機酸等難降解物質通常會增加處理過程的復雜性和耗時性，而使用Fenton氧化技術解決了這些難題。Fenton氧化法是以氫氧化亞鐵為催化劑，結合過氧化氫的強氧化作用，在相對短的時間內將有機酸迅速氧化分解為無害化合物，因此大大提高了廢水處理效率[4]。這項工程成功地降低了對周邊環境的污染。在煉油廠的高濃度廢水中含有大量有機酸等難降解物質，如果處理不當，可能會對附近水體和土壤產生嚴重影響。通過采用Fenton氧化技術，這些有機酸被迅速轉化為無害的物質，從而降低了污染物的排放，有力地保護了周邊環境的質量。

以上案例實例清晰地展示了AOTs在石化廢水處理中的卓越應用和巨大潛力。這些技術不僅有助于改善水質、減少環境污染，還推動了企業的綠色和可持續發展。石化廢水深度處理與資源化利用雖然取得了顯著的成果，但仍需要我們不斷優化技術、提高處理效率，解決廢水處理中的挑戰。只有通過持續的創新和合作，才能為未來的石化廢水治理提供更加可持續和環保的解決方案，確保水資源的可持續利用和環境的可持續保護。在石化廢水處理領域，AOTs的應用將繼續發揮關鍵作用，為人類創造更清潔、更可持續的未來。

6 結語

綜上所述，基于先進氧化技術的石化廢水深度處理與資源化利用研究在環境保護和資源可持續利用方面取得了顯著進展。通過回收有機物、重金屬和能源，不僅有效減少了廢水排放對環境的危害，還促進了工業的綠色發展。然而，面對不斷增長的環保和資源壓力，我們迫切需要不斷創新和改進廢水處理技術，同時相關部門應加強監管和政策支持，以確保石化廢水處理的可持續性和效益。只有堅定不移地朝著清潔、高效、可持續的廢水處理目標前進，我們才能更好地保護環境、節約資源，并為未來的世代創造更美好的生活環境。