化学工业污水处理综述

广东化工 2010年第5期· 152 · https://www.360docs.net/doc/796536823.html, 第37卷总第205期

化学工业污水处理综述

成小娟1，朱倩倩1，黄凤2，何先勇2，徐宏*1

(1．深圳大学化学与化工学院，广东深圳 518060；2．宏峰行(深圳)化工有限公司，广东深圳 518106)

[摘要]文章综述了近几年化工污水处理的方法及其各自的特点、适用范围和局限性，以及它们在工业废水处理中的实际应用，并对废水处理技术的发展趋势进行了展望。

[关键词]污水处理；物理化学法；高级氧化法；电化学法；生物法

[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)05-0152-03

Chemical Industrial Wastewater Treatment

Cheng Xiaojuan1, Zhu Qianqian1, Huang Feng2, He Xianyong2, Xu Hong*1

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060；2. Hongfenghang

Chemicals (Shenzhen) Company Limited, Shenzhen 518106, China)

Abstract: The paper reviewed the latest chemical industrial wastewater treatment methods, and their different characters, application scopes, limitations and their practical applications in chemical industrial wastewater treatment. The development trend of wastewater treatment technology was also prospected.

Keywords: wastewater treatment；physical-chemical process；advanced oxidation process；electrochemical method；biological method

水污染是一个全球性的问题，其严重程度、性质和危害随着工业的发展和工业化程度的提升而不断加深。中国七大水系近一半的河段污染严重，86 %的城市河段水质超标[1]。由于污染所导致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重威胁了社会的可持续发展和人类的生存[2]。近年来，为改善生态环境，各级政府及企业投入了大量的人力、物力和财力来支持污水处理技术的开发。通过不断的实践和改进，污水处理的新技术、新工艺也不断涌现出来，有效地解决了某些高浓度有机废水的处理问题。文章就近年来发展起来的污水处理的新技术和新工艺及其各自的特点、适用范围和局限性，以及它们在工业废水处理中的实际应用进行评述。

1 污水处理方法

不同的污水水质、水量、处理后接纳水体以及是否有回用目的、处理程度等要求都决定所采用的废水处理方法不同。废水的处理方法按照作用原理可分为物理化学法、高级氧化法、电化学法及生物处理法。现将各方法分述如下。

1.1 物理化学法

物理化学法是利用物理化学作用，转化、分离或回收处理污水中的污染物，包括萃取、吸附、膜分离和化学沉淀等方法。

1.1.1 萃取法

萃取法是利用与水不相溶解或极少溶解的特定溶剂同废水充分混合接触，使溶于废水中的某些污染物质重新进行分配而转入溶剂，然后将溶剂与除去污染物质后的废水分离，从而达到废水净化和回收有用物质的目的。王晓兵等[3]研究了叔胺N235、乙苯和煤油组成的萃取剂萃取含羧酸工业废水，经三级萃取酸的萃取率达96 %以上，萃取相经精馏使甲酸与萃取剂分离回收，其它的酸经稀碱反萃分离，使萃取剂再生重复使用；萃余液进一步经活性碳吸附后，COD降到可进入生化池处理。魏凤玉等[4]以TOA为萃取剂、白煤油为稀释剂络合萃取处理环氧树脂废水，废水经三级错流萃取COD和Cl-的去除率分别达到97.6 %和92.0 %，达到了废水处理目的。萃取法具有处理水量大，设备简单，便于自动控制，操作安全，成本低等优点。1.1.2 吸附法

吸附是用气体或液体流动相与多孔颗粒接触，使流动相中的组分被选择分离或滞留颗粒相的过程。污水处理中常用的吸附剂包括活性炭、炭纤维、费石、硅藻土、硫化煤、矿渣以及吸附用的树脂等，其中活性炭较为常用[5]。针对粉煤灰对含油废水处理的局限性，谌世英等[6]用铝酸脂偶联剂和复合改性剂对粉煤灰进行表面改性，改性后的粉煤灰憎水亲油性明显增强，提高了对含油废水的处理效果。程秀梅等[7]采用吸附树脂NDA-99处理水杨酸甲酯生产废水，结果表明该树脂对废水中的5-磺基水杨酸及水杨酸均具有良好的吸附-脱附性能。使用吸附法处理废水，不但能够去除那些难分解的有机物，降低COD，还能使废水脱色、脱臭，把废水处理到可重复利用的目的。

1.1.3 膜分离法

膜分离法是利用特殊的半透膜将废水分开进而使某些溶质或溶剂渗透出来的方法的统称。常见的膜分离法主要有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、渗透蒸发(PV)、液膜(LM)等方法。Murthy等[8]采用纳滤膜，处理Ni2+质量浓度为5 mg·L-1和250 mg·L-1废水，镍的最大去除率为98 %和92 %。于飞芹等[9]采用电渗析法对含硫废水处进行处理，试验结果表明，硫化物去除率可达98 %以上。石中亮等[10]研究了用乳化液膜分离技术处理造纸工业废水，在最佳条件下，造纸废水的COD去除率可达85 %以上，色度去除率达98 %以上，具有较大的推广应用价值。

1.1.4 化学沉淀法

化学沉淀法是用易溶的化学药剂在废水中形成难溶的盐、氢氧化物或络合物以达到处理目的的一种方法。高健磊等[11]以Na2HPO4和MgSO4为沉淀剂，对氯化铵、硫酸氨、氨水以及碳酸氨四种高浓度氨氮废水进行化学沉淀法脱氮处理，得到了最佳工艺条件。由于该法能使污染物形成难溶的盐、氢氧化物或络合物而较易分离，因此常用于TNT、RDX、阳离子染料废水、硫醇废水以及含酚、含醌废水的处理[12]。

总体上看，物化法具有设备简单、操作便捷、工艺成熟等优点，但是污染物只是从液相转移到固相或气相，并没有完全

环境保护

[收稿日期] 2010-01-25

[基金项目]国家自然科学基金项目(30570421，30070702)，深港创新圈项目(200701)

[作者简介] 成小娟(1985-)，女，湖南人，在读硕士研究生，主要从事高分子化工废水处理研究。*为通讯作者。

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降解，而且，由于一些技术上的原因，污染物并没有得到很好的回收利用，造成废物堆积和二次污染。

1.2 高级氧化法

高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，简称AOPs)是近20年来水处理领域兴起的新技术，通常指在环境温度和压力下通过产生具有高反应活性的羟基自由基来氧化降解有机污染物的处理方法[13]。高级氧化技术的关键是产生高活性的羟基自由基，一般采用加入氧化剂、催化剂或借助紫外线、超声波等多种途径产生。

1.2.1 湿式(催化)氧化法

湿式氧化法(Wet Air Oxidation，简称WAO)是在高温(150～350℃)高压(0.5～20 MPa)的条件下，利用空气或氧气作为氧化剂，氧化水中呈溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物，达到去除污染物的目的[14]。湿式催化氧化工艺(Catalytic Wet Air Oxidation，简称CWAO)是在WAO工艺的基础上添加了适宜的催化剂，降低了反应温度和压力，提高了反应速度，缩短了反应时间，提高了氧化效率[15]。国内近来出现采用微波催化湿式氧化法新工艺的研究[16]，即采用间歇微波催化湿式氧化工艺，使废水经Fe-C预处理、曝气氧化后，再考察30 %H2O2、FeSO4·7H2O、自制TiO2催化剂加入量和微波辐照时间等因素对COD去除效果的影响，实验结果表明，经处理后COD大于90 %。

1.2.2 超临界水(催化)氧化法

超临界水氧化技术是把温度和压力升高到水的临界点(Tc=374.3 oC，Pc=22.05 MPa)以上时，使水成为一种具有高扩散性和优良传递特性的非极性介质，在此条件下，非极性的有机物和气体能和水以任意比例互溶，实现对污染物的分解[17]。蔡毅等[18]使用2.0 L的超临界水氧化反应器对丙烯腈生产过程中排放的高浓度剧毒有机废水进行处理实验研究，实验结果表明，当反应温度为650 °C，压力为28 MPa，氧气过量为理论量的200 %，反应时间为180 s时，COD最高去除率可达到99.998 %。

1.2.3 化学(催化)氧化法和光(催化)氧化法

化学氧化法是指通过O3、H2O2、ClO2及KMnO4等氧化剂，将废水中呈溶解状态的污染物氧化为微毒或无毒的物质，或者转化为容易与水分离的形态，从而达到处理的目的。化学催化氧化是在催化剂和氧化剂共同作用下氧化有机物。光化学氧化是通过氧化剂在光的辐射下产生氧化能力较强的自由基而进行的。根据氧化剂的种类不同，分为UV/H2O2、UV/O2及UV/H2O2/O3等系统[19]。Esplugas等[20]比较了化学氧化和光化学氧化中几种工艺对含酚废水的处理，结果表明，Fenton 试剂的降解速率最快，O3氧化处理费用最低。

使用高级氧化技术处理有机废水，具有效率高，反应快，占地面积小，能够解决难降解废水的处理问题等优点[21]，但是它也存在处理费用高，反应条件要求严格，反应器制造复杂等缺点。

1.3 电化学法

1.3.1 电化学氧化

电化学氧化法可分为直接氧化法和间接氧化法。直接氧化法是利用阳极的高电势氧化降解废水中污染物，使之转化为无害物质。间接氧化法则是通过阳极反应产生具有强氧化作用的中间物质，如超氧自由基(O2)、H2O2和羟基自由基(·OH)等活性自由基，自由基的强氧化性直接氧化水体中的有机污染物，最终达到氧化降解污染物的目的[22]。Moras等[23]使用TiO2-RuO2钛电极电解垃圾渗滤液，180 min后，COD去除率为73 %，TOC去除率为57 %，脱色率为86 %，氨氮去除率为49 %。

1.3.2 电凝聚

该法采用可溶性阳极，如Fe、Al等金属板，在外加直流电压的作用下，金属阳极氧化溶解，生成金属离子Fe2+、Fe3+、Al3+，这些离子与水中OH-作用生成氢氧化物沉淀物，沉淀物再吸附、絮凝废水中的污染物。在废水中有有机酸时，则能生成铁、铝等的有机酸化合物，同样能起絮凝作用。Ivonne等[24]将以铝为电极的电凝聚工艺与生物吸附联合处理成分复杂的工业废水，结果显示，在最优操作条件下下，COD去除率高达84 %，BOD去除率达78 %，色度和浊度去除率分别达到97 %、98 %。

1.3.3 电气浮

电气浮采用不溶性阳极，如石墨、铂及二氧化铅等金属氧化物电极，电解时电极上析出大量微小的气泡(阳极上析出氧气，阴极上析出氢气)，这些气泡分散度高，并以1.5～4 cm·s-1的速度上升，具有较大的浮载力，可将水中的油粒及悬浮物质携带到液体表面而除去。为了提高该法的处理效果，有时还加入少量的混凝剂，以利于絮凝物的生成[25]。Murugananthan等[26]考察了以可溶性金属铁、铝为阳极以及不溶性金属钛为阳极时的电气浮工艺处理效果，结果显示，以可溶性金属铁、铝为阳极时处理效果更好，原因是处理废水过程中可溶性电极反应生成了絮凝体，絮凝作用提高了电气浮工艺的处理效果。

电化学方法具有无需添加氧化剂、絮凝剂等化学药品，设备体积小、操作简单灵活等优点。用电化学方法既可处理无机污染物，也可处理有机污染物，特别是一些无法用生物降解的有毒有机物，处理重金属废水时还可回收废水中的重金属[27]。

1.4 生物法

生物法是利用微生物能够降解代谢有机物的作用，来处理污水中呈溶解或胶状的有机污染物质。根据参与降解微生物的种类不同，生物处理法又分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。

1.4.1 厌氧生物处理法

厌氧消化是指在无分子氧参与的条件下，通过多种微生物的协同作用，把有机物最终分解为甲烷和CO2的产物的过程。随着现代高速厌氧反应器的大规模开发和应用，各种厌氧工艺的成功应用层出不穷。王庆伟[28]使用厌氧升流式流化床反应器(Upflow Blanket Filter，简称UBF)处理高浓度垃圾渗滤液，加入阳离子PAM和颗粒污泥的生成，能大大缩短启动周期和提高有机物去除率。黄玉等[29]研究了在中温条件下，以内循环反应器(Internal Circulation，简称IC)处理精对苯二甲酸(PTA)废水，实验结果证实了IC反应器具有高效处理PTA废水的可行性。潘杨等[30]采用厌氧折流板反应器(Anaerobic Baffled Reactor，简称ABR)处理农药废水，研究了温度、进水负荷及回流比对ABR的影响。

1.4.2 好氧生物处理法

好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物(以溶解状与胶体状的为主)，作为营养源进行好氧代谢。王德河等[31]介绍了大连某苹果有限公司采用以序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor，简称SBR法)为主体的生化处理工艺，运行结果表明，COD、BOD、SS的去除率分别达到了95 %、98 %和95 %，并达到了排放标准。Scholz等[32]研究了膜生物反应器，由生物反应器与超滤膜单元相联接，油去除率可达99.99 %，COD和TOC去除率分别为97 %、98 %。

使用生物法处理废水，具有能耗少、处理效率高、二次污染少、成本底、出水水质好、污泥沉降性能好等优点，但对水质要求高、运行过程复杂、适用地区限制等缺点[33]。

2 展望

在水资源短缺、水污染严重、人们环境意识不断增强的今天，污水处理技术必将受到越来越多的重视。随着中国工业化程度的不断提升，各种高浓度难降解的工业有机废水的排放不断增加，采用单一的方法处理的废水常常难以达到国家规定的排放标准。通过不断的实践和改进，人们探索了各种组合工艺，通过将各种不同工艺或方法组合起来，以克服各自技术的不足，发挥共同的优点，有效地解决了这些高浓度有机废水的处理问题，代表了水处理技术发展的趋势。另一方面，一些高新技术如交流电弧废水处理技术[34]、滑动弧等离子体处理技术[35]以及某些特殊的电化学处理技术[36]等目前还处于实验室试验阶段，但是不容置疑，这些高新技术代表了废水处理技术未来

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的发展方向。

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图2 总酯含量图谱

Fig.2 Total ester content

综上所述，精喹禾灵新工艺不需进行重结晶和脱色处理，外观为白色晶体，产品质量一次性达到97 %以上，而且生产成本下降3000余元。

4 讨论

精喹禾灵新工艺与传统工艺相比较，无论从成本、外观、产品质量上，优势明显。目前国内只有江西武藏野生产D-乳酸甲酯，产能小，成本高。伴随D-乳酸甲酯成本的下降，精喹禾灵利润空间必将扩大，该工艺必将代替传统工艺，成为今后生产的主流。

参考文献

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(本文文献格式：张建林，吴志红，褚彬彬．一种合成高质量精喹禾灵的方法[J]．广东化工，2010，37(5)：150-151)