高濃度難生化有機廢水的預處理方法探討

田寶輝

摘 要：生化處理工藝是目前高濃度難生化有機廢水的主要手段之一，生化處理若經過有效的預處理措施來減少生物殘留的毒性物質，從而可生化性的幾率加大。文章就以目前較為常用的預處理方式進行探討，提出有效的可生化工藝技術。

關鍵詞：高濃度；有機廢水；難生化；預處理

中圖分類號：X703 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0115-02

Abstract： Biochemical treatment is one of the main methods of high concentration refractory organic wastewater at present. If biochemical treatment is carried out through effective pretreatment measures， the toxicity of biological residues can be reduced， and the probability of biodegradability is increased. This paper discusses the pretreatment methods commonly used at present and puts forward an effective biodegradable technology.

Keywords： high concentration； organic wastewater； difficult biochemistry； pretreatment

目前，水污染領域所面臨的新挑戰(zhàn)是來源于難生化降解有機物的把控。造紙企業(yè)以及一些生產皮革的相關行業(yè)所排出的污染物大部分是高濃度有機廢水，內含有高濃度的COD物質。同時，環(huán)境的變化都與高濃度難生化有機廢水有著密切的聯(lián)系，對此采取有效的預防措施是極為迫切的。針對難以降解或是排放無法達到標準的有機廢水，我們應該加大技術投入去開發(fā)新型的工藝技術。

1 高濃度難生化有機廢水概況

一般情況下，高濃度難生化有機廢水主要歸納為幾大方面的內容：第一，能溶解氧的COD物質是廢水中高度含有的，若水中含有高濃度有機廢水，會導致氧氣含量嚴重缺少。第二，難降解有機廢水的定義是COD以及BOD的含量低于0.3，導致生物的可降解低。第三，生物體內可能含有不同種的生物、微生物以及有毒物質，例如芳香族胺、酚等徑化合物，人體可能通過進食攝入有毒物質的殘留。

工業(yè)產生的超高濃度有機廢水中，酸、堿類眾多，往往具有強酸或強堿性。一是需氧性危害：由于生物降解作用，高濃度有機廢水會使受納水體缺氧甚至厭氧，多數(shù)水生物將死亡，從而產生惡臭，惡化水質和環(huán)境。二是感觀性污染：高濃度有機廢水不但使水體失去使用價值，更嚴重影響水體附近人民的正常生活。三是致毒性危害：超高濃度有機廢水中含有大量有毒有機物，會在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲存，最后進入人體，危害人體健康。

近幾年，高濃度有機廢水的技術處理成為全球所關注的熱點話題，也是污水處理上的一大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段，針對高濃度的有機廢水處理方式是以預處理為主，污染物的濃度以及毒性經過特定的技術處理來降低，可生化性從而有效得到提高。

2 常見的預處理手段以及探討方向

（1）Fenton技術。Fenton試劑的調配主要由二價鐵離子的催化劑與過氧化氫發(fā)生化學反應而形成的，利用這兩者進行鏈反應來生成羥基自由基。其中，雙氧水是屬于強氧化劑，自身又是極微弱的酸性成分。在氧化還原中，雙氧水可以切換為還原劑，所以是氧化反應中較好的催化劑。有機物與還原性物質通過自有基鏈進行氧化反應，提升氧化的能力。相對于氟，羥基自由基的氧化能力更勝一籌，氧化電壓超過2.8伏。此外，羥基自由基的加成反應能力超強，具備569.3KJ的電子親和力，說明其電負性與親電性的化學特性很明顯。水中的大部分有機物在進行氧化反應時，F(xiàn)enton技術是首選，尤其是生物的降解性活性低的物質。一般情況下，酸堿性在3-4下方可進行Fenton技術，因為羥基自由基的生成效果最為明顯。但Fenton技術也有不足之處：第一，酸堿性值會不斷變化，需要不斷補充或是調整酸與堿的濃度；第二，試劑的使用需要大量的二價鐵離子的配合，會導致后期產生氫氧化鐵等有害物質；第三，過氧化氫的成本費用高，同時消耗量大。（2）類Fenton技術。人們依據Fenton技術的基本原理，從而開發(fā)多種氧化法，比如紫外光Fenton技術、超聲波催化氧化法以及電催化氧化法等。以上闡述的技術的主要原理是利用二價鐵離子與過氧化氫一同反應，-OH在該情況下產生出來，作為氧化物質的催化劑。另外，在電或超聲波或紫外光下，易產生過氧化氫物質，是利用氧化還原原理。相對于Fenton技術，類Fenton技術避免大量的過氧化氫的使用，但也需要大量的酸與堿進行酸堿值的調整，對環(huán)境還是有一定的污染影響。（3）內電解技術。內電解法也是水處理方法之一，將廢水排入以鐵屑做的過濾池，在池中進行一連串的化學反應以及電解過程，污染物在此得到一定的凈化。鐵屑本身是無用的物質，用于對難生化有機物的降解之中，起到“以廢治廢”的環(huán)保效果。同時，鐵屑的購買成本低，適用范圍廣，受到許多企業(yè)的青睞。設備內部在接通電源后，微電池系統(tǒng)在鐵屑表面逐步形成一個電場。在廢水中，二價鐵離子與新生態(tài)氫等物質，能與不同的污染物產生多種的氧化還原反應，其中發(fā)色基團與助色基團等物質被破壞后降解，起到降解脫色的反應效果。二價鐵離子在三價中的吸附性更強，同時絮凝活性度更高。相對于一般氫氧化鐵膠劑，添加了堿性物質的試劑具備更強的吸附性與絮凝性，比如氫氧化亞鐵與氫氧化鐵等試劑。該膠劑的主要作用是吸附漂浮在廢水中的微小物質、不可降解的金屬物質等。內電解法綜合了多種物理方法進行開發(fā)，利用氧化懷還原原理、物理吸附原則一起絮凝沉淀等原理的一種水處理方式。但內電解法也存在需要改進的地方：第一，酸堿值的調整消耗量大；第二，鐵離子的使用量大，對環(huán)境的污染造成嚴重的困擾。（4）活化過硫酸鹽法。在水中，通過電離的反應將過硫酸鹽化解為過硫酸根離子，相對于氧化還原電位在2.07伏的臭氧，過硫酸鹽根離子的標準電位高達2.01伏。該數(shù)值相比于1.68伏的高錳酸根和1.70伏的過氧化氫都要高的多，其中過硫酸根離子具備高強的氧化作用，是因為里面含有豐富的過氧基（-O-O-）。過硫酸鹽的氧化作用在普通溫度下無法正常發(fā)揮優(yōu)質的氧化效果，有機物對其催化作用不明顯。相反的是，過硫酸鹽接觸二價鐵離子、銀離子、二價銅離子等活化物質后，發(fā)生活化反應，從而產生了硫酸根自由基等物質。其中，一孤對電子在硫酸根自由基產生，是氧化還原主要載體，其電位高于普通的硫酸根離子，有約2.6伏，是氧化反應的主要物質。在一定程度上，大部分的有機污染物均可在其作用下化為二氧化碳以及無機酸等有機物，降低對環(huán)境的影響。根據相關的研究數(shù)據表明，硫酸根自由基在不同的酸堿值的液體中所產生的反應都不一樣，例如在酸性溶液以及中性液體中無任何的化學反應，但硫酸根自由基極度容易在酸堿值高達8.5后，產生過氧化氫或是氧化水等氧化物質，自由基鏈反應由此產生。硫酸根自由基以及·OH在電子自旋共振技術（EPR）中可檢測到，酸堿值在2-7之間或是平衡的酸堿性溶液中一般只有硫酸根自由基的存在，但在酸堿值大于8.5以上，·OH會因硫酸根自由基的活化反應而產生并進行氧化作用。對此，具備氧化反應的·OH和硫酸根自由基等物質對有機污染物進行可降解反應，有效降低高濃度有機廢水的污染物含量。但活化過硫酸鹽法也有需要完善的地方：第一，金屬物質的需求量大，同時所投入的資金費用巨大；第二，金屬離子雖可以進行降解作用，但其殘留物也是二次污染的來源。針對以上問題，活化過硫酸鹽法尚未形成一個完善的解決措施。（5）水力空化技術。空化的過程可以簡單的歸納為水中的氣壓相對于飽和蒸汽壓較低的時候，內部的液體與固體接觸后易產生各種氣泡，并溶解于氣體或者是水中，此外氣泡易于生成、生長以及潰滅等。水分子在空化過程中易于產生·OH和·H，同時空化反應會使水中的溫度以及氣壓發(fā)生異常，一般溫度高于5000K，氣壓高達150MPa等。水溶液中的難生化有機化合物的降解可經過自由基的活化作用進行，利用未配對的電子自由基來進行氧化反應。同時，該技術方法最大優(yōu)勢是降解后無任何污染物，不形成二次污染，從而達到清潔環(huán)保效果。該技術已全面運用在國內外各個領域之中，比如國外處理五氯苯酚、含偶氮染料若丹明B等劇毒物質，以及國內的垃圾滲濾液、酚類廢水的處理等。在實際的工程運用中，還沒有完善的案例記錄該技術的使用過程。（6）餾化技術。針對廢水中的有機物，我們可將較為容易降解的物質進行分解，添加藥劑在呈酸性的水中并加熱來揮發(fā)可降解的有機污染物。對于剩下的有機物，經過熱處理等化學反應后，其自身的結構組織與性質會與原來呈不一致的情況。對此，我們可以采取另外一種手段，即是絮凝沉淀法，將有機污染物進行沉淀反應。相對于堿性廢水或是中性廢水，餾化技術僅適用于酸性廢水的有機物處理。同時，餾化技術所需的設備以及器材很簡單，還可以有效回收降解后的有機物。但餾化技術有一不足之處，即是處理的費用高，一噸廢水所需的資金是五元，因此并不是普遍采用的預處理方式。

3 結束語

為了確保生物處理得到明顯的效果，以及保證出水的水質達到國家標準，對于高濃度難生化有機廢水的預處理必須提高重視程度。針對廢水中有毒物質的降解以及可生化性的活力提升，我們必須做好預處理措施，從而有效降解廢水中有機污染物，以便于后續(xù)生物的生存與發(fā)展，企業(yè)所排出的水才能符合國家規(guī)定的標準。綜合以上介紹的類Fenton技術、內電解法、活化過硫酸鹽法等預處理方式，在實際工程應用中已有較為成熟的例子，作為新工藝的新開發(fā)，其中，活化過硫酸鹽法是較為有效、持續(xù)性強的一種方式。過硫酸根在發(fā)生化學反應中，能不斷產生豐富的氧化自由基，比如硫酸根自由基、激發(fā)態(tài)氧自由基等高濃度的自由基，從而不斷進行氧化還原反應來降解有機物。一般情況下，廢水中的有機物在常溫常壓下能被改變物質結構與性質，通過鏈鍵的破壞來礦化為水與二氧化碳。此外，對廢水的酸堿值以及溫度數(shù)值沒有明確的規(guī)定。對此，活化硫酸鹽法也是普遍采用的方式之一，但其中部分內容也需要實踐、時間來進行補充與完善，從而深入拓展活化硫酸根的發(fā)展。另外，上文介紹的水力空化法也有值得發(fā)展的空間。針對高濃度的難生化有機廢水，水力空化法高效、迅速、精確的降解有機污染物，同時其發(fā)展空間也可以不斷擴大。但相反的是，水力空化法的適用范圍有限，處理步驟繁瑣，導致規(guī)模較大的工業(yè)企業(yè)無法適用該技術。此外，對于有機污染物的降解技術以及動力學技術，水力空化技術仍需要加大投入去改進并完善，作進一步的深入探討。

參考文獻：

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