化工生產(chǎn)過程中的廢水處理方法研究

王龍闖 曲榮昌 魏億萍 杜 蕾 趙慶勝 尹進(jìn)華

1山東新華制藥股份有限公司 （山東淄博 255000）

2青島科技大學(xué) （山東青島 266042）

與所有發(fā)達(dá)國家一樣，環(huán)境污染伴隨著我國的工業(yè)化發(fā)展。20世紀(jì)50年代，我國正處于工業(yè)化的初期階段，沒有強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)，與之相關(guān)的環(huán)境污染問題尚不明顯；經(jīng)過五六十年的大規(guī)模擴(kuò)張，重工業(yè)迅速發(fā)展，環(huán)境污染問題不斷加劇。大量廢水的排放不僅污染了水資源，還造成了大范圍生態(tài)環(huán)境的破壞，進(jìn)而影響到公眾的衣食住行。如今，環(huán)境問題已成為我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的難題之一。隨著人們環(huán)保意識與觀念的進(jìn)步，化工企業(yè)已經(jīng)深刻認(rèn)識到當(dāng)下環(huán)保問題的嚴(yán)重性，并逐漸采取措施，以期減少對環(huán)境的破壞。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對石油的需求量日益增多，隨之而來的是各類石油化工廢水。石油化工廢水存在形式多為乳狀液體，與其他廢水對比，石化廢水中含有較多的油、硫、氨氮、化學(xué)需氧量（COD）等有機(jī)化學(xué)成分，水質(zhì)復(fù)雜且水量大，處理難度系數(shù)也大，其主要處理工藝有化學(xué)處理法、物理處理法和生物處理法。

1 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法的原理是利用化學(xué)作用分離某些被溶解的毒性物質(zhì)，即在廢水中加入某種藥劑，改變毒性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而使其毒性消失。例如將膠體顆粒轉(zhuǎn)換為沉淀、將懸浮顆粒轉(zhuǎn)換為固體沉淀等，再通過分離收集污染物。

目前為止，處理廢水最為便捷有效的方法就是化學(xué)處理法。化學(xué)處理法包括混凝法（適用于去除廢水中的重金屬離子）和氧化還原法等。當(dāng)然，在工業(yè)上為了能夠高效處理含有不同性質(zhì)污染物的工業(yè)廢水，通常將多種處理方法結(jié)合使用。例如，在處理濃度較低的含酚廢水時可以把混凝法（主要除懸浮物）與高級氧化還原法（主要除酚）結(jié)合使用，這樣去除高分子有機(jī)物以及重金屬就更加高效便捷。

1.1 混凝法

混凝法是通過向廢水中加入混凝劑來降低膠體顆粒之間的互斥力，使膠體穩(wěn)定性受到破壞，膠體顆粒相互碰撞聚沉形成混凝體，而后與水分離以達(dá)到凈化的目的。該法同時降低了廢水的混濁程度，通常適用于預(yù)處理，主要針對細(xì)小懸浮顆粒以及膠體微粒，去污效率高達(dá)90%，比沉淀法去除懸浮顆粒和膠體微粒的效果更好。

1.2 氧化法

氧化法主要針對無機(jī)物和有機(jī)物，對于簡單無機(jī)物來說，氧化與還原是同步進(jìn)行的，某元素被氧化的同時必有另一元素被還原；對于有機(jī)物來說，由于涉及到共價鍵，有些電子并不直接轉(zhuǎn)移，而是電子云密度發(fā)生改變，因此氧化還原就相對復(fù)雜。氧化法主要包括臭氧氧化和濕化氧化。

臭氧氧化法：以臭氧（通常使用低濃度的氧氣或空氣）作為氧化劑對廢水進(jìn)行凈化消毒處理，適合處理有毒污染物和難降解有機(jī)物。臭氧具有不穩(wěn)定（常溫下在水中的分解速度比在空氣中更快）、強(qiáng)氧化、腐蝕等特性，能使經(jīng)其處理的廢水達(dá)到殺菌、脫色、除臭、降濁的目的。該法不僅操作流程簡單，還可以有效改善難降解有機(jī)物的可生化性，也沒有二次污染；不過缺點(diǎn)也很明顯——臭氧極不穩(wěn)定，所以通常需要現(xiàn)場配制，但臭氧只能在高電耗下生產(chǎn)，因此成本高昂，不經(jīng)濟(jì)。

濕化氧化法是指在高壓條件下氧化懸浮有機(jī)物的過程，該過程在液相中進(jìn)行。與臭氧氧化相比，濕化氧化反應(yīng)時間短、裝置小、更便捷、資金投入較少，并且氧化速度和處理效率更勝一籌，因此應(yīng)用也更為廣泛。目前，濕化氧化主要用來處理毒性強(qiáng)、難降解的有機(jī)物。

2 物理處理法

物理處理法是通過物理（重力、阻力等）作用或機(jī)械力分離、回收廢水中的難溶懸浮物，該過程并不改變污染物的性質(zhì)。物理處理法一般用于廢水回收前的預(yù)處理，主要目的是去除廢水中難降解懸浮物以及毒性物質(zhì)等。與化學(xué)處理法相比，物理處理法去除懸浮顆粒和難降解有機(jī)物的效果更好，且操作方便、設(shè)備投資少。

物理處理法在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，包括篩濾法、沉淀法、氣浮法、吸附法、膜分離等[1]。

2.1 篩濾法

篩濾法的原理是利用介質(zhì)攔截廢水中的懸浮物和膠粒物質(zhì)，從而除去廢水中較大的顆粒物，以免堵塞泵、閥及其他設(shè)備。一般適用于混凝或生物處理后廢水的處理。

篩濾法的介質(zhì)主要有篩網(wǎng)、紗布以及微孔管等，常用設(shè)備是格柵和柵網(wǎng)。格柵通常由一組斜置在泵站集水池進(jìn)口處的平行柵條構(gòu)成；廢水處理廠中最重要的輔助設(shè)施便是格柵。

篩濾通常包括過濾和反沖洗兩個階段：過濾階段，廢水在流經(jīng)水池、濾料層、承托層時，其中的微小懸浮物和膠體物質(zhì)被一層層篩選過濾掉，因此得以凈化；而反沖洗階段，沖洗水流經(jīng)相反流程時，濾料層中沉積物隨水流流入排水槽，從而排出水池。

2.2 沉淀法

沉淀法是利用廢水中懸浮顆粒與水的密度差，借助重力場的作用沉降或上浮，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。當(dāng)懸浮物密度大于水的密度時，會發(fā)生下沉；反之，懸浮物上浮。

在廢水處理中，沉淀法通常用于預(yù)處理（例如沉砂池用于去除廢水中的無機(jī)顆粒），廢水進(jìn)入生物處理構(gòu)筑物前的初步處理（例如初沉池可去除懸浮有機(jī)物，以大大減輕生物處理構(gòu)筑物的有機(jī)負(fù)荷），生物處理后的固液分離（例如二次沉淀池用來分離生物處理工藝中產(chǎn)生的活性廢泥等）以及污泥濃縮。

2.3 氣浮法

氣浮法即向廢水中通入空氣，同時在水中析出高度分散的微小氣泡并以其為載體，使廢水中密度相對較小的懸浮污染物（石化油以及疏水性細(xì)微固體懸浮物）附著在載體上，克服重力和阻力的作用，當(dāng)廢水水面有大量氣泡存在時即表示分離完成。該法主要處理對象是某些直徑較小的懸浮固體顆粒；有時為了提高氣浮效果，會在廢水中加入混凝劑脫穩(wěn)或投入表面活性劑維持泡沫的穩(wěn)定。

氣浮法一般不用于預(yù)處理，主要作為混凝后的中間處理步驟。此外，進(jìn)行廢水處理時氣浮進(jìn)行的條件也很苛刻，被處理的懸浮物周圍必須有大量氣泡存在，當(dāng)懸浮顆粒表面呈疏水性時更容易附著在氣泡上，因而隨氣泡上浮就會更加容易，固液分離效果更好。

2.4 吸附法

吸附法是利用吸附劑對廢水中懸浮污染物的吸附作用來凈化廢水的一種方法。由于存在表面張力使物體表面分子受力不均勻，而固體與液體的不同之處就在于表面分子不能移動，因此固體分子要想降低吉布斯函數(shù)，只能吸附氣體分子并使它們停留在其表面。

吸附劑一般選用活性炭、硅藻土以及樹脂等具有大比表面積、多孔且親油性的固體，該類固體吸附能力強(qiáng)且沒有針對性，可以吸附大部分懸浮雜物；吸附后的產(chǎn)物需要進(jìn)行富集處理，可以采用加熱吹氣等方法。吸附法一般與其他廢水處理法結(jié)合使用。例如吸附劑活性炭在去除COD、生化需氧量（BOD）以及脫色方面的功能雖然極強(qiáng)，卻因?yàn)樽陨碓偕圆钍沟梦轿廴疚锏墓δ芟陆?，因此工程上通常使用臭?活性炭聯(lián)合處理廢水。雖然吸附法具有十分優(yōu)異的除臭、脫色、溶解有機(jī)物等能力，但卻因?yàn)槲絼┯昧枯^大、吸附周期較短等不足，一般與混凝法、臭氧氧化法結(jié)合使用。

2.5 膜分離法

膜分離技術(shù)就是利用薄膜材料孔徑等方面的不同，使小分子物質(zhì)能夠透過，有選擇性地過濾掉一些大分子雜質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)廢水凈化的一種新型水處理技術(shù)。與普通廢水處理法相比，膜分離法處理效率明顯提高，不僅如此，還具有設(shè)備簡單、容易調(diào)控、節(jié)省空間、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)；美中不足的是薄膜操作處理較復(fù)雜，因?yàn)闈B透膜極容易被污染導(dǎo)致自身壽命縮短，因此操作技術(shù)人員要定期對其進(jìn)行殺菌消毒。

根據(jù)發(fā)生膜分離現(xiàn)象的推動力的不同，膜處理法主要分為5種，即電滲析法、反滲析法、自然滲析法、超濾法以及液膜技術(shù)。這里的滲析技術(shù)主要指廢水中懸溶質(zhì)（浮顆粒或膠體微粒）透過滲透膜，而滲透現(xiàn)象主要是溶劑透過滲透膜。根據(jù)使用的膜種類的不同，膜處理法又可以分為有機(jī)膜處理法和無機(jī)膜處理法。

3 生物處理法

生物處理法是在酶的催化作用下，利用微生物的新陳代謝作用使廢水中毒性污染物和難降解有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為無毒害物質(zhì)，從而凈化廢水。與物理處理法和化學(xué)處理法比較，生物處理法成本低廉、效率更高，且操作便捷環(huán)保。

在我國，生物處理技術(shù)主要用于廢水的大規(guī)模處理，因其經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于各處理領(lǐng)域。但整體來看，生物處理法在采油廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用還不廣泛，根本原因在于含油廢水水質(zhì)復(fù)雜，部分可生化性的難降解有機(jī)物如果依舊使用生物處理法便太過牽強(qiáng)。根據(jù)微生物繁殖是否需要氧氣，該法又分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法[2]。

3.1 好氧生物處理法

好氧生物處理法的原理是在氧氣充足的條件下，好氧微生物將廢水中的毒性污染物以及難降解有機(jī)物作為自身生長繁殖的食物，通過分解逐步釋放能量，使之轉(zhuǎn)換為低位能的無毒害物質(zhì)，最后處理達(dá)標(biāo)的水被整合到水道中，用作清洗和灌溉綠帶的水源。好氧生物處理法可分為活性廢泥法和生物膜法[3]。

好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需要的反應(yīng)時間短，因此處理構(gòu)筑物容積比較小，并且處理過程中散發(fā)出來的臭氣較少。所以，目前對于中、低濃度的有機(jī)廢水和BOD質(zhì)量濃度小于500 mg/L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理法。

3.2 厭氧生物處理法

厭氧生物處理法是通過兼性厭氧微生物在無氧條件下對廢水中的毒性污染物和難降解有機(jī)物進(jìn)行分解，從而凈化廢水。厭氧生物處理法可以直接處理沉淀污泥和高濃度有機(jī)廢水，也可以用來處理動植物殘骸、糞便等，費(fèi)用較好氧生物處理法低；但厭氧處理后的水質(zhì)不能完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，并且操作較為復(fù)雜，因此其應(yīng)用廣泛性并不如好氧處理法。

4 結(jié)語

化學(xué)、物理、生物等廢水處理方法可在一定程度上減輕工業(yè)廢水對環(huán)境的污染。但這些方法大都屬于末端治理，處理廢水的核心應(yīng)從源頭抓起，預(yù)防為主，將綜合預(yù)防的環(huán)境保護(hù)策略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)全過程，通過不斷提高生產(chǎn)技術(shù)和工藝條件，提高資源利用率，減少污染物的排放，進(jìn)而降低對環(huán)境和人類的危害[4]。

我國化工企業(yè)應(yīng)結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，除了采取末端治理方法處理廢水外，還應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)人員，采用低廢生產(chǎn)工藝，大力推行清潔生產(chǎn)技術(shù)，比如使用清潔原料、連續(xù)自動化控制技術(shù)、合適的催化劑、清潔溶劑，淘汰老舊高耗能設(shè)備等[5]。在實(shí)踐中科學(xué)地運(yùn)用各種處理方法，積極響應(yīng)國家新舊動能轉(zhuǎn)換政策，促進(jìn)企業(yè)升級轉(zhuǎn)型，從源頭上控制廢水排放，以此有效控制工業(yè)廢水對環(huán)境的污染，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。