化工廢水的處理及研究進展

周 彤，馬健偉，張賽男

（1.東北石油大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.大慶油田第八采油廠 第二油礦,黑龍江 大慶163000）

1 處理化工廢水的重要性

在我國現(xiàn)階段的經(jīng)濟建設(shè)中工業(yè)的發(fā)展尤為重要，在發(fā)展工業(yè)的過程中會產(chǎn)生很多環(huán)境問題，如果化工廢水隨意排放會造成我國環(huán)境的污染，不利于社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，在化工廢水的處理尤為重要，國家必須加大力度，才有可能保證生態(tài)環(huán)境的優(yōu)態(tài)，實現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)展。

1.1 水資源利用率

化工廢水的處理不只能保證環(huán)境的維持，還能提高對水資源的利用率，以此解決我國水資源短缺的問題[1]。處理化工廢水包括過濾，凈化以及控制廢水中的微生物種類和有害物質(zhì)的去除，實現(xiàn)水資源的重復(fù)利用。重復(fù)利用的水可以用于施肥，澆花，沖洗廁所等，使水資源發(fā)揮出更大的價值，以此提高水資源的利用率。

1.2 保護農(nóng)作物及水生物

化工廢水是由于工業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生的廢水。因此，化工廢水有很多是具有強酸性或者強堿性的。當化工廢水直接排入環(huán)境會導(dǎo)致環(huán)境的急劇惡化，同時會使土地出現(xiàn)結(jié)塊等現(xiàn)象，嚴重危害農(nóng)作物和水生物的生長健康。對化工廢水進行處理能降低化工廢水的酸性或堿性，起到對土地和水體的保護作用。所以想要使農(nóng)作物以及水生物健康的生長，必須要加強處理化工廢水的意識。

1.3 推動社會的發(fā)展

處理化工廢水能減小對環(huán)境的危害和污染。想要保護生態(tài)環(huán)境必須及時對化工廢水進行處理，清理化工廢水中所含的有害物質(zhì)，才能逐漸實現(xiàn)人與自然的和諧相處。處理化工廢水同時還能篩選出有用或者有價值的物質(zhì)進行二次利用，能提高我國的經(jīng)濟，推動社會的發(fā)展。

2 化工廢水的類型及特點

化工產(chǎn)業(yè)是一個多樣、復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)，因此，化工廢水一般都成分復(fù)雜，有機物濃度高?；瘜W(xué)化工的不同分類主要是由于原材料來源的不同。其來源大體分為煤化工，石油化工和其他行業(yè)。行業(yè)之間也是相互交叉的?；U水主要來源為以下幾點[2]：

（1）冷卻水使用后的排污水。

（2）冷凝水、回用水和除鹽水等等。

（3）某特定工藝中排放的廢水。

（4）生產(chǎn)和運輸過程中化學(xué)物質(zhì)流失，形成廢水。

各個行業(yè)的化工廢水除了有成分復(fù)雜，難降解的共性外，還各有特點。煤化工[3]產(chǎn)生的化工廢水是由于氣化、焦化和液化中的冷凝，分餾以及洗滌。這種廢水的特點是水量比較大，硫化物、雜環(huán)烴和芳香烴較多；石油化工產(chǎn)生的化工廢水是天然氣或者石油通過催化裂解、重整、合成和精制等工藝得到原料的過程中產(chǎn)生的。石化廢水大[4]部分含有有毒有害的有機物，成分復(fù)雜、濃度高而且難降解，生物表面會有浮油的附著，導(dǎo)致生物缺氧，污染環(huán)境；精細化工是[5]化學(xué)和石油工業(yè)的深加工，種類較多、用途廣、附加值高而且產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)度也高，領(lǐng)域廣闊包括日化用品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品添加劑等日常用品和新材料、航空航天等高新技術(shù)。精細化工產(chǎn)生的廢水中污染物很多都是毒性高、難降解的，比如氯代硝基苯、雜環(huán)有機物以及氯代苯胺，容易在生物體內(nèi)富集，對生物系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用，是一種典型的化工廢水。

3 常見的處理方法及進展

一般來說，化工廢水由于其成分復(fù)雜性和難降解性，使用單一的處理方法處理后的廢水難于達到排放標準，經(jīng)常需要與其他工藝進行耦合。一般情況下，處理化工廢水主要包括物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)法。

3.1 物理法

用物理法處理化工廢水主要包括離心分離、重力沉淀和過濾等方法。物理法的目的是通過一些物理作用分離化工廢水中不溶于水的物質(zhì)，并且在這個過程中物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)沒有變化。離心分離是由于物質(zhì)密度不同，受到的離心力不同，沉降效果也會有所不同，從而達到分離的目的，這種方法處理的水量較大、密封性好而且占地面積小[6]；重力沉淀是向化工廢水中加入沉淀劑，讓廢水中的懸浮小顆粒發(fā)生凝結(jié)，然后因為重力作用發(fā)生自發(fā)的沉降，以此達到分離效果，操作方便、工藝簡單；過濾是通過外力作用使化工廢水固液分離。根據(jù)攔截的物體顆粒物的原理不同，分為表面過濾和深層過濾。過濾常用的材料主要有石英砂、核桃殼、橡膠顆粒和金剛砂等[7-9]。

用物理法處理化工廢水操作方便、效果穩(wěn)定、設(shè)備簡單又造價低廉，被用于去除廢水中的懸浮物、油類物質(zhì)及漂浮物。但是物理法并不能很好地去除化工廢水中的可溶性有機物，因此，物理法一般被當做預(yù)處理技術(shù)置于處理前期[10]。傳統(tǒng)方法的這些弊端，近些年研究者的研究也有所避免，磁分離技術(shù)、非平衡等離子體技術(shù)。聲波技術(shù)等相繼出現(xiàn)，豐富了處理化工廢水的方法。

3.1.1 磁分離技術(shù) 近幾年磁分離技術(shù)作為新興技術(shù)被人們所關(guān)注。在處理廢水時加入混凝劑和磁種，在兩者的協(xié)同作用下，反應(yīng)生成顆粒，顆粒迅速凝結(jié)，使密度差增大，由此加速懸浮物的分離。通過外加的磁場吸引有磁性的物質(zhì)，實現(xiàn)分離[11]。Yasuzo Saka[12]等人利用磁分離技術(shù)改善污泥沉降，在處理廢水的過程中加入Fe3O4粉末，使活性污泥帶有磁性，以此對污泥進行回收利用。

3.1.2 膜分離技術(shù) 膜分離技術(shù)是指選擇透過性膜在外力或者化學(xué)位差的作用下，分離提純不同粒徑的混合物[13]。這種技術(shù)應(yīng)用面款，適應(yīng)性較強。Pi[14，15]等人用納濾膜提取麻黃素，經(jīng)過處理后的廢水COD在100mg·L-1左右，此時的溶液就可以被直接回收了。

3.2 化學(xué)法

用化學(xué)法處理化工廢水包括電化學(xué)氧化、混凝、高級氧化、中和等方法。主要機理是利用化學(xué)反應(yīng)去除化工廢水中溶解態(tài)的有機物和污染物。電化學(xué)氧化法是在有電流作用時氧化有機物，或者利用陽極反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)間接氧化。這種方法的操作簡單、占地面積小，但是耗能大效率低[16，17]；混凝是指向化工廢水中加入某些藥劑使膠粒凝聚，在吸附架橋等作用下形成穩(wěn)定的大顆粒，由重力作用實現(xiàn)固液分離[18，19]；中和法是向化工廢水中加入藥劑使廢水的酸堿性降低，轉(zhuǎn)成中性。

不同于其他方法，用化學(xué)法處理化工廢水能快速的去除廢水中的有機物、重金屬離子、色度、污染物等，但是化學(xué)法的成本較高而且會有可能發(fā)生其他副反應(yīng)，可能會發(fā)生二次污染。近些年利用濕式催化氧化、芬頓法等高級氧化處理有機物，效果明顯[20，22]，但是目前還是實驗室研究，還沒有投入于正式工程。

3.2.1 化學(xué)氧化法 向廢水中投加氧化劑比如HClO、Cl2、O3等來氧化難降解有機物，以此達到處理目的的方法是化學(xué)氧化法。于秀娟等人用O3-生物活性炭的工藝處理廢水，處理結(jié)果較為理想。Shang[23]等人分別利用O3、O3/紫外的方法處理含有甲基丙烯酸甲酯的半導(dǎo)體廢水，實驗發(fā)現(xiàn)，O3處理對去除率的提高有明顯的效果。

3.2.2 電化學(xué)氧化法 用電、磁、聲、光等無毒試劑通過催化氧化來處理廢水的方法是電化學(xué)氧化法。這種方法在生物難降解領(lǐng)域非常有效，是水處理領(lǐng)域熱門的研究方向。Zhou[24]等人把含鎳的納米TiO2當做催化劑處理甲基橙廢水，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，效果較好。在紫外光照射2h后，甲基橙廢水的色度去除達到了96.3%。

3.3 生物法

用生物法處理化工廢水是通過微生物的代謝繁殖將廢水中的有機物轉(zhuǎn)化為CH4、CO2和H2O等無害的物質(zhì)，可以分為好氧生物處理技術(shù)和厭氧生物處理技術(shù)。不同于其他處理方法，生物法處理化工廢水在技術(shù)高效性、資源回收性、經(jīng)濟可行性等方面優(yōu)勢都較為明顯，因此，生物法是現(xiàn)在國內(nèi)外最常用的處理方法[25-28]。

3.3.1 好氧生物法 好氧生物法主要包括生物膜法和活性污泥法。生物膜法是指生物膜和廢水接觸，利用生物膜對廢水中有機物的吸附作用和氧化作用對廢水進行處理?；钚晕勰喾ㄊ抢没钚晕勰嘀泻械膽腋∩L的微生物對無廢水進行處理。褚兆晶[29]等人利用好氧生物法對高濃度有機廢水進行處理，COD的去除率非常高，達到99%，取得的效果理想。相比之下，生物膜法的處理效果沒有活性污泥法的處理效果好。但如果把兩個方法聯(lián)合使用，對水處理的效果應(yīng)該有個較大的提升。

3.3.2 厭氧生物法 厭氧生物處理主要是利用厭氧微生物對廢水中有機物的降解作用去除廢水中的污染物。Santos[30]等人利用生物法處理印染廢水。試驗后得出結(jié)論，COD 從 634mg·L-1降到 2.790mg·L-1，BOD 則從 360mg·L-1升為 972mg·L-1，B/C 大大提高，生物的可生化性變高，處理效果比較理想。

3.3.3 固定化生物技術(shù) 利用化學(xué)法或者物理法把游離態(tài)微生物固定，以此保持微生物的活性和生長繁殖條件，這種技術(shù)就是微生物固定技術(shù)[31]。劉榮榮[32]等人研究了固定化生物技術(shù)對印染廢水的處理，發(fā)現(xiàn)微生物能保持較高的生物活性，能高強度的固定細胞，使廢水的固液分離效果變好。劉春芳[33]通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在焦化廢水和高NH3-N廢水的處理中，固定化細胞技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)試驗和中試試驗中應(yīng)用。

3.4 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法處理化工廢水有膜分離、萃取、吸附等方法。膜分離中又包括反滲透作用和超濾。反滲透是根據(jù)壓力差的不同分離污染物和廢水；超濾的作用主要為篩選和截留。膜分離法沒有二次污染，但是對膜的清洗是一個問題，因此，這種方法的成本比較高，在國內(nèi)應(yīng)用并不廣泛[34]；萃取是指由于化合物在兩種不相溶的溶劑中溶解度不同，將其中一種溶劑的化合物轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中，重復(fù)操作多次可提取出絕大部分的化合物；吸附法是在化工廢水中應(yīng)用最廣泛的一種方法。使用的吸附劑都有較高的表面活性和較大的比表面積，廢水中的一些污染物通過吸附。沉降從廢水中分離。常用的吸附劑有粉煤灰、膨潤土、活性炭等[35]。

4 問題與展望

最近這些年國內(nèi)外的研究學(xué)者對處理化工廢水方面進行了大量的研究，也取得了較多的進展。有些處理技術(shù)在實驗室階段顯示出了較好的處理效果，但是由于其實驗研究和實踐脫節(jié)或者成本高的其他原因還暫時無法運用到實踐上。例如光催化氧化技術(shù)就由于其載體的選擇困難、運營成本高、MBR技術(shù)的能耗高、氧化劑分離等原因而無法應(yīng)用到實踐；超臨界技術(shù)由于對材料、設(shè)備和工藝的要求很高以至于現(xiàn)階段只能在實驗室實現(xiàn)?；U水的成分復(fù)雜、生物難降解而且水量很大。面對越來越嚴格的水質(zhì)達標的要求，只借助一種水處理技術(shù)處理廢水很難達到標準。因此，想要搞笑的處理化工廢水可以考慮聯(lián)合其他學(xué)科。我國在研究時可以吸收國外的一些先進的技術(shù)，把光、電、、化學(xué)、物理、生物、聲等學(xué)科上的技術(shù)運用起來。

從社會的發(fā)展趨勢以及社會的效益出發(fā)，推進節(jié)水和清潔生產(chǎn)型工藝，加強水的循環(huán)，增多水的二次利用率，實現(xiàn)廢水的零排放是一種發(fā)展趨勢。建議政府也能在環(huán)保理念宣傳、企業(yè)治理監(jiān)管、法制制定以及資金方面加強工作，加大支持，這樣才能逐漸實踐經(jīng)濟與環(huán)境、人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。