污水处理技术工艺

化工废水的处理技术及进展

发布日期:2019-05-08 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

1. 化工废水概况

石油化工是我国重要的基础原材料产业和支柱产业。它的规模和发展速度对社会各阶层都有很大影响,在国民经济中占有重要地位。改革开放二十年来,中国的石化工业取得了长足的进步,形成了炼油、乙烯、化纤、盐化工、煤化工、精细化工等20多个行业。森林化工工业,化工产品品种4万多个。主要化工产品产量上升到世界前列:亲电、染料、合成氨、化纤居世界第一,化肥、农药、苏打等居世界第二;硫酸盐和苛性钠在世界上排名第三,乙烯、轮胎、涂料、合成材料等也是最好的。中国化学工业的发展引起了世界越来越多的关注。但是,不能忽视的是,中国的能源消费总量也相应增加,化工产品生产过程中环境污染加剧。对人类健康的危害也日益普遍和严重。其中,特别是在生产精细化工产品(如药品、染料、日用化学品等)过程中排放的有机物质,大多结构复杂,有毒有害,可生物降解。物质。因此,化学废水处理十分困难,是当前水处理技术的研究热点和热点。

1.1 化工废水的特征

化学工业包括两大类:有机化学工业和无机化学工业。化工产品种类繁多,成分复杂,排放的废水种类繁多。它们大多毒性大,不易净化,在生物体内有一定的蓄积,容易使水质变差。有机化工废水含有多种成分,包括合成橡胶、合成塑料、人造纤维、合成染料、涂料、制药等废水,具有耗氧强、毒性强的特点。而且由于它们大多是人工合成的有机化合物,所以污染很强,不易分解。

化工废水的基本特点是:(1)水质复杂,副产物多,反应物多为溶剂或环状结构化合物,增加了废水处理的难度;(2)废水中污染物含量较高,这是由于原料与原料反应不完全,或由于生产中使用的溶剂介质大量进入废水系统所致;(3)废水中含有大量有毒有害物质。精细化工废水中含有多种有毒、有害微生物的有机污染物,如卤素化合物、硝基化合物、分散剂或表面活性剂等,具有杀菌作用。(4)生物降解物质多,可生化性差;(5)废水颜色高。

1.2化学废水处理技术特点

化学废水处理技术具有较强的针对性和多种方法。主要技术有隔油、气浮、混凝、沉淀、重力过滤和膜过滤、活性炭吸附、臭氧氧化、离子交换、电解、电渗析、反渗透等特殊技术,用于分离和还原水中的油、色、重金属、有毒有害物质。化学废水。水解酸化、接触氧化、表面曝气、纯氧曝气等常用于化工废水的处理。厌氧、好氧活性污泥法等生化技术。根据作用原理,现代工业废水处理技术可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法四大类。化工废水中污染物种类繁多。不能设想所有污染物只能通过一种处理方法去除。为了达到理想的处理效果,污水处理工艺系统往往由多种方法组成。

2. 化工废水处理方法

2.1 物理处理法:

废水的物理处理是通过物理作用分离和去除废水中不溶解的悬浮污染物(包括油膜和颗粒)的一种方法{3}。在处理过程中,污染物的化学性质不变。化学废水常用的物理处理方法包括重力沉淀、过滤和空气浮选。重力沉降法是利用水中悬浮粒子的可沉淀特性,在重力场作用下自然沉降,达到固体液体分离的过程。它是废水处理中最常用和最基本的物理处理方法,应用历史悠久。过滤方法是用多孔颗粒材料层拦截水中杂质,主要是减少水中悬浮物质。在化学废水的过滤处理中,常用框架过滤器和微孔过滤器。微孔管是由聚乙烯制成的。孔径大小可以调整,交换更方便;空气浮选是一种通过产生微小气泡的吸附来携带悬浮粒子并将其带出水面的方法。常用的气浮法有气浮法、电浮法、生物化学气浮法和溶解气浮法。这三种物理方法简单、易于管理,但不能用于可溶性废水组分的去除,存在很大的局限性。此外,近年来国内外学者提出了通过磁分离、声波、高压脉冲放电等方式对有机污染物进行氧化分解的方法。

2.2 化学处理法:

废水化学处理是一种通过化学反应和传质将溶解性和胶态污染物分离、去除或转化为无害物质的废水处理方法{4}。以加入试剂产生的化学反应为基础的处理单元为混凝、中和、氧化还原等处理单元,以传质为基础的处理单元包括萃取、溶出、吸附、离子交换、电渗透吸收和反渗透等。有废水电解处理、废水化学沉淀处理、废水混凝处理、废水氧化处理等。与生物处理方法相比,它能更快、更有效地去除更多的污染物,可作为生物处理后的三级处理措施。该方法还具有设备操作简单、易于实现自动检测和控制、易于回收等优点。化学处理能有效地去除废水中的各种高毒性、高毒性污染物。

2.2.1 电解处理法

废水电解处理是废水化学处理的一种。根据电解的基本原理,通过电解将废水中的有害物质转化为无害物质,实现废水的净化。废水电解处理主要包括电极表面电化学、间接氧化和间接还原、电浮选和电絮凝三种方法,以去除废水中的污染物。以含氰废水为例,阳极表面电化学氧化过程为{5}:

CN+2OH+2E / CNO-+H2O2CNO-+4OH / 2CO2 + N2 + 2H2O

其主要优点是:(1)低压直流电源不需要消耗大量的化学物质;(2)在常温、常压下操作方便;(3)当废水中污染物浓度发生变化时,通过调节电压和电流可以保证出水水质的稳定性;(4)处理单元占用面积小。但在处理大量废水时,电耗和电极金属耗量大,分离出的沉积物不易处理和利用。主要用于含铬废水和含氰废水的处理。

2.2.2化学凝固和沉淀

高浓度有机化工废水的COD值很高。混凝沉淀一般用作预处理或后处理单元的处理工艺,而去除悬浮COD,则是后续处理单元的减负作用。混凝剂主要分为无机混凝剂和有机絮凝剂。化学混凝的主要对象是水中的小悬浮物和胶体物质。通过投加化学物质所产生的凝聚和絮凝作用,使胶体稳定,沉淀和除去。混凝法不仅能去除废水中粒径为10~10 mm的细小悬浮颗粒,而且还能去除色度、微生物和有机物。该方法受pH值、水温、水质和水量变化的影响较大,对一些可溶性有机物和无机物的去除率较低{6}。采用水玻璃对自制的聚合硫酸铁进行改性,制备了聚硅酸铁混凝剂(PFSS),并将其应用于油田含油废水的混凝处理。结果表明,聚硅酸硫酸铝在降低颗粒悬浮液(SS)、增大明矾花径和沉降速率方面优于聚合氯化铝和聚铁,其贮存时间明显长于聚硅酸铝硫酸盐。

2.2.3 化学氧化法

化学氧化法通常用来氧化和去除化工废水中的有机污染物。废水经化学氧化还原后,所含的有机和无机有毒物质可转化为无毒或低毒物质,达到净化废水的目的{7}。化学氧化处理几乎可以处理所有的化工废水,尤其适用于处理废水中难以生物降解的有机物,如大多数农药和农药、酚类、氰化物、色度、臭味等。

2.2.3.1臭氧氧化处理

臭氧氧化是废水的化学处理方法之一。臭氧是一种以臭氧为氧化剂对废水进行净化消毒的方法。该方法可用于低臭氧浓度的空气或氧气废水的处理。臭氧是一种非常不稳定和可分解的强氧化剂,需要在野外生产。工艺设备主要由臭氧发生器和气水接触设备组成。该方法主要用于水的消毒、水中酚、氰化物等污染物的去除、水的脱色、水中铁、锰等金属离子的去除、臭味的去除等。其主要优点是反应速度快,工艺简单,无二次污染。广泛应用于环保、化工等行业。Chedly Tizaoui等人[14]研究了垃圾渗滤液的臭氧氧化。实验结果表明,该工艺对COD、COD的去除率可有效降低48%,可生化性由0.1提高到0.7,色度去除率可达94%。其中,双氧水的投加量对去除率、生物降解性、成本等都有一定的影响。臭氧氧化对水的处理效果较好,但能耗高、成本高,不适合处理水量大、浓度相对较低的化工废水。

2.2.3.2电化学氧化法

电化学氧化是指在电解槽中,由于电极上的氧化还原反应,废水中的有机污染物被去除。废水中的污染物在电解槽阳极外被氧化,水中的Cl-被氧化。OH等也可以在阳极上排出,产生Cl_2和氧,间接氧化和破坏污染物。事实上,为了加强阳极的氧化和降低电解槽的内阻,常常在废水电解槽中加入一些氯化钠进行所谓的电氯化。加入NaCl后,阳极上可形成氯和次氯酸盐。它对水中的无机和有机化合物也有很强的氧化作用。近年来,在电氧化和电还原中发现了一些新的电极材料,但仍存在着能耗高、成本高、副反应严重等问题。

2.2.3.3声化学氧化

该技术利用了超声空化效应所产生的高温高压(温度>5000K),几乎所有的污染物都能在这些条件下被完全氧化和降解。同时,水分子的裂解产生羟基自由基,也可以氧化和降解污染物。在声化学氧化过程中,大部分氧化反应发生在液相主体-气泡界面。通过向废水中添加NaCl等盐,可以提高废水的离子强度。声化学处理废水是一种新兴的废水处理技术,在我国尚处于实验室研究阶段。对印染、纺织、造纸等行业中一些有毒难降解有机废水的处理进行了少量的研究。该工艺能源利用率低,存在处理能力小、成本高等问题。为此,一些学者开发了超声波与其他水处理方法耦合的新工艺,如超声波/臭氧、超声波/过氧化氢等。

2.2.3.4湿氧化

湿法氧化(wo)是一种在高温高压下处理水溶液中有机物的方法。用催化剂、氧气和空气中的纯氧作为氧化剂,在较低的温度和压力下氧化有机物。国外已将湿氧化作为高浓度难降解有机废水的处理技术,并对湿氧化处理染料和有机磷废水进行了国内实验室研究。但尚未达到实际工业应用阶段。然而,随着催化湿氧化水处理技术研究的不断发展和对难降解有机废水处理的日益迫切的需求,该技术的应用研究日益受到关注。认为化学耐火废水的处理应在技术发展中占有优先地位。目前,湿氧化技术的研究重点应放在在温和反应条件下(温度低于106°C,压力低于0.6 mpa)高浓度(超过5000毫克/升)的难处理有机废水的预处理上。研究了适合湿法氧化的非贵金属催化剂、选择性最佳反应条件和反应器材料的腐蚀。

2.2.3.5超临界水氧化

超临界氧化废水处理技术是在湿式氧化的基础上发展起来的一种处理有毒有机固体废物和工业废水的高级氧化技术。SCWO在水临界点以上(22.1 MPa,374C)。在很短的时间内,各种有机物被完全氧化成二氧化碳和水而不会受到二次污染,这就是生态水处理技术。当废水中有机物浓度大于2%时,利用有机氧化反应产生的热量来维持系统的反应温度,不需要外加热。美国六大关键技术之一的“能源与环境”(Energy And Environment)指出,超临界水氧化是处理难降解有机废水最有前途的技术。目前,美国、日本等国家已进入试点或工业试验阶段{9}。

超临界水氧化技术在国外已成功地应用于各种有机废水的处理。酚类、甲醇、乙酸、吡啶、酚醛树脂、聚苯乙烯、多氯联苯、二恶英、卤代芳香族化合物、卤代脂肪族化合物、DDT、化学武器BZ、沙林神经毒剂等均可被超临界水氧化法氧化成CO2、H2O等无毒的简单小分子物质。与其他处理技术相比,超临界水氧化技术具有处理效率高、处理彻底、反应速度快、停留时间短、适用范围广等优点,但要达到水的临界状态,需要高温高压。该反应器材料要求高,能耗高,在一定程度上限制了其推广应用。为了加快反应速度,缩短反应时间,降低反应温度和压力,将催化剂引入超临界水氧化已成为超临界水氧化的一个重要研究方向。

2.2.3.6微电解技术

采用微电解法,将铁屑和颗粒木炭浸入电解质中,发生氧化还原反应,形成一级电池。铁被腐蚀为阳极,碳被用作阴极。电极反应[h]和fe2+产生的新生态学具有很高的化学活性,能与废水中的许多有机物发生氧化还原反应,改变有机物的结构和特性,使其断裂并打开环。同时,fe2+能在中和和曝气后产生优良的凝胶絮凝剂fe(oh)2、fe(oh)3及其水合物,进一步吸附有机污染物,提高处理效果。梅英等人对磁性铸铁粉处理含铬电镀废水进行了研究,取得了优异的净化效果{10}。磁铸铁粉主要增强了微电池对铸铁粉表面的作用,也加速了铁粉表面和溶液的氧化还原速度,也加速了絮凝法的沉降过程。粉煤灰、焦炭灰、烟灰等也用于微电解反应,取代活性炭,减少投资,降低操作成本。

2.3物理化学处理技术

化学废水处理中常用的物理化学方法有{11}:离子交换法、萃取法、膜分离法、吸附法等。废水中往往含有一些细小的悬浮物和溶解的静态有机物。为了进一步去除水中残留的污染物,可以采用物理和化学方法进行处理。

2.3.1萃取法

提取方法采用的溶剂与水不相容,但对污染物具有很强的溶解能力,与废水充分混合,大部分污染物转移到溶剂相,废水和溶剂分离到获得废水。纯化。溶剂和污染物是分离的,溶剂可以循环使用,废物中有用物质的回收可以变成废物。但是,目前的提取方法仅适用于几种有机废水。提取效果和成本主要取决于所用的提取剂。由于萃取剂在水中具有一定的溶解度,因此在处理过程中不可避免地会损失少量溶剂,从而获得处理后的水质。难以满足排放标准,并且进一步处理需要其他方法。

2.3.2 膜分离法

近年来,膜分离技术在污水处理中得到了迅速发展。超滤、反渗透和电渗析已在许多领域得到应用。电渗析是在渗析的基础上发展起来的污水处理厂。

是在直流电场作用下,利用阴离子交换膜选择溶液中的阴离子和正离子,将溶液中的溶质与水分离的物理和化学过程。反渗透是一种利用半透膜进行分子过滤处理废水的方法。膜分离法由于其室温操作、能耗低、土地面积小、操作方便,已逐渐应用于高浓度有机化学废水的处理。英寸王镇宇使用无机膜-碳膜对甲基紫、<UNK>蓝、<UNK>蓝、直红色、直绿松石等染料,浓度为12.5mg/l、25.0mg/l、50mg/l、反向渗透研究在压力差0.3mpa下,碳膜对染料的保留度为95&lt;lunk&GT;~99&lunk;gt;透水性为65~200l/(m2·h·mpa)

2.3.3 吸附法

吸附是利用多孔固体物质作为吸附剂在吸附剂表面吸附有机污染物的一种方法。因此,它可作为废水处理过程中的一种先进处理方法。

污染物的去除方法{12}。活性炭是一种非选择性的水处理材料,但由于其再生性能差,水处理成本高,难以广泛应用。粉煤灰是一种天然吸附剂,具有一定的吸附性能。对含铬、氟、磷、酚废水的处理进行了大量的研究,取得了较好的效果。河流、湖泊和海洋沉积物、沉积物中的腐殖质和腐殖酸、土壤和泥炭具有一定的吸附性能,属于天然环保材料。同时,价格低廉,可用于电镀废水的处理。Cr6+可以达到国家排放标准。

2.4 生物处理技术

随着化学工业的发展,污染物的成分变得越来越复杂,废水中含有大量的有机污染物。仅通过物理或化学方法很难满足治理的要求。通过利用微生物的代谢,废水中的有机污染物可以转化和稳定,使其无害。生化处理方法主要分为两类:好氧处理和厌氧处理。好氧处理方法主要分为活性污泥法和生物膜法{13}。活性污泥法是一种利用悬浮生长微生物絮体处理废水的方法,称为活性污泥,由好氧微生物及其代谢和吸附的有机和无机物质组成,并具有降解废水。有机污染物的能力。生物膜通过废水与生物膜接触,生物膜吸附并氧化废水中的有机物。废水的厌氧生物处理是指厌氧微生物(或兼性微生物)在没有分子氧的情况下将废水中的有机物分解为甲烷和二氧化碳的过程,因此也称为厌氧消化。厌氧生物处理实际上是一个复杂的生化过程。研究表明,厌氧过程主要依赖于三大类细菌的组合,即产生水解酸的细菌,产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌。但是,当废水中含有难以降解的有毒物质或有机物质时,生物处理效果不佳,甚至无法加工{14}。为了应对这种类型的废水,对生物方法进行了一些改进,使其能够应用于这种废水的处理,包括提高有毒和难降解有机物的生物降解效率或延长液压通过改善外部环境因素来保留时间。通过增加污泥龄,增加微生物的有效浓度,增加污染物与微生物的接触时间来优化处理过程。总之,采用生化法处理废水,运行成本低,操作管理简单。但是,由于微生物对pH,养分,温度等条件的要求,很难适应化学废水质量的变化,成分复杂,毒性高,难以降解。特点是,很难用化学生化方法来控制化学废水。

3.全文结论与展望

污水处理技术的发展已有100多年的历史。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,污水中的污染物种类和排污量不断增加。随着科学技术的发展,污水处理技术日新月异。同时,旧的污水处理技术也得到了不断的创新和发展。尤其是化工废水中的污染物种类繁多,往往采用一种工艺不能将废水中的污染物全部去除。采用物化工艺处理化工废水,很难达到排放标准,且运行费用较高。化工废水中难降解有机物较多,可生化性差,化学废水的数量和质量变化较大,因此直接生化处理化工废水的效果不是很理想。针对化工废水处理的这一特点,作者认为应根据实际废水水质采取适当的预处理方法,如絮凝、内电解、吸附、光催化氧化等。采用SBR法、接触氧化法、A/O法等生化方法对化工废水进行深度处理。

化工废水的处理技术及进展

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