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近年來，不斷有新的方法和技術(shù)用于處理工業(yè)廢水，但各有利弊。單純的生物氧化法出水中含有一定量的難降解有機(jī)物，COD值偏高，不能完全達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。吸附法雖能較好地除去COD，但存在吸附劑的再生和二次污染的問題。催化氧化法雖能降解難以生物降解的有機(jī)物，但實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中存在運(yùn)行費(fèi)用高等問題。本文介紹一些典型的工業(yè)廢水處理工藝。
一、工業(yè)廢水處理超導(dǎo)磁分離工藝
超導(dǎo)磁分離法與傳統(tǒng)的化學(xué)法、生物法以及普通電磁體磁分離不同，不僅具有投資小、占地少、處理周期短、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，還可達(dá)到普通電磁體3倍以上的磁場強(qiáng)度，從而提高磁分離能力，是未來極具潛在應(yīng)用價值的技術(shù)。
一項(xiàng)超導(dǎo)磁體應(yīng)用技術(shù)研究表明，采用超導(dǎo)高梯度磁分離技術(shù)可用于造紙、化工、醫(yī)藥工業(yè)廢水的凈化分離。與傳統(tǒng)的超導(dǎo)磁分離技術(shù)只能分離礦物、煤、高嶺土中磁性雜質(zhì)不同，該技術(shù)通過預(yù)先加入改性的磁種子顆粒材料，從而分離工業(yè)廢水中無磁性的有機(jī)、無機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水的達(dá)標(biāo)排放。
工業(yè)廢水如不達(dá)標(biāo)排放，危害頗多。然而，目前使用的化學(xué)法和生物化學(xué)法存在投資大、運(yùn)行成本高、反應(yīng)時間長、占地面積大、效率低、能耗高等諸多問題。對于小型排污企業(yè)廢水處理，這些問題則愈加突出，廠家若因建立污水處理設(shè)施投資過高，大多可能采取直排或偷排，給環(huán)境造成了更大危害。因此，開展新型、高效、低成本工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究顯得重要而迫切。
———技術(shù)解析———
鐵磁顆粒與污染物絮接
工業(yè)廢水中一般皆為有機(jī)、無機(jī)污染物，由于這些污染物本身沒有磁性，靠磁場產(chǎn)生的磁吸引力無法分離。研究人員設(shè)計并研制出制冷機(jī)直接冷卻的超導(dǎo)磁體，磁場可達(dá)3.92T。利用該超導(dǎo)磁體對造紙廠廢水進(jìn)行了磁分離處理。
實(shí)驗(yàn)采用預(yù)先在廢水中加入經(jīng)過表面等離子有機(jī)聚合改性的鐵磁性顆粒并與污水中非磁性有害物質(zhì)絮接，通過強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)水中污染物的分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)磁分離處理的廢水其COD值由起始的1780mg/L降到147mg/L，凈化效果良好。
———技術(shù)背景———
磁分離的發(fā)展
磁分離是一種通過磁體提供的磁場吸力來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的技術(shù)，屬于物理分離法，是上世紀(jì)70年代初在美國發(fā)展起來的一種磁分離技術(shù)，應(yīng)用該法可快速地分離混合物中的磁性雜質(zhì)。但是，由于以往用于磁分離的磁體大多為普通電磁體或永久磁體，所提供的磁場在1特斯拉(T)左右，磁分離效果不是很明顯。
磁體的磁場強(qiáng)度是影響磁分離效率的重要參數(shù)，隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，采用超導(dǎo)材料繞制的超導(dǎo)磁體可獲得高磁場，磁場強(qiáng)度很容易達(dá)到3T甚至更高，而且能在較大的空間范圍內(nèi)提供強(qiáng)磁場及高梯度磁場，用于磁分離可顯著提高處理量。
超導(dǎo)磁分離的應(yīng)用
采用超導(dǎo)磁體分離礦石、煤、高嶺土等固體物質(zhì)中磁性雜質(zhì)已得到廣泛應(yīng)用，比如開采出的煤中，不可避免的存在鐵屑、雷管等磁性雜質(zhì)，應(yīng)用超導(dǎo)磁分離技術(shù)可以很好地除掉這些雜質(zhì)。
超導(dǎo)磁體分離技術(shù)，在廢水分離凈化中尚少采用。近年采用超導(dǎo)磁分離技術(shù)分離凈化鋼廠、鋁廠等廢水中磁性金屬雜質(zhì)顆粒，分離效果明顯，但還局限在分離廢水中磁性金屬污染物。
對于廢水中的有機(jī)、無機(jī)污染物，由于這些污染物本身沒有磁性，靠磁場產(chǎn)生的磁吸引力無法分離；若采用預(yù)先添加磁性顆粒，則普通電磁體因磁場強(qiáng)度太低，只有1T左右，分離效果不明顯，因而在污水處理領(lǐng)域一直未得到應(yīng)用。
二、生物處理工藝處理工業(yè)廢水
冷軋乳化液含油廢水處理系統(tǒng)原有工藝路線為經(jīng)超濾膜處理后的含油廢水經(jīng)過兩個缺氧—好氧生化池處理,混合液由循環(huán)泵送至外置膜生物反應(yīng)器,滲透液經(jīng)抽吸至清水罐,混合液溢流循環(huán)返回生化池,處理工藝流程如圖1所示。
在系統(tǒng)調(diào)試期間,發(fā)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器通量下降過快,清洗頻繁。由于所需更換的進(jìn)口膜管費(fèi)用昂貴,導(dǎo)致運(yùn)行成本較高。鑒于此,筆者對其進(jìn)行了進(jìn)口設(shè)備的國產(chǎn)化,經(jīng)一段時間運(yùn)行,取得了良好的效果。
1工藝改造
通過現(xiàn)場調(diào)查研究,根據(jù)已有的成功技術(shù),經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),在不另增加任何構(gòu)筑物的條件下,進(jìn)行工藝流程的改造,重新布置工藝路線。
(1)兩個并聯(lián)的好氧生化池改為二級串聯(lián)生化池,A池為高負(fù)荷生化池,B池為低負(fù)荷濃縮池。
(2)除去外置膜生物反應(yīng)器,采用國產(chǎn)的浸沒式膜裝置,制成浸沒式膜生物反應(yīng)器。
(3)膜裝置直接浸沒放置在B池內(nèi),膜出水由抽吸泵送至清水罐,同時在B池被濃縮的污泥由氣提器回流至A池。
(4)將固定了專性除油微生物的粉狀載體添加至膜生物反應(yīng)器中,通過錯流曝氣形成的循環(huán)水流在膜板表面形成一種動態(tài)膜。
2工藝特點(diǎn)
(1)新膜生物反應(yīng)器所采用的膜是一種微濾膜,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,具有多重支撐體和無紡布濾網(wǎng)的多道把關(guān),更結(jié)實(shí),更穩(wěn)定。在日常運(yùn)行時,該膜生物反應(yīng)器比原膜生物反應(yīng)器更加耐污染,這是因?yàn)槟さ慕徊驽e流具有剛性沖刷作用,而原膜主要為彈擺性沖刷,力度不同。因此改進(jìn)后的膜生物反應(yīng)器對原水預(yù)處理要求不高,適合處理各類廢水。
(2)新膜生物反應(yīng)器生化池污泥質(zhì)量濃度可以輕易做到15000mg/L,甚至更高,而原膜生物反應(yīng)器相對要低些。膜生物反應(yīng)器啟動初期,污泥濃度越高,沖刷強(qiáng)度越高,膜堵塞或污染的現(xiàn)象隨之減輕,這些都是新的膜生物反應(yīng)器特有的優(yōu)勢。
這個優(yōu)勢除了使生化停留時間縮短之外,還會額外帶來好處:微生物細(xì)菌生長世代延長,不易流失;可形成種類較為豐富和一般生化系統(tǒng)難以培養(yǎng)得到的微生物種群;更加適合處理難降解的有機(jī)污染物如礦物油和油脂類有機(jī)污染物。
(3)新膜為動態(tài)膜,能夠阻止活性污泥分解或不完全分解含油廢水所形成的油脂類污垢在膜表面的吸附和沉積,可以長期維持膜通量水平并保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。在膜支持下的高濃度活性污泥法,使生化系統(tǒng)負(fù)荷相對較低,因此不但能夠抵抗更高的污染負(fù)荷,而且處理效率達(dá)到很高的水平,出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
3工藝改造后系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果
3.1進(jìn)出水水質(zhì)
本生化處理裝置的來水為兩股廢水:(1)經(jīng)過超濾處理的冷軋含油乳化液廢水,水質(zhì)為CODCr<2000mg/L、油脂類<100mg/L;(2)高濃度光整廢水,水質(zhì)CODCr<20000mg/L、油脂類<1000mg/L。而經(jīng)本生化處理裝置處理后的出水水質(zhì)為CODCr<70mg/L、油脂類<10mg/L、SS<10mg/L。
3.2生化運(yùn)行環(huán)境
B池污泥濃度MLSS20000mg/L;CODCr污泥負(fù)荷0.14kg/(kg·d);CODCr容積負(fù)荷2.8kg/(m3·d);生化系統(tǒng)CODCr去除率>97%。
3.3膜運(yùn)行狀況
新膜是改性PVDF材質(zhì),孔徑為0.3μm,實(shí)際運(yùn)行膜通量達(dá)到生產(chǎn)設(shè)計要求。
采取固定化微生物動態(tài)膜技術(shù)措施后,運(yùn)行三個月以上膜板表面可以明顯地看到“油封”現(xiàn)象已經(jīng)基本不存在。
新膜清洗周期較長,降低了運(yùn)行成本。就生化系統(tǒng)而言,廢水處理運(yùn)行費(fèi)用基本由電費(fèi)和設(shè)備折舊費(fèi)組成。
4結(jié)論
經(jīng)過改造后,獲得了以下效果:
(1)通過一系列因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的改造措施,形成并完善了新的膜生物反應(yīng)器工藝。
(2)通過采取有效措施,使膜通量達(dá)到了長期穩(wěn)定,延長膜的清洗周期至三個月以上。
(3)配合微生物培養(yǎng)和馴化快速完成反應(yīng)器啟動,生化處理效率不斷提高,出水水質(zhì)不但達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn),而且優(yōu)于中水水質(zhì)。
三、超導(dǎo)高梯度磁分離：工業(yè)廢水處理新途徑
一項(xiàng)超導(dǎo)磁體應(yīng)用技術(shù)研究表明，采用超導(dǎo)高梯度磁分離技術(shù)可用于造紙、化工、醫(yī)藥工業(yè)廢水的凈化分離。與傳統(tǒng)的超導(dǎo)磁分離技術(shù)只能分離礦物、煤、高嶺土中磁性雜質(zhì)不同，該技術(shù)通過預(yù)先加入改性的磁種子顆粒材料，從而分離工業(yè)廢水中無磁性的有機(jī)、無機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水的達(dá)標(biāo)排放。
該技術(shù)是由此中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所李來風(fēng)研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過與東北大學(xué)和沈陽水務(wù)集團(tuán)有限公司水業(yè)技術(shù)研發(fā)中心合作共同完成，研究報告刊登于《科技導(dǎo)報》雜志2009年第3期，題為“超導(dǎo)磁分離及在造紙廠污水凈化中的應(yīng)用研究”，此研究得到國家科技部“十一五”863計劃和中科院海外杰出學(xué)者基金資助。
工業(yè)廢水如不達(dá)標(biāo)排放，危害頗多。然而，目前使用的化學(xué)法和生物化學(xué)法存在投資大、運(yùn)行成本高、反應(yīng)時間長、占地面積大、效率低、能耗高等諸多問題。對于小型排污企業(yè)廢水處理，這些問題則愈加突出，廠家若因建立污水處理設(shè)施投資過高，大多可能采取直排或偷排，給環(huán)境造成了更大危害。因此，開展新型、高效、低成本工業(yè)廢水處理技術(shù)的研究顯得重要而迫切。
———技術(shù)解析———
鐵磁顆粒與污染物絮接
工業(yè)廢水中一般皆為有機(jī)、無機(jī)污染物，由于這些污染物本身沒有磁性，靠磁場產(chǎn)生的磁吸引力無法分離。研究人員設(shè)計并研制出制冷機(jī)直接冷卻的超導(dǎo)磁體，磁場可達(dá)3.92T。利用該超導(dǎo)磁體對造紙廠廢水進(jìn)行了磁分離處理。
實(shí)驗(yàn)采用預(yù)先在廢水中加入經(jīng)過表面等離子有機(jī)聚合改性的鐵磁性顆粒并與污水中非磁性有害物質(zhì)絮接，通過強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)水中污染物的分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)磁分離處理的廢水其COD值由起始的1780mg/L降到147mg/L，凈化效果良好。
四、典型的工業(yè)廢水處理
1. 含酚工業(yè)廢水處理工藝
含酚廢水主要來自焦化廠、煤氣廠、石油化工廠、絕緣材料廠等工業(yè)部門以及石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纖維、合成染料、有機(jī)農(nóng)藥和酚醛樹脂生產(chǎn)過程。含酚廢水中主要含有酚基化合物，如苯酚、甲酚、二甲酚和硝基甲酚等。酚基化合物是一種原生質(zhì)毒物，可使蛋白質(zhì)凝固。水中酚的質(zhì)量濃度達(dá)到0.1-0.2mg/L時，魚肉即有異味，不能食用；質(zhì)量濃度增加到1mg/L，會影響魚類產(chǎn)卵，含酚5-10mg/L，魚類就會大量死亡。飲用水中含酚能影響人體健康，即使水中含酚質(zhì)量濃度只有0.002mg/L，用氯消毒也會產(chǎn)生氯酚惡臭。通常將質(zhì)量濃度為1000mg/L的含酚廢水。稱為高濃度含酚廢水，這種廢水須回收酚后，再進(jìn)行處理。質(zhì)量濃度小于1000mg/L的含酚廢水，稱為低濃度含酚廢水。通常將這類廢水循環(huán)使用，將酚濃縮回收后處理?；厥辗拥姆椒ㄓ腥軇┹腿》ā⒄羝得摲?、吸附法、封閉循環(huán)法等。含酚質(zhì)量濃度在300mg/L以下的廢水可用生物氧化、化學(xué)氧化、物理化學(xué)氧化等方法進(jìn)行處理后排放或回收。
2. 含油工業(yè)廢水處理工藝
含油廢水主要來源于石油、石油化工、鋼鐵、焦化、煤氣發(fā)生站、機(jī)械加工等工業(yè)部門。廢水中油類污染物質(zhì)，除重焦油的相對密度為1.1以上外，其余的相對密度都小于1。油類物質(zhì)在廢水中通常以三種狀態(tài)存在。
（1）浮上油，油滴粒徑大于100µ；m，易于從廢水中分離出來。
（2）分散油。油滴粒徑介于10-100µ；m之間，懇浮于水中。
（3）乳化油，油滴粒徑小于10µ；m，不易從廢水中分離出來。由于不同工業(yè)部門排出的廢水中含油濃度差異很大，如煉油過程中產(chǎn)生廢水，含油量約為150-1000mg/L，焦化廢水中焦油含量約為500-800mg/L，煤氣發(fā)生站排出廢水中的焦油含量可達(dá)2000-3000mg/L。
因此，含油廢水的治理應(yīng)首先利用隔油池，回收浮油或重油，處理效率為60%-80%，出水中含油量約為100-200mg/L；廢水中的乳化油和分散油較難處理，故應(yīng)防止或減輕乳化現(xiàn)象。方法之一，是在生產(chǎn)過程中注意減輕廢水中油的乳化；其二，是在處理過程中，盡量減少用泵提升廢水的次數(shù)、以免增加乳化程度。處理方法通常采用氣浮法和破乳法。
如圖所示就是現(xiàn)在普遍采用的含油廢水處理的工藝流程：
3. 含氰廢水處理工藝
含氰廢水主要來自電鍍、煤氣、焦化、冶金、金屬加工、化纖、塑料、農(nóng)藥、化工等部門。含氰廢水是一種毒性較大的工業(yè)廢水，在水中不穩(wěn)定，較易于分解，無機(jī)氰和有機(jī)氰化物皆為劇毒性物質(zhì)，人食入可引起急性中毒。氰化物對人體致死量為0.18，氰化鉀為0.12g，水體中氰化物對魚致死的質(zhì)量濃度為0.04-0.1mg/L。含氰廢水治理措施主要有：
（1）改革工藝，減少或消除外排含氰廢水，如采用無氰電鍍法可消除電鍍車間工業(yè)廢水。
（2）含氰量高的廢水，應(yīng)采用回收利用，含氰量低的廢水應(yīng)凈化處理方可排放。回收方法有酸化曝氣—堿液吸收法、蒸汽解吸法等。治理方法有堿性氯化法、電解氧化法、加壓水解法、生物化學(xué)法、生物鐵法、硫酸亞鐵法、空氣吹脫法等。其中堿性氯化法應(yīng)用較廣，硫酸亞鐵法處理不徹底亦不穩(wěn)定，空氣吹脫法既污染大氣，出水又達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。較少采用。
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