杭思宇

（榆林學院，陜西榆林719000）

淺論能源富集區(qū)工業(yè)污水的處理及水污染防治

杭思宇

（榆林學院，陜西榆林719000）

能源富集區(qū)能源的開采、能源化工企業(yè)的生產作業(yè)是該區(qū)域水污染的主要因素.本文以榆林地區(qū)為例，簡單闡述能源富集區(qū)污水的來源、成因、主要污染物的成分等，針對該地區(qū)的污水特點，提出了水解—好氧生物處理工藝和高級氧化的污水處理方法，簡單分析了不同處理方法的特點；最后結合能源密集區(qū)的實際情況，提出針對該區(qū)域的水污染防治對策，力求能源富集區(qū)走上可持續(xù)發(fā)展道路.

能源富集區(qū)；工業(yè)污水；水污染防治；可持續(xù)發(fā)展

1 引言

陜北地區(qū)是我國黃土高原的中心部分，主要包括陜西省的延安市和榆林市，因地處陜西北部而稱之為陜北，東臨黃河，西接甘肅、寧夏地區(qū)，北部是毛烏素沙的南緣，并且是我國能源資源的主要富集區(qū)域之一，石油、天然氣、煤炭等儲量非常豐富，其中神木府谷境內的“神府侏羅紀煤田”被稱為世紀第七大煤田.30多年以來，榆林地區(qū)源源不斷地向全國各地貢獻自己的資源而成為產能大市，在“一帶一路”這一偉大經濟發(fā)展戰(zhàn)略的影響下，其將會成為“絲綢之路”經濟帶上最有影響力的城市之一，西氣東輸，西煤東運等國家戰(zhàn)略將會進一步帶動該地區(qū)的經濟發(fā)展.然而該地區(qū)自然生態(tài)環(huán)境非常脆弱，加之國家在能源密集區(qū)的重工業(yè)崛起使得該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境被嚴重破壞，表現(xiàn)出生態(tài)脆弱區(qū)域和能源密集區(qū)域的空間重疊性.

陜北能源密集區(qū)域主要集中在干旱和半干旱地區(qū)，其年均降水量基本小于500mm，極度缺乏水資源.然而煤礦中的巖溶水作為主要的水資源之一，已經遭受了不同程度的破壞.并且隨著煤化工產業(yè)的發(fā)展，該地區(qū)的工業(yè)污水和廢水排放量急劇增加，約占總污水排放量的90%左右，境內大大小小的河流，如洛河、無定河、延河等也遭受不同程度的水質污染，主要流域的水質基本被評定為Ⅲ類，部分較為嚴重的斷面已經出現(xiàn)了Ⅳ、Ⅴ類水質[1].由于石油的過度開采，造成石油開采污水的不達標排放甚至危及某些地區(qū)的地下水水質安全；大量的泥漿水和鉆井廢水基本都是簡單處理后排放附近的低洼處，開采結束的開挖基坑僅僅經過簡單掩埋，暴雨沖刷后大量的污水涌入附近河流或滲入地下水，對當地的水資源造成極其巨大的破壞.因此，采用經濟、合理的資源開發(fā)技術，堅持環(huán)保和發(fā)展同時進行的理念，積極采用高效、節(jié)能的處理技術是在環(huán)境脆弱地區(qū)發(fā)展能源工業(yè)的必經之路.本文主要以榆林地區(qū)為典型，簡單闡述能源富集區(qū)工業(yè)污水的處理及水污染防治.

2 污水處理技術及防治方法

根據文獻報道，山西大同、保德、河曲、偏關，陜西榆林的神木、府谷，內蒙古的烏海、鄂爾多斯、準格爾旗、烏蘭察布以及寧夏石嘴山等地區(qū)，位于黃河流域周邊的區(qū)域均被稱為“污染黑三角”地帶，這些區(qū)域嚴重威脅當地生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)以及人身健康[2].能源富集區(qū)工業(yè)污水的主要來源主要包括以下三個方面：（1）煤礦開采期間，各種廢物堆放以及開礦過程中地質環(huán)境的變換所帶來的污染物下滲而引起的地下水污染；（2）氣體、液體以及固體污染物在處置過程中帶來的環(huán)境污染；（3）一些污染物如硫化物、氟化物等原先就存在于礦產中，在開采過程中溶于水中而成為污水.根據污水的特性以及來源分析，污水中主要成分為：氟化物、揮發(fā)性酚類化合物、硫化物、鐵離子、亞硝酸鹽、TDS、COD、亞氯酸鹽、鎂離子，此外Pb、Hg、As、銨鹽、硝酸鹽以及Cu也出現(xiàn)在某些污染地區(qū)[3].

2.1 工業(yè)污水處理技術

工業(yè)污水處理主要可分為物理法、化學法、物理化學法以及生化法.污水處理方法的選擇是污水經濟、高效處理的關鍵所在.在選擇污水處理方法之前必須充分了解污水成分以及污染物的形態(tài).污水中污染物的形態(tài)的無非是懸浮狀態(tài)、溶解狀態(tài)、膠體狀態(tài)三種，一般來講，懸浮態(tài)較容易去除，只需要簡答的格柵或其他物理方法就可達到較高的去除效果，而膠體和溶解態(tài)的污染物較難處理.而對于污水成分的分析，則需要借助儀器如GC-MS、熒光分析、分光光度計等手段確定污水中污染物的成分，從而找到合適的處理方法.一般來說，對于有機污水先過濾去除懸浮物質以及部分的COD、BOD，再通過好氧生物處理去除污水中大部分COD、BOD，而對于節(jié)能以及能夠回收沼氣的時候，一般采用厭氧法，特別是針對高濃度的有機廢水，厭氧法表現(xiàn)出極其驚人的去除率；對于一些B/C比較低的污水，一般采用高級氧化的方法作為污水處理的首選.下面針對能源密集區(qū)的污染特點，簡述幾種常用的污水處理方法.

2.1.1 水解（酸化）—好氧生物處理工藝

水解-好氧工藝主要分為水解厭氧段和好氧段，兩者的結合與傳統(tǒng)的好氧生物處理相比，具有能耗低、停留時間短和污泥產量少的特點[4].水解反應將大分子物質，難生化降解的物質降解為易生化降解的物質，其主要分為兩個階段：（1）水解階段，在發(fā)酵菌所分泌的胞外酶參與下，有機顆粒物轉變?yōu)榈头肿尤芙庑曰衔铮鞍踪|降解為氨基酸，碳水化合物轉變?yōu)槿芙庑蕴堑?；?）酸化階段，在水解階段產生的溶解性化合物被發(fā)酵細菌所吸收，經過酸化經過酸化被分解成簡單的有機物，如揮發(fā)性脂肪酸、乙酸、乳酸和無機物CO2、H2、NH3、H2S等.酸性發(fā)酵由很廣的細菌種進，大部分是專性厭氧菌，也有兼性的，并可通過氧化途徑代謝有機物.水解（酸化）反應器集沉淀、吸附、網捕和生物絮凝等物理化學過程，以及水解、酸化等生物降解過程于一體，這些過程在水解酸化反應器中得到了強化.其工藝還可分為以下幾種：水解（酸化）—活性污泥工藝；水解（酸化）—接觸氧化工藝；水解（酸化）—氧化塘工藝；水解池內加填料和好氧軟性填料相結合的接觸氧化工藝；水接觸—A/O或A2/O工藝等

水解工藝對后續(xù)好氧工藝具有重大的影響，產物基本為小分子有機物，改變了原污水的可生化性，減少了后續(xù)反應時間和能耗，并且污泥量相對傳統(tǒng)活性污泥法大大減少，該階段的COD平均去除率能夠達到40%-50%.厭氧水解酸化反應與好氧工藝結合在一起，與傳統(tǒng)好氧生物處理相比較，具有能耗低、停留時間短和污泥產量少的特點.該工藝已經廣泛應用于城市污水和工業(yè)廢水.針對能源密集區(qū)環(huán)境較為脆弱的特點，采用這種低能耗、低污染、高效的處理方法是改善能源密集區(qū)水污染現(xiàn)狀的選擇之一.

2.1.2 高級氧化處理工藝

高級氧化技術又可稱之為深度氧化技術，主要的技術方法主要有Fenton法、臭氧氧化法、光催化法、超臨界氧化法、超聲氧化法以及電催化氧化法等.該技術主要是利用具有強氧化能力的羥基自由基（·OH）直接與污染物發(fā)生反應將其氧化成小分子，最后繼續(xù)氧化成二氧化碳和水.Fenton法現(xiàn)如今已廣泛應用于高濃度有機廢水的處理，隨著H2O2的加入，在Fe2+的催化作用下產生大量的羥基自由基（·OH），雖然羥基自由基（·OH）的壽命比較短，但其超強的氧化能力和效率已經足夠產生一系列的鏈式反應，從而達到降解有機物的目的[5-7].目前國內外學者一直在致力于尋找一種更為高效的過渡金屬來替代Fe，從而獲得更為高效的催化能力，考慮到H2O2的價格問題，一般將Fenton法與其他方法聯(lián)用，在高效處理污染物的同時能夠最大程度地控制成本.

半導體光催化法近幾年已經逐步應用于實際的工程案例中，該處理方法采用無毒無害的半導體金屬，通過紫外光或者太陽光的照射產生大量的羥基自由基（·OH），同樣也是利用羥基自由基（·OH）的強氧化性達到處理污水的目的.目前應用最為廣泛的是TiO2金屬，其可應用在污水的處理、空氣的凈化、玻璃幕墻的防塵等，已經在日本等國家大范圍推廣使用.其作為一種新型的處理手段，能夠很好地適應資源節(jié)約、無二次污染的處理理念，是一種值得推廣的處理方法.

臭氧氧化法主要有兩種途徑處理污水中的有機物，一種是類似于其他的高級氧化技術，利用其產生的羥基自由基（·OH）與污染物發(fā)生反應，將大分子有機物降解為小分子；另一種是臭氧的直接氧化.有研究表明臭氧在氧化過程中的反應速率與羥基自由基（·OH）的濃度有著直接關系，及羥基自由基（·OH）氧化是臭氧氧化的主要途徑[7].然而臭氧發(fā)生器價格較高并且易發(fā)生損壞，因此處理成本較高.目前應用較多的是將臭氧氧化與其他技術聯(lián)合使用，如紫外光—臭氧氧化，該聯(lián)合技術比單獨的臭氧氧化表現(xiàn)出更高的處理效率，并且大大降低了處理的成本.還有一些其他的高級氧化技術由于存在著運行不穩(wěn)定、運行成本高昂等問題而沒有大范圍的推廣使用.總的來說，針對能源富集區(qū)的污染特點，采用多種工藝聯(lián)合處理的方法，有目標的去除水中的污染物，將能夠更經濟、高效的處理污染物.

2.2 水污染防治要點

針對榆林地區(qū)水污染現(xiàn)狀，在采用經濟、高效的污水處理技術的同時，更為重要的是要從根源上改變目前的水污染現(xiàn)狀，主要的防治要點有：（1）提高企業(yè)的環(huán)保意識，必須做到環(huán)保配套設施和生產工藝的同時設計、同時施工和同時投產使用，適度改革生產工藝，節(jié)約水資源，最大限度地減少污染物的排放，通過生產工藝的改革，企業(yè)產生的廢水和廢物大幅度減少，充分體現(xiàn)了發(fā)展和環(huán)保兩不誤的理念；（2）針對目前能源密集區(qū)粗放型的發(fā)展方式，改變?yōu)榧s型的發(fā)展方式，試驗區(qū)域企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；（3）發(fā)展循環(huán)經濟理念，大力發(fā)展廢水資源的循環(huán)利用是水資源匱乏區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的必由之路；（4）必須綜合協(xié)調和系統(tǒng)優(yōu)化各種水污染防治措施，用系統(tǒng)分析的方法，整體布局的理念，實現(xiàn)工藝改革和無害化處理、分散處理和集中處理、自然凈化和人工處理的原則.

3 結論

主要針對能源密集區(qū)域水污染現(xiàn)狀，指明經濟、高效以及無二次污染的水處理技術是該區(qū)域應積極倡導的處理技術，并且水污染防治的主要思想應從末端治理轉移至源頭控制，通過采用系統(tǒng)分析的方法，整體布局的理念，工藝改革和無害化處理、分散處理和集中處理、自然凈化和人工處理，最終實現(xiàn)能源密集區(qū)域的經濟可持續(xù)發(fā)展.

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