張嬙嬙

(天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司，天津 300450)

隨著科技水平的不斷提高，我國(guó)工業(yè)化水平大幅提升，社會(huì)經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出欣欣向榮的發(fā)展態(tài)勢(shì)，然而在這樣美好的發(fā)展前景下卻隱藏著許多隱患。連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程會(huì)用到大量的水，這些水資源經(jīng)過(guò)工業(yè)使用后往往含有許多難處理的有機(jī)物，當(dāng)這些有機(jī)廢水必須要被排入外界環(huán)境中時(shí)，很可能就會(huì)因?yàn)樘幚聿粡氐锥饑?yán)重的污染問(wèn)題，嚴(yán)重的甚至還會(huì)對(duì)人體健康造成負(fù)面影響。為此，發(fā)展高效有機(jī)廢水處理技術(shù)對(duì)于環(huán)境保護(hù)和社會(huì)進(jìn)步有著十分重要的意義。

1 有機(jī)廢水的來(lái)源、組成及危害

有機(jī)廢水主要來(lái)源于印染、造紙、制藥、焦化、金屬冶煉、石油加工等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，主要污染物包括鹵代烴、芳香族化合物、雜環(huán)化合物以及部分硫化物、氮化物、重金屬和一些有毒物質(zhì)。這類廢水具有成分復(fù)雜，污染物濃度高、毒性大，可生化性差、COD值高、含鹽量高、酸堿性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]，極易引起水體和土壤污染，破壞自然生態(tài)平衡，危害人體健康，影響社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

2 有機(jī)廢水處理技術(shù)

現(xiàn)階段針對(duì)有機(jī)廢水的處理技術(shù)有許多種，按照處理原理的不同，主要分為三類：物化法、化學(xué)法和生化法。

2.1 物化法

物化法主要包括吸附法、萃取法、膜分離法、混凝法、氣浮法、離子交換法、電解法等。

2.1.1 吸附法

吸附法利用多孔固體材料吸附廢水中的污染物，常用的吸附劑包括活性炭、粉煤灰、硅藻土、膨潤(rùn)土、沸石、大孔吸附樹(shù)脂和一些高分子吸附材料。吸附法操作簡(jiǎn)便，不僅能有效去除廢水中的重金屬和難降解有機(jī)物，還能去除色度和異味、降低廢水COD值。侯芹芹等[2]以超細(xì)研磨的粉煤灰為吸附劑，對(duì)含有甲基橙、堿性品紅、酸性品紅和孔雀石綠等有機(jī)物的模擬印染廢水進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)粉煤灰對(duì)這些有機(jī)物具有良好的吸附效果，去除率可達(dá)97%以上。Shi等[3]研究了膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵(B-nZVI)對(duì)于電鍍廢水的處理效果，結(jié)果表明B-nZVI能有效去除廢水中的重金屬離子，Cr4+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的去除率分別為100%、100%、92.7%和59.4%。吸附法主要的缺點(diǎn)是吸附劑價(jià)格昂貴，同時(shí)存在吸附劑再生困難和二次污染問(wèn)題，因此，其應(yīng)用受到一定限制。

2.1.2 萃取法

萃取法利用有機(jī)物在水和溶劑中溶解度不同的性質(zhì)，使用萃取劑將污染物從廢水中萃取出來(lái)。趙文生[4]等以三辛胺為絡(luò)合劑、正丁醇為稀釋劑，采用絡(luò)合萃取的方式處理高濃度苯酚廢水，結(jié)果表明苯酚絡(luò)合萃取率最高可達(dá)99.82%，可以實(shí)現(xiàn)廢水中苯酚的完全回收。萃取法操作簡(jiǎn)易、成本較低，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)于部分資源的回收，然而一些萃取劑毒性較大、易溶于水或容易揮發(fā)，極易造成二次污染，因此選擇適合的萃取劑和萃取條件尤為關(guān)鍵。

2.1.3 膜分離法

膜分離法利用具有選擇透過(guò)性的半透膜對(duì)廢水進(jìn)行處理，將污染物從廢水中分離出去。常用的膜分離技術(shù)包括微濾、超濾、納濾、電滲析、反滲透、膜蒸餾、滲透汽化等[5]。程仁振等[6]采用陶瓷膜—反滲透工藝對(duì)電鍍廢水進(jìn)行深度處理，最終廢水的COD和TDS均能達(dá)到《城市污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范》中的冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。王彬等[7]采用多效膜蒸餾技術(shù)對(duì)含有二甲基亞砜的化纖廢水進(jìn)行濃縮回收，結(jié)果表明多效膜蒸餾過(guò)程可以高效節(jié)能地回收化纖廢水中的二甲基亞砜，在適宜條件下，回收率可達(dá)99.6%以上。膜分離法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，處理范圍廣、無(wú)二次污染，既能處理高濃度有機(jī)廢水，還能對(duì)廢水中的有用物質(zhì)進(jìn)行回收。然而該方法成本較高，且半透膜耐腐蝕性較差，膜通量隨工作時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降，容易引起膜組件的堵塞和損壞，進(jìn)而影響處理效果。

2.1.4 混凝法

混凝法通過(guò)在廢水中投加絮凝劑，破壞廢水中膠體和顆粒物的穩(wěn)定性，使之相互聚合并形成沉淀，進(jìn)而可從廢水中除去。常用的絮凝劑有氯化鐵、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化硫酸鋁鐵、聚丙烯酰胺等。劉羽等[8]選用三氯化鐵作為混凝劑對(duì)采油廢水進(jìn)行處理，廢水COD去除率最高可達(dá)72.9%?；炷☉?yīng)用比較廣泛，可單獨(dú)用于廢水預(yù)處理、中間處理及深度處理過(guò)程，能有效降低廢水中的污染物濃度、提高廢水可生化性，也可與其他方法聯(lián)用，提高處理效果。但該方法的使用會(huì)產(chǎn)生大量的化學(xué)污泥，易造成二次污染。

2.1.5 氣浮法

氣浮法通過(guò)采取一定方式在水中產(chǎn)生大量氣泡，使之粘附廢水中密度接近于水的固體或液體污染物微粒，形成氣浮體后浮上水面，從而將污染物從水中分離出來(lái)。氣浮法分為很多種，如充氣氣浮、電解氣浮、化學(xué)氣浮和溶氣氣浮等，當(dāng)廢水中懸浮物含量較高時(shí)常采用化學(xué)氣浮[9]。該方法主要用于有機(jī)廢水的預(yù)處理過(guò)程，操作簡(jiǎn)單、維修方便且投資較少，但是對(duì)于廢水中可溶性有機(jī)物的去除效果并不理想。

2.1.6 離子交換法

離子交換法利用離子交換樹(shù)脂置換廢水中帶有相同電荷的離子從而達(dá)到廢水處理的目的。朱曉燕等[10]采用離子交換樹(shù)脂吸附廢水中的三乙胺，實(shí)驗(yàn)表明，選擇合適的離子交換樹(shù)脂能很好地去除廢水中的三乙胺，在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)吸附條件下，三乙胺的去除率分別達(dá)到96.3%和99.5%。離子交換法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、凈化效果好、處理效率高的優(yōu)點(diǎn)，不僅能去除廢水中有機(jī)物和重金屬，還可對(duì)部分物質(zhì)進(jìn)行資源化回收[11-12]。然而離子交換樹(shù)脂交換容量有限，其再生過(guò)程需要使用大量的化學(xué)試劑，易造成二次污染，此外該方法成本較高，不適合大規(guī)模使用[13]。

2.1.7 電解法

電解法利用電流的電解作用將污染物轉(zhuǎn)化為CO2和無(wú)機(jī)離子，該方法操作簡(jiǎn)單、脫色效果好，能有效提高廢水的可生化性，但因其需要消耗電能，因此運(yùn)行成本比較高。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)法主要有鐵炭法和高級(jí)氧化技術(shù)。

2.2.1 鐵炭法

鐵炭法以鐵或含鐵物質(zhì)為陽(yáng)極，以含碳物質(zhì)為陰極，在酸性介質(zhì)中形成微小的原電池，利用Fe-C間的微電化學(xué)反應(yīng)以及電極引起的吸附、混凝、沉淀等作用凈化廢水中的污染物。鐵炭法常被用于難生物降解有機(jī)廢水的預(yù)處理過(guò)程，其處理效果主要受到廢水pH值、反應(yīng)停留時(shí)間、鐵炭比、固液比、鐵屑和炭粒粒徑、通氣量、溫度以及內(nèi)電解材料和組合方式的影響[14]。研究表明，鐵炭法能明顯脫除廢水中的氯[15]，大大提高含硝基苯[16]、DMF和DMAC[17]等有機(jī)廢水的可生化性。鐵炭法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、處理成本低、適用范圍廣、易與其他方法聯(lián)用，然而鐵屑在酸性介質(zhì)中長(zhǎng)期浸泡后容易板結(jié)，形成溝留，造成鐵炭之間的微電解過(guò)程的中斷，從而影響處理效果[14]。

2.2.2 高級(jí)氧化技術(shù)

高級(jí)氧化技術(shù)利用氧化活性極強(qiáng)的自由基降解廢水中的有機(jī)污染物，最終可將污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和一些無(wú)機(jī)離子。高級(jí)氧化技術(shù)包括光催化氧化法、臭氧氧化法、Fenton氧化法、濕式氧化法、超臨界水氧化法等，其中最常用的是臭氧氧化法和Fenton氧化法。

臭氧氧化法利用臭氧的強(qiáng)氧化性將廢水中的大分子有機(jī)物氧化為小分子，同時(shí)在處理過(guò)程中臭氧可自發(fā)分解，不會(huì)造成二次污染。研究表明，臭氧氧化法可有效降低廢水COD值，同時(shí)對(duì)印染廢水等一些高色度廢水的具有良好的脫色效果[18-19]。臭氧氧化法環(huán)保高效，不僅能改善有機(jī)廢水的可生化性，同時(shí)還可對(duì)污水進(jìn)行消毒。然而該方法運(yùn)行成本較高，且對(duì)反應(yīng)具有較強(qiáng)的選擇性，同時(shí)臭氧對(duì)于有機(jī)物的礦化能力受臭氧量和反應(yīng)時(shí)間的影響十分明顯，因此該方法的應(yīng)用受到了一定限制。為提高臭氧氧化的處理效率，研究人員將過(guò)氧化氫、紫外光以及金屬催化劑等引入到反應(yīng)體系中，發(fā)展出了UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3、催化臭氧氧化法等技術(shù)，不僅可以提高廢水處理的反應(yīng)速率，同時(shí)還能有效增強(qiáng)對(duì)于污染物的降解能力。

Fenton試劑是一種同時(shí)含有Fe2+和H2O2的溶液，其中Fe2+作為催化劑，與H2O2反應(yīng)后可產(chǎn)生具有極強(qiáng)氧化能力的·OH，F(xiàn)enton氧化法正是利用Fenton試劑的強(qiáng)氧化性對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行氧化。仙光等[20]采用Fenton法處理強(qiáng)堿性電鍍有機(jī)廢水，結(jié)果表明該方法能夠充分提高電鍍廢水的可生化性，COD去除率最高可達(dá)75%。Fenton氧化法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作條件適宜、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但其存在處理成本較高、易產(chǎn)生大量含鐵污泥、H2O2利用率低、有機(jī)物礦化不徹底等缺陷。為解決這些問(wèn)題，研究人員對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展出電-Fenton、超聲-Fenton、光-Fenton、紫外-Fenton、微波強(qiáng)化Fenton、超聲-光-Fenton、光-電-Fenton、非均相納米催化-Fenton等技術(shù)，這些技術(shù)已在印染廢水、煤化工廢水、皮革廢水等有機(jī)廢水的處理中取得了一定進(jìn)展[21-22]。

高級(jí)氧化技術(shù)是一種清潔有效的有機(jī)廢水處理技術(shù)，但是該方法存在處理成本高、對(duì)反應(yīng)具有選擇性、處理速率低等缺點(diǎn)。近年來(lái)為提高高級(jí)氧化法對(duì)于有機(jī)物的氧化效果和處理速率，研究人員將多種高級(jí)氧化技術(shù)進(jìn)行聯(lián)用，如UV-Fenton法[23]、O3+Fenton+UV法[24]、UV光催化濕式氧化法[25]等，利用氧化劑之間的協(xié)同作用進(jìn)一步提升了對(duì)于有機(jī)污染物的降解效果。

2.3 生物法

生物法利用微生物將廢水中的有機(jī)物氧化分解，使廢水得到凈化。生物法分為好氧生物處理法、厭氧生物處理法和好氧—厭氧組合處理法三種類型，當(dāng)廢水中的有機(jī)物含量較高時(shí)采用厭氧法處理效果更好。目前使用較多的生物處理方法包括活性污泥法、深井曝氣法、序列間歇活性污泥法、生物流化床法、上流式厭氧污泥床法、水解酸化法、生物膜法、光合細(xì)菌處理法、固定化微生物法等技術(shù)，這些方法在有機(jī)廢水處理中取得了良好的應(yīng)用效果。

2.4 組合處理技術(shù)

單一的廢水處理技術(shù)雖能降解廢水中的部分有機(jī)物，但處理效果并不十分理想。為進(jìn)一步提升有機(jī)廢水處理效果，在實(shí)際應(yīng)用中常會(huì)將兩種或幾種技術(shù)進(jìn)行組合使用。例如，趙大為等[26]對(duì)農(nóng)藥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的苯胺廢水進(jìn)行處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，以聚合氧化鋁作為混凝劑單獨(dú)處理廢水時(shí)，COD和色度的去除效果較差，而將其與Fenton法聯(lián)用后，廢水處理效果得到提升，在最佳條件下，COD和色度的去除率可達(dá)83.6%和94.8%。何錦垚等[27]采用臭氧催化氧化—曝氣生物濾池(BAF)組合工藝對(duì)抗生素生產(chǎn)廢水二級(jí)生化廢水進(jìn)行深度處理，結(jié)果表明臭氧催化氧化可提高廢水可生化性，使用該組合技術(shù)對(duì)廢水進(jìn)行處理后出水水質(zhì)明顯優(yōu)于單獨(dú)BAF工藝出水。

3 結(jié)論與展望

文章概述了多種常用的有機(jī)廢水處理技術(shù)，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。由于有機(jī)廢水成分復(fù)雜，依靠單一的方法難以實(shí)現(xiàn)廢水的完全達(dá)標(biāo)排放，因此在實(shí)際過(guò)程中常將多種技術(shù)聯(lián)合使用。隨著科技的不斷進(jìn)步，未來(lái)有機(jī)廢水處理技術(shù)必將得到進(jìn)一步發(fā)展，不同技術(shù)之間也會(huì)實(shí)現(xiàn)更好融合。但與此同時(shí)也應(yīng)該意識(shí)到，對(duì)于有機(jī)廢水的處理不能只依賴后續(xù)的處理技術(shù)，各工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)還要通過(guò)不斷優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)工藝和加強(qiáng)源頭控制以減少污染物的排放，并且通過(guò)加強(qiáng)廢水資源回收利用促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的綠色、環(huán)保、持續(xù)發(fā)展。