利用物化技术处理含酸废水的技术探讨

张绍坤

（北京机电院高技术股份有限公司，北京 100027）

1 绪论

随着我国经济的发展和工业化的加速，工业废水的产生量越来越大，如不及时有效地处理，将会对环境造成重大污染。由于工业废水的处理需要较高的成本，一些企业直接将工业废水排入河流、湖泊等，给生态环境和人类生活带来了很大的危害。因此，在扩大工业生产的同时应加快工业废水的处理步伐。

含酸废水大多来源于制药、印染、化工等工矿企业，在工业废水中占有较大比重。含酸废水一般具有pH值低、含盐量较高、重金属含量超标、热值低、腐蚀性强等特点，是污水处理行业公认的高难度处理废水[1]。这些废水对环境造成的危害主要有：

（1）需氧性危害

由于生物降解作用，含酸废水会使受纳水体缺氧，多数水生物将死亡，从而产生恶臭，恶化水质和环境。

（2）感观性污染

含酸废水不但使水体失去使用价值，严重影响到水体周边居民的正常生活。

（3）致毒性危害

含酸废水中含有酸类物质、重金属等，会在水体、土壤等自然环境中不断累积、储存，最后进入人体，从而危害人体健康。

2 含酸废水处理方法

常用的含酸废水的处理方法主要有：生物处理技术、化学处理技术和物化处理技术等。

2.1 生物处理技术

生物处理技术是目前废水处理最常用的方法之一，具有应用范围广、适应性强等特点[2]。生物处理法是利用微生物的代谢作用来分解、转化水体中的有毒有害化学物质和其它各种超标污染组分的生物技术，降解作用的场所主要是含微生物的活性污泥、生物膜及其相应的反应器，由此诞生了各类生物处理技术。微生物法不仅经济、安全，而且处理的污染物阈值低、残留少、无二次污染，有较好的应用前景。目前，生物处理废水的主要方法有好氧生物、厌氧生物、生物膜法、酶生物处理技术以及发酵工程等。

2.2 化学处理技术

化学处理技术是应用化学原理和化学反应将废水中的污染物转化为无害物质，使废水得到净化的方法。化学氧化法分为两大类，一类是在常温常压下利用强氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水；另一类是在高温高压下分解废水中有机物，包括超临界水氧化和湿空气氧化工艺，所用的氧化剂通常为氧气或过氧化氢，一般采用催化剂降低反应条件，加快反应速率。化学氧化法反应速度快、便于控制，但成本较高，通常难以将难降解的有机物一步氧化成无机物质，而且目前对中间产物控制的研究较少。该技术也常常作为生化处理的预处理方法使用。其主要的方法有焚烧法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、电化学氧化法等[3]。

2.3 物化处理技术

物化处理技术是指废水中的污染物在处理过程中通过相转移的变化而达到去除目的的处理技术，物化处理技术可以单独用于废水处理，还可作为生物处理工序的预处理或后处理工序。一般常用的物化处理技术有氧化还原法、吸附法、反渗透法、电絮凝法、气浮法等。

（1）氧化还原法

该方法是指利用氧化还原反应，将废水中的有害成分氧化或还原成无害的物质而加以除去。氧化还原反应广泛应用于各种物化处理过程中，是最基本的技术之一。

（2）吸附法

吸附法是指利用多孔性固体吸附废水中某种或几种污染物，回收或去除污染物，从而使废水得到净化的方法。常用的吸附剂有粉末活性炭、煤质柱状活性炭、人造浮石、腐殖酸（钠）、高岭土、漂白土、硅藻土、皂土等。

（3）反渗透法

该方法是利用半透膜将浓、稀液隔开，以压力差作为推动力，施加超过溶液渗透压的压力，使其改变自然渗透方向，将浓液体中的水压渗到稀溶液的一侧[4]。可实现废水浓缩和净化目的。经过反渗透法处理的废水浓度发生了变化，但仍需要进一步处理。

（4）电絮凝法

该方法的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al3+、Fe2+等离子，在经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离，同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉（如图1所示）。

图1 电絮凝反应原理

废水进行电解絮凝处理时，不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染物。电絮凝技术被广泛应用于处理食品废水、印染废水、油田污水、旅馆废水、厨房废水、垃圾渗滤液中的有机污染物以及废水脱氟和含有毒重金属废水处理等[5]。

（5）气浮法

气浮法通常包括充气气浮、溶气气浮、化学气浮和电解气浮等多种形式。化学气浮适用于悬浮物含量较高的废水的预处理，具有投资少、能耗低、工艺简单、维修方便等优点，但不能有效地去除废水中可溶性有机物，尚需用其他方法作进一步的处理。

3 物化技术处理废水的工程应用

3.1 工程简介

某化工厂常年产生的含酸废水性质如下表所示。

某化工厂废水特性表

该厂平均年废水产生量总量为1400t，考虑一定的富余量，该项目设计废水处理量为1800t/a。全年按运行300天计算，则废水处理规模为6t/d。

该项目要求采用中和、氧化还原、沉淀、过滤等方法，对含酸废水进行处理，以有效去除重金属离子和有害有机物，并使处理后的废水基本呈中性，排放水质达到《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）中第二类污染物最高允许排放浓度中的二级标准。

3.2 物化处理技术工艺流程

根据废水特性和处理要求，该项目的物化处理技术工艺流程如图2所示。

图2 物化处理工艺流程

该物化处理系统主要包括氧化还原反应槽、中和反应槽、板框压滤机、电絮凝系统、气浮反应池以及辅助系统。含酸废水通过耐腐蚀泵输送到废水池中，在池中进行初步沉淀。需要处理时，首先将含酸废水用输送泵输送到氧化还原反应槽，并通过pH计调节，向反应槽中投加盐酸药剂，边加边搅拌，使混合废水pH值保持在3～4。在此过程中，还要向氧化还原反应槽中加入适当的药剂溶液，将毒性较大的重金属离子氧化还原为无毒性或毒性较小的重金属，该项目采用加入FeSO4溶液。根据溶液的氧化还原电位ORP值控制氧化还原终点，还原后的重金属废水和酸碱废水一起进入中和反应槽。在中和反应槽中，加入中和药剂，中和药剂以盐酸和Na2S为主，通过pH计确定中和药剂的投加量，使中和反应槽内pH值在8～10。在中和反应槽内，为了更好地使混合液中的固液完全分离，在反应过程中还要加入PAM絮凝剂，使污水中的重金属离子沉降分离出来。中和反应槽底部废水通过水泵进入沉淀池沉淀，并通过板框压滤机进行固液分离。由板框压滤机挤压产生的滤渣装桶后，送到稳定化/固化车间处理后填埋。沉淀池中的上清液和板框压滤机挤压产生的滤液进入后续处理系统。

由于沉淀池的上清液和板框压滤机挤压产生的滤液中含有高浓度的无机酸根离子，而后续的污水处理站主体工艺通常是生化处理，若某些浓度较高的酸根离子进入水体，含对污水处理站的生化系统有毒性或抑制作用，影响后续工艺的正常运行，故该项目对其进行预处理，利用电絮凝系统和气浮沉淀池使废水中相应的酸根离子降到一定浓度，以免影响后续的污水处理站工艺系统，利于其后续的污水处理正常运行。气浮沉淀池中产生的沉淀物送往板框压滤机进行压缩，其上清液通过水泵输送到污水处理厂。

4 物化技术处理废水的优缺点

通过物化技术在处理含酸废水中的应用，可以看出其具有如下优点：

（1）重金属去除效率高。通过对经过物化技术处理过的废水的检测，发现重金属的去除率可高达99%，因此处理后的废水可以进入普通污水处理厂。

（2）物化处理技术可以处理成分复杂的含酸废水。很多含酸废水成分复杂，含有重金属离子、酸根离子、有害有机物等，是世界上公认的难处理废水，通过物化处理技术可以将其中的有害成分充分去除。

（3）物化处理技术工艺流程简单，自动化程度高。

但是，通过分析项目的实际运行情况，发现目前物化处理技术还存在一些不足，需要进一步加以改进，具体如下：

（1）处理成本较高

物化处理技术在处理含酸废水的过程中，需要向其中添加各种化学药剂，废水成分越复杂，需添加的药剂越多，导致了废水处理成本较大。

（2）物化处理技术工艺控制点较难把握

对于不同的废水，由于其中的成分不同，所用的物化处理工艺的控制点也有所不同。因此，在处理废水前多需要通过实验，以确定物化处理工艺的控制点，具体包括温度、pH值、反应时间、药剂添加量等，然后再将实验结果应用在工程中。

（3）物化处理后的废水还需要进一步处理

物化处理技术通常是作为污水处理厂的预处理工艺，故通过物化技术处理后的废水需要进一步通过常规污水处理技术进一步处理。

5 结论

物化处理技术作为一种复杂废水处理工艺，在国内工业废水处理中的应用越来越广泛。物化处理技术具有处理废水成分复杂、重金属去除率高、工艺流程简单、自动化程度高等优点，通常作为复杂废水处理的预处理工艺。但是，物化处理工艺还存在一些不足，如处理费用高、工艺控制点难把握等，需要进一步加以克服。随着物化处理技术的发展，各种新技术和新材料将在物化处理废水工程中应用，使物化处理技术更加完善，处理成本更低，促进物化技术在废水处理中的应用更加广泛。

[1]刘梅华.高含盐量浓废水处理的探讨[J].化工安全与环境，2007，886（24）：22-23.

[2]唐受印，戴友芝.水处理工程师手册[M].北京：化学工业出版社.2000，4：364-380.

[3]王芳，王增长，侯安清.高浓度有机废水处理技术的应用研究[J].科技情报开发与经济.2005，15（23）.

[4]王晓琳，丁宁.反渗透与纳滤技术与应用[M].北京：化学工业出版社.2005：26-27.

[5]冯俊生，许锡炜，汪一丰.电絮凝技术在废水处理中的应用[J].环境科学与技术.2008，31（8）：87-89.