化工废水的处理技术应用进展

刘晓晶，李　俊，何长明

(陕西省石油化工研究设计院，陕西省工业水处理工程技术研究中心，陕西　西安　710054)



化工废水的处理技术应用进展

刘晓晶，李俊，何长明

(陕西省石油化工研究设计院，陕西省工业水处理工程技术研究中心，陕西西安710054)

随着化工行业的不断发展，化工废水的排放量日益增加，对环境造成的污染也日益凸显。在环保压力日益加大的今天，化工废水的处理技术研究日益重要。本文介绍了化工废水的来源和特点，并进行了分析，为化工废水的处理研究奠定了基础；对化工废水的处理方法进行了总结，结合最近的研究案例和发展趋势对主要的水处理方法进行介绍和分析。最后对化工废水处理工艺的发展趋势进行了展望。

化工废水；特点；处理技术；进展

随着化学工业的发展，化工产品多种多样，成分复杂，给我们带来了巨大的经济利益，同时也造成了严重的环境污染。近年来我国化工行业的工业废水处理和利用工作取得了较大进展，但废水排放达标率仍不高，且目前国内的趋势化工废水零排放的政策下，零排放工作也在逐步开展。据统计，我国工业废水处理率为78.9%，达标率仅为54.4%[1]。因此，研究分析水处理的现状并开发出高效且实用的化工废水处理技术并回用具有重要的现实意义。

1　化工废水的来源及特点

化工废水的来源主要是无机化工、有机化工行业产生的废水，其分类及特点见表1。

表1　化工废水的分类、来源和特点Table 1　Classification, source and characteristics of chemical industrial wastewater

续表1

合成化工合成染料、合成橡胶等产生废水色度高、难降解纺织印染工业棉麻加工,纺织的染色及印花、上浆等产生废水碱性大、色度高、毒性大难降解医药化工抗生素、合成药物、中成药等生产废水有机物含量高、有毒性、生物难降解煤化工煤炼焦、煤气净化和化工产品回收精制等生产废水水量大、毒性大、污染物浓度高

化工废水来源不同，水质差异很大，化工产品种类繁多，生产工艺各不相同，在生产过程中排出的物质含有大量人工合成的有机物，污染性强、难降解。其特点[2]主要表现为：

(1) 水质和水量不稳定

化工废水大多数的水量波动大、水质变化大，不利于废水处理装置和工艺的稳定运行。

(2) 水质成分复杂

由于不同行业生产原料和工艺过程差别较大，废水中产生的各种副产物以及溶剂等物质，导致化工废水水质成分差别较大，并且成分复杂，增加了废水处理的难度。

(3) BOD 和 COD 高

化工废水有机物含量较高，特别是石油化工废水，因含有各种有机物，造成废水中含有的 BOD 和 COD 都较高。这种废水一旦排入水体，在水处理过程中因氧化分解消耗水中大量的溶解氧，直接威胁细菌的生存。

(4) 有毒性和刺激性

化工废水中普遍存在多种污染物，有毒物质如氰、酚、重金属盐等，有腐蚀性、刺激性的物质如碱类、无机酸等。

(5) pH不稳定

化工废水的pH 值多为强碱性或强酸性，对水生生物和农作物等危害很大。

(6) 含盐/油量高

高盐度抑制生物活性，影响有机物降解[3]；石油化工废水中含有油类，影响水生生物的生存。

(7) 废水色度高

因含有的物质成分复杂，种类多样，造成废水中水体的颜色较深，色度较高。

2　化工废水处理技术及进展

2.1物理法

物理法是通过机械或者物理作用进行分离废水中悬浮物的处理方法，主要用于去除废水中的漂浮物、悬浮固体、砂和油类等物质。

普遍采用的物理法包括重力沉淀法、过滤法和气浮法[4]。重力沉淀法是利用水中悬浮颗粒的密度和水的差别进行沉淀，在重力场的作用下进行自然沉降，从而实现固液分离的一种过程；过滤法是利用过滤层物质去除水中的不溶性杂质，主要是降低水中的悬浮物，设备主要使用过滤器和微孔管[5]；气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体粘附废水中的悬浮物，形成水-气-颗粒(油滴)三相混合体系，由于密度的差异使悬浮物随气泡一起浮升到水面而实现悬浮物和水的分离。此种方法的分离对象主要是油类和疏水性细微悬浮物[6]。

物理方法的优势在于工艺过程较为简单，现场管理比较方便，但对可溶性成分的废水处理仍有很大的局限性[7]。

2.1.1磁分离技术

作为一种新兴的废水处理技术，近几年磁分离技术越来越受到人们的关注。该技术是在废水处理过程中投加磁种和混凝剂，进而利用二者的共同作用，使反应生成的颗粒迅速聚结加大密度差，从而加速悬浮物的分离。基本原理是通过外加磁场对含有磁性物质的悬浮物吸引从而实现悬浮物和与废水的分离效果[8]。Yasuzo Saka[1]采用磁分离技术改善了活性污泥法中的污泥沉降问题，在废水处理过程中加入磁铁(Fe3O4)粉末使由于细菌簇团效应产生的活性污泥具有磁性，从而实现磁化泥吸附在转鼓上，进而对其进行回收利用。周必坤[9]将磁分离技术应用于炼油厂高浓度废水的处理，效果显著。

2.1.2膜分离技术[10]

膜分离技术是一项应用面宽，适应性强的高效分离浓缩技术，该技术是在选择透过性膜在化学位差或外力的作用下，对混合物中粒径不同的组分进行分离和提纯[11]。Pi等[12-13]成功地将纳滤膜用来提取麻黄素，经过纳滤工艺处理后废水中的COD含量接近 100 mg/L，此时的麻黄素溶液可以直接进行回收。研究人员[14-15]采用膜生物反应器(MBR)对采油污水进行了研究，在MBR中投放粉末活性炭可提高MBR的出水水质。

2.2化学法

化学法是在废水处理时通过产生化学反应改变物质性能来处理污水中的胶体或溶解物的方法。水处理工艺经常使用的化学法有电化学氧化法、化学氧化法、化学混凝法等。由于此类水处理法处理的水质好、但水处理成本较高，因此经常在生化后的出水继续处理，用以提高产水水质。化学混凝法是通过向废水中加入化学药剂，使之发生化学反应，微小的悬浮物与胶体等污染物生成凝聚和絮凝的作用，使这些物质沉淀到底部，以达到去除效果[2]。此方法可以成功去除细小的颗粒，并且对色度和微生物以及有机物等的去除也有较好的效果。

2.2.1化学氧化法

2.2.2电化学氧化法

电化学氧化法是利用光、声、电、磁等一类无毒的试剂进行催化氧化反应处理废水，特别是针对生物难降解有机物特别有效，是目前水处理领域的热门研究方向。Zhou等[17]在水处理过程中制备了含Ni的纳米TiO2(锐钛矿型)作为催化剂，对降解甲基橙废液起到了较好的效果。实验结果表明在紫外光照射2 h后，甲基橙废液色度去除率达到96.3%。

2.3物理化学法

物理化学法是在水处理过程中根据物理化学或化工分离原理进行废水处理的一种方法。物理化学法包含离子交换、吸附、分离、萃取、汽提等。该种水处理方法主要用于去除废水中含有的较为细小的悬浮物和溶解的有机物，其缺点在于某种水处理方法具有较强的选择性，只适用于或者针对某一类物质的分离能够达到较好的水处理效果，且水处理的费用较高，还容易造成二次污染加大了水处理的难度。

离子交换法是一种借助于化学键的亲和力不同从而实现离子交换剂和水中的离子进行交换反应从而达到净化废水的方法。吸附法是利用多孔介质吸附废水中的有机污染物，从而使废水得到净化，饱和的吸附介质需再生重复使用。谢添等[18]采用活性炭吸附法处理煤化工废水，最佳活性炭投加量为60 g/L，吸附饱和时间为2.9 h。萃取法是利用萃取剂，通过向废水中添加难溶或不溶于水的有机溶剂，借助相似相容原理，萃取废水中的非极性有机物，从而达到净化废水的目的。罗鹏等[19]采用超临界二氧化碳萃取技术脱除废水中有机物具有明显的优势，溶剂绿色，工艺简单且分离效率高。

2.4生物法

生物法是通过微生物的新陈代谢作用分解和去除废水中的有机污染物。包含好氧生物处理和厌氧生物处理两种生物处理方法。

2.4.1好氧生物处理法

好氧生物水处理法主要包括两种：一种是生物膜法，该种方法是利用生物膜对有机物的的吸附和氧化作用，通过与废水的接触，从而实现水处理过程的方法；另外一种是活性污泥法，该种方法是利用悬浮生长的微生物进行废水处理，活性污泥含有微生物可降解废水中的有机物。

褚兆晶等[20]对高浓度有机废水进行水处理，在好氧生物-吸附法的协同作用下进行实验，实验结果表明废水COD去除率高达99%，取得了理想的效果。生物膜法是一种在耐毒性基质较强载体上进行接触生物氧化从而实现水处理的工艺，但处理后的效果与活性污泥相比水质较差，将二者结合进行协同作用即可显著提高水处理效果。

2.4.2厌氧生物处理法

厌氧生物处理法是利用厌氧微生物的降解作用去除废水中污染物的方法。

Santos等[21]将生物法应用于印染行业的废水处理技术研究，实验结果表明：COD从634 mg/L降低至2.790 mg/L，去除率达到99.5%，效果较好；而BOD则从360 mg/L升高至972 mg/L，在印染废水处理行业达到较为理想的效果。

杨珍等[22-23]采用溶胶—凝胶法将TiO2负载到粉煤灰上，对垃圾渗滤液进行了超声辅助光催化降解，COD的降解率可达73.3%。

2.4.3固定化生物技术

微生物固定化技术是采用物理或化学法固定游离态的微生物，以使微生物保持较好的生物活性，并且在其生存区域内具备生长繁殖的条件，以此进行污水净化[24]。刘荣荣等[25]讨论了固定化微生物技术在印染废水处理中的应用，指出包埋法易于操作，并且微生物可保持较好的生物活性，固定化细胞强度高，在水处理中容易达到固液分离的效果。刘春芳[26]阐述了固定化细胞技术已被成功应用在处理高氨氮废水和焦化废水的中试和工业试验上。

3　展　望

化工废水水量大、成分复杂、生物难降解，目前形式对水处理后水质的达标要求越来越严格，然而仅借助一种水处理方法难以得到理想的效果。因此，研究高效、经济、稳定的组合水处理技术对化工废水进行有效的无污染处理是化工废水处理新技术研究的重要方向。从社会发展趋势和效益来看，积极推广清洁生产和节水型工艺，加强水资源的循环利用，实现废水零排放必然是一种发展趋势。

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Research Progress on Application of Chemical Wastewater Treatment

LIU Xiao-jing, LI Jun, HE Chang-ming

(Shaanxi Industry Water Treatment Research Centre of Engineering Technology,ShaanxiResearchDesignInstituteofPetroleumandChemicalIndustry,ShaanxiXi’an710054,China)

With the continuous development of chemical industry, chemical industry wastewater emissions increase, pollution to the environment is also growing. Today, with the increasing of the environmental pressure, research in the chemical wastewater treatment technology is becoming more and more important. The sources and characteristics of chemical industry wastewater were introduced and analyzed, which laid a foundation for research of chemical wastewater treatment. Therefore, the treatment methods of chemical wastewater were summarized. Combined with the latest case studies and development trend, the methods of main water treatment were introduced and analyzed. Finally the development trend of chemical wastewater treatment process was discussed.

chemical wastewater; characteristics; treatment technique; progress

刘晓晶(1987-)，女，河北工业大学硕士研究生，从事化工废水处理相关方面研究。

X703.1

A

1001-9677(2016)013-0054-03