高浓度有机废水浓缩技术研究进展

赵书敏，周慧君

(中国石油大学(北京) 化学工程学院，北京 102200)

高浓度有机废水浓缩技术研究进展

赵书敏，周慧君

(中国石油大学(北京) 化学工程学院，北京 102200)

本文主要对目前高浓度有机废水的传统处理方法以及高浓度有机废水浓缩处理的工艺进行了综述，阐述了传统处理方法存在的问题及高浓浓度有机废水的研究现状，并提出了今后高浓度有机废水处理的发展趋势。

高浓度有机废水；纳滤膜浓缩；反渗透浓缩

高浓度有机废水一般COD浓度在2000 mg/L以上[1]，且常伴有异味，具有悬浮物含量高、色度大，有机物成分复杂，难生物降解等特点。一般的废水处理方法难以满足高浓度有机废水净化处理的技术和经济要求，因此，高浓度有机废水处理技术的研究一直是水污染控制领域研究的重点和难点。

目前，较为成熟和有效的高浓度有机废水处理方法主要分为两类：生物处理法[2-3]和物理化学法[4]。生物处理方法主要有好氧生物法(如，活性污泥法、生物膜反应器)、厌氧生物法以及它们的组合工艺(如两相厌氧)等。而物理化学法主要有混凝法、氧化法、焚烧法等。这些传统工艺普遍存在着投资运行成本高、工艺复杂等问题，通过对高浓度有机废水浓缩处理可实现污水的减量化，降低后续处理成本，实现高浓度有机废水有效的处置。

笔者根据国内外研究进展，介绍了高浓度有机废水的浓缩技术，并就目前研究存在的问题提出展望，旨在为高浓度有机废水浓缩技术的研究和应用提供参考。

1 高浓度有机废水概述

高浓度有机废水，如酒精废液、制药行业废水、垃圾渗滤液等，是指COD浓度在2000 mg/L以上的废水，其特点是水中的悬浮物含量高，色度高，有异味，有机物浓度高，水质的成分复杂，不易进行生物降解，处理难度很高，采用一般的废水处理方法难以满足高浓度有机废水净化处理的技术和经济要求，因此，对其进行有效处理方法的研究已逐渐成为环境保护技术的热点研究课题之一。

高浓度有机废水的来源主要有：农业行业生产的废水，该废水降解性强，所含的有机物质无害；制药废水、化工废水等，这类废水含有一定有害离子与化学物质；精细化工废水，这类废水所含成分复杂且毒性强，对环境影响大[5]。

表1 不同行业高浓度有机废水的特点

2 高浓度有机废水浓缩处理技术研究现状

高浓度有机废水的浓缩处理，目的是先将高浓度有机废水进行浓缩，然后采用焚烧法等方法进行处理，这样可以节约处理成本，从而使高浓度有机废水得到有效的治理。高浓度有机废水的浓缩方法目前主要有：冷冻浓缩、蒸发浓缩、燃烧浓缩、膜浓缩等。

2.1 冷冻浓缩

冷冻浓缩是处理高浓度有机废水的一种新方法，它利用的是冷冻分离的固液相平衡的原理。文玲，张旭[13]采用冷冻浓缩地方法对COD浓度在10000 mg/L以上的利用啤酒自配的高浓度有机废水进行处理，在冷冻时间为12～24 h，冷冻温度为-16～-12 ℃时，COD和TOC的去除率达到70%以上。Marino Rodriguez[14]采用冷冻浓缩与膜浓缩结合的方法处理有机废水，发现可以达到很好的处理效果，比单独使用膜浓缩更经济。冷冻浓缩对废水无选择性，尤其适合处理有恶臭气味、易挥发的有机废水，但是应用到实际有限制，且设备及操作费用较高，操作不宜控制。

2.2 蒸发浓缩

蒸发浓缩是指通过采用低温真空或减压等方法，对高浓度有机废水蒸发浓缩处理。俞晟，陶冠红[15]采用减压蒸发浓缩的方法对某化工厂的高浓度有机废水进行处理，进水COD浓度为45×104～55×104mg/L时，COD的去除率达90%以上。王青[16]通过低温真空蒸发法对垃圾渗滤液处理站的反渗透浓缩液进行处理，废液的COD为3000 mg/L，处理后COD的蒸发率为62.5%。瑞士Uttigen市垃圾渗滤液处理厂对垃圾渗滤液采用四级闪蒸法浓缩处理，CODcr的去除率可达99.5%，同时NH3-N去除率为98.5%[17-19]。蒸发浓缩可以回收有机废水中有价值的成分，但是在蒸发浓缩的过程中会有结垢等问题。

2.3 燃烧浓缩

燃烧法是在燃烧炉内将废液与煤粉混烧，从而使高浓度有机废液中的有机物达到浓缩的目的。酒精废醪液有机物含量大，COD浓度在105 mg/L以上，王勇[20]采用燃烧法处理酒精废醪液，COD的去除率可达99%以上。燃烧浓缩对废水浓缩处理后，燃烧的热量及浓缩过程产生的冷凝水均可用作生产，但是该方法投资费用较大，电耗较高，且在燃烧时废水中的盐分会腐蚀设备。

2.4 膜分离浓缩

膜浓缩高浓度有机废水的原理是废水通过膜时，在两侧施加某种推动力，废水中的有机物就会选择性的透过膜，从而达到浓缩有机物的目的。根据膜孔径的大小，膜分离技术可以分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)等。

2.4.1 超滤膜浓缩

超滤又称超过滤，膜表面的机械筛分是超滤分离的主要机理，同时膜表面和膜孔的吸附以及膜孔阻滞也在起着截留作用。超滤截留分子粒径范围在0.01～0.1μm之间，在外界压力的作用下水和小分子物质透过孔径成为渗滤液，而水中的胶体、细菌等则被截留。张宁等[21]利用超滤技术对微生物胞外多糖PS-9415发酵液进行浓缩分离的研究，结果表明在0.05 MPa下对3%的料液超滤浓缩，可得到5.8%的浓缩液，多糖回收率为82.7%；在0.1 MPa下对0.5%的料液超滤浓缩，浓度提高了4.9倍。

2.4.2 纳滤膜浓缩

纳滤，是操作压力和分离效果处于超滤和反渗透之间的一种压力驱动膜分离技术，分离原理主要近似机械筛分，同时纳滤膜本身带有电荷也起到了截留的作用，纳滤的截留分子粒径范围在0.5 nm～0.01μm之间。纳滤相比于超滤和反渗透，相对分子质量低于200的有机物和单价离子被截留的效果较差，而对于相对分子质量介于200～500之间的有机物及二价或多价离子的截留率很高[22-25]。王素红[26]通过超滤-纳滤连续性实验对土霉素进行分离提纯，结果发现，采用超滤平均收率为95%，结晶收率为94.5%左右，产品纯度为96%，废水的CODcr值比原来平均减少了37%，再进行纳滤浓缩2.5倍后的平均结晶收率为96%，纯度为98.4%，排放废水中CODcr总量减少了近2.5倍。

2.4.3 反渗透浓缩

反渗透又称逆渗透，是渗透过程的逆过程，即溶剂透过膜从浓溶液向稀溶液流动，在分离过程中通过增加大于本身渗透压的压力，使溶剂逆着自然渗透的方向渗透，反渗透膜孔径小，截留分子粒径范围小于等于0.5 nm，逆着自然渗透的方向渗透。反渗透技术在各种膜分离技术中，近年来已经成为发展最快，应用最普及的一种。梁康强，阎中[27]等采用高耐污反渗透技术对沼泽进行浓缩，沼液COD浓度为10000 mg/L以上，采用反渗透COD去除率可达95%以上，NH3-N的去除率也在90%以上，且渗透液的水质可以达到调浆等的回用标准。

2.4.4 膜蒸馏浓缩

膜蒸馏技术是指通过使用疏水性微孔膜(水溶液不能通过)，由于两侧的蒸汽压差不同，蒸汽可通过膜从热侧向冷侧进行传输，而其他非挥发性组分被留在热侧，从而实现分离或提纯的目的。宋莎莎[28]对COD浓度为30000 mg/L左右的高盐有机废水采用膜蒸馏技术(MD)处理，COD的去除率可达99.5%以上。

膜处理技术具有能耗低、适应性强、浓缩过程无相态变化等优点，但是膜对废水的处理具有选择性。

3 结论与展望

近年来，高浓度有机废水的来源越来越广，废水中污染物的种类也越来越多，于是各种浓缩处理高浓度废水的工艺不断涌现，这些工艺在处理高浓度有机废水中均取得了有效的进展，但是仍存在许多问题：如成本高，能耗大，投资费用大；工艺复杂，有结垢和腐蚀设备的问题，运行维护不宜；适用范围狭窄等。根据这些现状，今后的研究现状可集中到以下几个方面：

(1)新型能源的开发利用，如利用太阳能蒸发浓缩高浓度有机废水。

(2)针对工艺复杂及设备等问题，应开发具有高效能、耐腐蚀、小型化、易操作的处理装置。

(3)开发新的膜产品及工艺，满足各行业不同性质废水对膜的选择性。

(4)多种浓缩方法的联用，如蒸发浓缩和膜浓缩工艺组合，在充分发挥各工艺的基础上，尽可能缩短工艺流程，并对组合工艺进行深入研究。

[1] 王明星, 廖昌建．高浓度有机废水生物处理技术[J].当代化工,2011(8):820-823．

[2] 蔡萌萌, 赵庆良, 刘志刚, 等．串联活性污泥系统处理制药废水工艺研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2007,39(4):576-580．

[3] 姜 冰．厌氧与好氧生物反应器处理制药废水的研究[D].天津:天津大学,2008．

[4] 王云波,谭万春,郑思鑫,等．二级 Fenton 氧化高浓度有机硅废水[J].环境工程学报,2010,4( 4) :776-780．

[5] 赵 毅,朱法华,庞庚林,等.高浓度有机废水处理技术[J].电力环境保护,2003(3):46-48.

[6] 王立军, 于德利, 庞维珍,等. 浓缩苹果汁高浓度有机废水处理工程的改造[J].中国给水排水, 2006, 22(24):35-37.

[7] 李宇庆, 马 楫, 钱国恩. 制药废水处理技术进展[J].工业水处理, 2009, 29(12):5-7.

[8] 于伟程. 印染丝光工艺废碱液纳滤膜法回收中试研究[D].大连:大连理工大学,2013.

[9] 曾杭成, 张国亮, 孟 琴,等. 超滤/反渗透双膜技术深度处理印染废水[J]. 环境工程学报, 2008, 2(8):49-50.

[10] 余甜甜, 郭 辉, 吕荣湖,等. 丙烯酸化工废水处理研究进展[J].广州化工,2014(5):20-23.

[11] 刘久清, 刘海翔, 蒋 彬, 等. 膜法浓缩己内酰胺废水[J]. 膜科学与技术, 2012, 32(2):76-79.

[12] 邹发成, 任 旺, 彭 锋. 催化臭氧氧化在己内酰胺废水深度处理中的应用[J]. 合成纤维工业, 2014, 37(4):61-63.

[13] 文 玲, 张 旭.冷冻浓缩处理废水COD、TOC及能耗分析[J].环境科学与技术,2014(1):129-134.

[14] Rodríguez M, Luque S, Alvarez J, et al. A comparative study of reverse osmosis and freeze concentration for the removal of valeric acid from wastewaters[J]. Desalination, 2000, 127(1):1-11.

[15] 俞 晟, 陶冠红.蒸发浓缩-资源回收处理高盐分高浓度有机废水的研究[J].徐州建筑职业技术学院学报, 2006(1):38-40．

[16] 王 青. 基于低温真空蒸发的渗滤液浓缩液处理研究[D].成都:西南交通大学, 2014.

[17] Wiszniowski J, Robert D, Surmacz-Gorska J, et al. Landfill leachate treatment methods: A review[J]. Environmental Chemistry Letters, 2006, 4(1):51-61.

[18] Calli B, Mertoglu B, Inanc B. Landfill leachate management in Istanbul: applications and alternatives[J]. Chemosphere, 2005, 59(6):819.

[19] Visvanathan C, Choudhary M K, Montalbo M T, et al. Landfill leachate treatment using thermophilic membrane bioreactor[J]. Desalination, 2007, 204(1):8-16.

[20] 王 勇.利用浓缩燃烧法处理高浓度有机废水技术的新进展[J].轻工科技,2002(3):20-25.

[21] 张 宁,彭志英.中空纤维超滤膜浓缩胞外多糖PS-9415发酵液的研究[J].食品工业科技, 2003(2):24-27.

[22] Younssi S A, Larbot A, Persin M et al.Rejection of mineral salt on a gamma alumina nanofiltration membrane application to environmental processes[J].J Membr Sci,1995,102(94): 123-129.

[23] 周金盛, 陈观文.纳滤膜技术的研究进展[J].膜科学与技术, 1999,19(4):l-10.

[24] Rautenbach R, Gröschl A.Separation potential of nanofiltration membranes[J].Desalination, 1990, 77: 73-84．

[25] Ikeda K, Nakano T, Ito H,et al.New composite charged reverse osmosis membrane[J].Desalination, 1988, 68(2): 109-119.

[26] 王素红.超滤—纳滤联合膜分离技术在土霉素提取中的应用研究[D].南京:南京理工大学, 2006.

[27] 梁康强, 阎 中, 魏泉源,等.基于反渗透技术的沼液浓缩研究[J].中国沼气, 2012(2):12-14,28.

[28] 宋莎莎. 膜蒸馏有机工业废水处理及膜污染研究[D]. 天津:天津大学,2009.

(本文文献格式：赵书敏，周慧君.高浓度有机废水浓缩技术研究进展[J].山东化工,2017,46(7):93-95.)

Research Progress on the Treatment of High Concentration Organic Wastewater

ZhaoShumin，ZhouHuijun

(China University Petroleum (Beijng)，College of Chemical Engineering，Beijing 102200,China)

This paper reviews the current high concentration organic wastewater treatment method and process of traditional concentrated organic wastewater of high concentration, and describes the present situation of the traditional methods and problems of organic wastewater with high concentration, and puts forward the future development trend of high concentration organic wastewater treatment.

high concentration wastewater；nanofiltration concentration；reverse osmosis concentration

2017-02-25

赵书敏(1991—)，女，山西晋中人，硕士研究生，主要研究方向为污水处理。

X703.1

A

1008-021X(2017)07-0093-03