化工废水处理工艺及技术进展

张丹阳

太原学院，山西 太原 030032

社会经济不断发展，以石油化工、煤化工、精细化工为主的化工业规模得以壮大，化工废水的排放量规模也随之增大。污染物种类繁多、较难降解，对我国整体环境与水环境造成了极大的污染与危害。因此，如何有效解决化工废水的排放量，运用科学合理的废水处理技术展开工作，实现零排放对我国水环境的改善与保护具有重要意义，相关部门应重视对化工废水的处理问题，加大化工废水处理与技术研究力度，不断探索与优化工艺与处理技术。

1 化工废水概述

1.1 化工废水的来源

化工废水指化工生产过程中排放出的工艺废水，比如场地或设备冲洗水、冷却水、工艺废水、雨水冲刷废水等，都属于化工废水。其具有不易净化、成分复杂、难降解、种类繁杂的特点，此类废水若不经过专业技术进行处理便进行排放，会对水体环境造成一定程度的污染与破坏，使水质恶化。在生产原料存储和运输、产品生产、产品冷却和存储等过程中都会产生一定量的废水[1]。化工业中主要包含石油化工、煤化工、精细化工等，各个产业互相交叉，各个环节中产生的废水主要源于化学工艺过程中排放的洗涤废水；冷却水循环完成后排出的废水；生产、存储、运输过程中产生的废水；回用水、冷凝水等。

1.2 化工废水的特点与水质特征

水环境的可持续性对人们的生活资源供给而言十分重要，而水资源是化工业运作的重要部分，化工业各个环节运作过程中产生的废水包含无机化工废水、有机化工废水，由于废水本质上的不同，在处理上存在一定的困难。化工废水中包含有毒、难降解、结构复杂物质的共性，其水质不稳定、具有刺激性、水质成分复杂、副产物多、污染物含量高、色度高，污染性极强，易对土壤、空气质量造成污染。

化工废水的基本水质特征主要表现在以下几点：其一，COD 含量高，COD 含量高达数万乃至数十万mg/L，废水一旦排入水环境，将消耗大量的水中溶解氧破坏水环境；其二，盐度高，化工废水的高盐度对有净化作用的微生物具有抑制作用，无形增加了废水处理的难度；其三，pH 值不稳定，化工废水时而呈现强酸性，时而呈现强碱性，排放不达标会对生物、农作物和建筑物等造成极大危害；其四，高毒性，化工废水中常含有氰化物、苯酚、DDT、芳香胺、氮杂环及多环芳香烃化合物等，多种物质具有致癌、致畸作用。

2 化工废水常见的处理工艺

由于高COD、高盐度、高度性等特性，化工废水的处理主要集中在难降解、毒性、抑制作用方面。目前针对化工废水常见的处理方法主要有物理法、化学法、生物法。单一处理技术难以去除废水中的多种污染物，在实践中，需要根据生产实际，结合废水特点，灵活联用几种方法组合对化工废水进行综合处理。

2.1 物理法

物理法是指通过吸附、油分离、膜分离、气浮等方法过滤筛选出悬浮物、浮油、不溶性微粒等，在化工废水的预处理和深度处理中较为常见。较为常见的方法主要有气浮法、吸附法、膜分离法等。

其中，吸附法是利用具有大比表面积的多孔固体材料或吸附剂，使化工废水中的污染物吸附在固定材料或物质上，从而进行去除的方法[2]。常见吸附物质或材料主要有活性炭、焦炭、硅藻土等，常见的吸附剂主要有树脂、分子筛、磺化煤等，不同吸附剂与吸附物质材料对化工废水中污染物的吸附效果不同。虽然吸附法效果明显，但处理成本较高，无法回收利用，极易造成二次污染；气浮法是向化工废水中通入人工形成微小气泡，使气泡与废水中的不溶性悬浮性颗粒相互粘连形成水-气-颗粒絮凝混合体，并借助气泡的浮力浮到废水表面，形成浮渣层被刮除，从而改善化工废水水质的过程。分离效率高、表面负荷大，处理后的废水水质好，缺点是电耗较大。物理法具有出水水质好、脱色效果好、便于控制、操作简便等诸多优势，但多种方法存在一定程度缺陷，对高浓度、高度性的有机物去除效果较差。

2.2 化学法

化学法是指通过化学反应对化工废水进行处理，使废水中的污染物被氧化还原，通过转化、分解、氧化等过程，将废水中的有害物质转化为无害物质，将难降解物质转化为易降解物质。常见的化学法主要有氧化法、超生氧化法、Fenton 试剂氧化法等。

其中，超声氧化法原理是在超声波的作用下，将化工废水进行声空化，产生空化气泡，气泡内部及周围产生高温和高压，伴随强烈冲击波和高速度射流，使泡内水蒸气直接热分解形成自由基，废水中的易挥发有机物直接热分解，难挥发有机物则在空化泡气液界面中与自由基发生氧化还原反应，从而得到降解。该方法操作简便、速度快、无二次污染、反应条件温和，但能耗较高、处理量较小、且成本较高；Fenton 试剂氧化法是一种比较高级的化学氧化法，在废水高级处理中较为常见，可以有效去除COD、味道、色度等，过氧化氢在亚铁离子的催化下得以分解并产生·OH自由基，引发链式反应，一般在pH 值＜3.5 的条件下进行。·OH 自由基的高活性性质可以有效地氧化废水中的大部分有机物，实现废水处理，该方法废水处理效果好，但对pH 值要求较高，需不断调节废水pH 值，易造成水体污染。综上所述，化学法处理时间短、效果好、水质好，但技术较为复杂、能耗高，且投资较大。

2.3 生物法

生物法是指利用微生物代谢对废水中的有机物进行降解或转化的一种方法，细菌在其中起着重要作用。目前，生物处理装置是污水处理的主要工艺。生物法处理成本较低，环境友好，较为常见的有厌氧法与好氧法。

其中，厌氧法是在无氧的条件下进行，通过厌氧菌的作用将化工废水中的有机物分解成CH4和CO2的过程，主要有AF、UASB、HABP、IC 等多种处理工艺，该方法存在一定缺点，厌氧微生物繁殖较慢、影响因素较多，需进行厌氧预处理，采用好氧处理和厌氧处理相结合的方法，提高废水的降解效率；好氧法主要有活性污泥法、生物膜法，活性污泥法是使好氧微生物形成污泥状絮凝物吸附并降解废水中的污染物，生物膜法是将高密集度真菌或藻类吸附在载体上，将其与废水接触，吸附或氧化化工废水中的有机物。厌氧与好氧法结合的工艺处理方法可以实现生物脱氮除磷，A/0 工艺处理法是处理焦化废水最常见的生化工艺，处理效果良好。

3 化工废水处理技术研究进展

目前低温等离子体水处理技术（NTP）、超临界水氧化技术（SCWO）、铁碳微电解处理技术等多种最新废水处理技术都得到了大力发展与推广研究。其中，低温等离子体水处理技术是一种高级水氧化技术，通过产生等离子体或活性粒子，诱导废水中的有机链反应，对水中的污染物进行激发和电离，使废水完全氧化和分解，该技术无须催化剂便可进行，后期使用与维护成本低[3]；超临界水氧化技术是利用超临界水（22.1MPa，374℃以上），在水趋于非极性状态下与氧气或过氧化氢组成氧化剂并发生均相反应，对有机污染物进行溶解，反应速率极快、氧化效率高、处理成本低；铁碳微电解处理技术将铁屑浸入含电解液的废水中，在废水中形成电池，以低铁电位为负电极，高碳电位为正电极，根据金属腐蚀原理，利用Fe2+和OH-生成Fe(OH)2，并作为吸附剂对废水的有机物开环分解产生的不溶性微粒进行絮凝处理，提高废水的可生化性，以废铁屑作为原料，成本较低，但出水含铁量高，且反应机理尚未明确，还处于研究阶段。新型化工废水处理工艺技术的主要特点是低耗高效，通过综合运用各种处理技术从污染物源头出发，优化水资源配置和利用，从根本上减少和控制化工废水的产生和排放。

4 结束语

化工废水处理技术的不断成熟与发展，使化工废水得到了一定程度上的高效处理。在环境标准与废水排放标准的高标准下，对化工废水处理技术的要求不断提升，物理法、化学法、生物法的综合运用产生了低温等离子体水处理技术（NTP）、超临界水氧化技术（SCWO）、铁碳微电解处理技术、磁分离技术等多种新型化工废水处理技术，可以有效提高废水处理效率，改善水环境。因此，对化工废水处理技术进行不断优化与组合，研发更高效的废水处理技术，对化工业的健康与可持续发展具有重要推动意义。