工业废水治理技术及其进展研究

2023-09-21李剑明

皮革制作与环保科技 2023年15期

李剑明

（广东瑞星环境科技有限公司，广东东莞 523000）

引言

某公司为解决生产过程中出现的工业废水污染问题，拟对阳极氧化清洗的2 400 m3/d废水进行治理。阳极氧化生产线排水分以下几种：含镍废水、脱脂废水、染色废水、含磷废水、酸洗废水，治理后出水全部作为中水回用处理系统的原水。回用水设置2套处理系统，其中含镍废水产生量为480 m3/d；回用水系统总产水量为480 m3/d，其中一段产水120 m3/d回用于阳极氧化线退镀工序清洗；二段产水360 m3/d回用于阳极氧化线封孔工序清洗；回用水系统浓水进入三效蒸发器浓缩，浓浆（残渣）交资质单位回收，冷却液回流至回用水系统前端循环制水，实现总镍零排放。

1 项目概况

该项目位于东莞市大朗镇，企业生产过程中，阳极氧化前、后清洗工序中每天产生约2 400 m3的清洗废水，其主要污染指标有pH值、BOD、CODCr、Ni2+、磷酸盐等，若不经处理，直接排入水体（江、河、湖、海和地下水）和土壤，将使水体和土壤受到严重污染。

该项目水量规划及平面布置合理，根据企业提出的要求，车间废水按2 400 m3/d进行设计。废水处理及中水回用站占地面积约为2 500m2，过程控制采用中央监控方式，可以实现现场自动/手动控制、中央控制室控制相结合[1]。在加药过程中，使用进口加药泵精确地加药，控制过程简单、精确，处理状态稳定，处理成本低。按化工设计规范，设计安全、简单的储、配药系统。灵活的系统、管路配置，可以处理进水的异常情况，以保证出水水质。主要设备均考虑配置备用系统，增加了系统运行的可靠性。项目设置事故池及药剂房、固废贮放区、回用水房等[2]。该项目2017年被评为“广东省环境保护优秀示范工程”。

2 技术路线

本项目处理后的废水出水可以用于中水回用系统的原水，并且需要保障中水系统的产水率、运行成本和运行稳定性[3]。所以本次方案在选择处理工艺时应当着重考虑以下因素：涉及酸碱、石油以及总磷类污染物时，主要选择混凝沉淀结合离子交换的处理工艺；对于高COD、色度、氨氮、难以降解物以及总氮等污染物，则主要采用Fenton反应和混凝沉淀相结合的生化法进行处理，这样不仅有助于有效净化废水，同时也有助于减少日常运行过程中的成本损耗，而回用水可以采用双膜法进行处理（UF+RO）。

3 处理工艺

处理工艺包括以下几种：（1）含镍废水采取“混凝沉淀与离子交换”相结合的处理工艺。出水进入到含镍回用水处理系统中；回用水系统选择“砂碳过滤器+UF超滤膜+三级RO反渗透膜+三效蒸发系统”处理工艺；产出的水全部回用，浓浆（残渣）委外处理，实现总镍零排放，其工艺流程见图1。（2）脱脂废水选择“混凝与气浮”相结合的处理工艺，出水进入到染色废水处理系统中。（3）染色废水选择“Fenton氧化+还原+混凝沉淀+厌氧+缺氧+活性污泥+MBR膜反应器”处理工艺。（4）含磷废水选择“中和+压滤+过滤+混凝沉淀”处理工艺，出水进入到综合废水调节池当中。（5）综合废水选择“混凝（软化）沉淀+砂碳过滤器+UF超滤膜+三级RO反渗透膜”处理工艺，产生的水回用到生产车间内，浓水回流到染色废水处理系统中。（6）排放水深度处理选择“Fenton氧化+还原+混凝沉淀+水解酸化+BAF曝气生物滤池”处理工艺，出水能够达到排放标准[4]。

图1 含镍废水处理工艺流程

4 常见的工业废水治理技术及其进展分析

本项目所用的污水处理方法需要针对不同污水类型，选择不同处理工艺。

4.1 物理处理法

物理处理法就是借助于物理作用或者机械作用对废水中不易溶解的悬浮污染物进行分离或者回收的一种处理方法，因此这种方法不会改变废水中污染物原有的化学性质。物理处理法一般包括过滤、沉淀、萃取、吸附、膜分离以及离心分离等方法。

4.1.1 沉淀分离法

沉淀分离法就是借助污水中悬浮物与水密度不同的原理，利用重力沉降的作用，使悬浮物自然沉淀在水中并分离出去。该方法大多是利用多孔物质的颗粒或者粉末和废水之间混合，或者让废水通过从颗粒物状组成的滤床，使废水中的污染物质可以吸附在多孔物质表面从而去除。

4.1.2 萃取法

该方法就是利用与水不相溶的溶液或者特定溶剂与废水混合，使溶于废水中的污染物可以重新回到溶剂中，再将溶剂与去除的部分污染物进行分离，从而实现废水处理以及对有用物质进行回收利用的目的。

4.1.3 膜分离法

膜分离法是一种利用薄膜的半渗透性而分离溶液中混合物，从而使部分溶质与溶剂能够分离的一种方法。常见的膜分离法主要包括微滤法、超滤法、纳滤法、渗析法、液膜法、反渗透法、电渗析法等。膜分离法在处理一些含油污水的过程中具有操作简单、能耗较低、分离效果较好、无相变以及化学添加剂用量较少的优势，但同时也具有热稳定性不足而且不耐受腐蚀的缺陷，因此这种技术还应当进一步开发新型工艺，并研制出性能更好的半透膜[5]。

4.2 化学处理法

化学处理法一般包括化学沉淀与高级氧化等多种方法。

4.2.1 化学沉淀法

这种方法就是在废水中加入一些可溶性的化学药剂，如沉淀剂，与水中呈现离子状态的污染物间发生化学反应，从而生成难溶于水或者不溶于水的化合物沉淀，再将沉淀析出，使废水得以净化。该方法常用于去除废水中的一些重金属离子，如汞离子、铅离子、锌离子、铬离子等。这种方法还包括胺氧化物沉淀法、铁氧体沉淀法、硫化物沉淀法以及钡盐沉淀法。

4.2.2 高级氧化法

高级氧化法更适用于处理浓度高且难以降解的有机废水。该方法的主要原理就是利用羟基自由基破坏水相中的污染物并发生化学反应。产生羟基自由基的方法通常选择将氧化剂加入其中，比如臭氧化剂、过氧化氢、光催化剂、过渡金属催化剂等，同时常利用紫外线与超声波等辐射作用。目前被公认的一些突出的高级氧化法主要包括臭氧化法、湿氧化法、超声降解法以及高能辐射法等。

4.2.3 湿式氧化（WAO）法

这种方法就是在封闭的反应器中，在较高温度与压力的影响下，借助空气中的氧气氧化废水中的悬浮物，从而实现氧化还原的一种方法。这种方法是基于WAO工艺发展起来的湿式催化氧化法，并且在其中添加了适量的催化剂，从而降低了反应的压力与温度，提升了反应速度，缩短了整体反应时间，因而提高了氧化效率。

4.2.4 臭氧氧化法

这种方法常用于传统的生物法预处理过程。臭氧属于强氧化剂，其具有的氧化能力能够达到氯气的二倍，而杀菌能力则超过氯气上百倍，在处理含酚废水过程中不会产生恶臭气味，并能够有效降低废水中BOD与COD含量，但是单纯进行臭氧处理，在臭氧利用率和有机物降解率上都明显不足。在污染物WAO过程中，高级氧化法具有高效、快速、普适以及氧化降解彻底的特点，但同时也具有处理成本较高、反应器制造较为复杂以及反应条件较为严格等不足，所以该方法与其他工艺组合应用必将成为未来的主要研究方向[6]。

4.3 生物处理法

生物处理法主要是借助微生物的代谢活动将废水中的有机物转化为无害产物，就是借助活性污泥或者生物膜中的微生物，将废水中的有机物作为代谢活动必须的一些能源物质，将其充分转化为代谢的最终产物-水和二氧化碳，从而有效净化废水。结合参与降解的不同微生物类型，生物处理法也可以划分为厌氧生物与好氧生物两种处理方法。

4.3.1 好氧生物处理法

这种方法就是在提供必要的游离氧基础上，以好氧微生物为主要处理原料降解有机物、且具有稳定性良好特点的无害处理方法。微生物对废水中的有机污染物进行合理利用，作为营养源完成好氧代谢。这种方法常用于性质相近的一些工业废水和日常生活用水的处理，因此在本项目也选用该工艺。

4.3.2 厌氧生物处理法

这种方法是指在缺少游离氧的前提下，主要用厌氧微生物来降解并稳定废水中的有机物。该方法具有有机物处理效率高、污泥沉降性能良好、成本较低以及出水水质较好的优势，但是该方法对水质的要求较高、适用区域限制明显，而且运行过程也较为复杂。

4.4 电化学方法

电化学法主要是指在特定的电化学反应器中，借助电极反应和由此产生的各种化学反应、物理过程、电化学过程等，从而实现有机物降解和污染物转化的效果。一般情况下，电化学处理技术可分为电絮凝法、电沉积法、内点解法、电化学膜分离法、电解气浮法以及电渗析法等。电化学法处理系统的设备较为简单，操作与维护成本相对较低，占地面积也更小，在运行过程中可以有效防止二次污染的发生，且更有利于实现工业的自动化。

为了进一步提升废水治理效益与效果，有关废水处理的研究越来越深入。研究实践表明，不同时期与不同类型的废水需要采取不同处理方法的组合，这也将成为未来一种主要发展趋势，在保护环境、节约资源、降低成本等方面具有重要意义，并有助于实现可持续发展这一目标。