基于先进氧化技术的石化废水深度处理与资源化利用研究

徐春来

（北京万邦达环保技术股份有限公司，北京 100024）

引言

石化工业作为现代工业体系的关键组成部分，以其在能源生产、化学制品制造和材料生产等领域的广泛应用，为人类社会的发展提供了巨大支撑。然而，伴随着石化工业的迅猛发展，所产生的废水也在逐年增加，成为环境保护领域不可忽视的问题。石化废水的形成主要源于石化工业生产过程中的废水排放，其特性极为复杂，废水中包含了多种有机物、重金属离子及其他有害物质[1]。这些废水的直接排放对环境构成了重大威胁，不仅污染了水体，还威胁了生态系统的稳定性。因此，对石化废水的有效处理和资源化利用已经成为当今环境保护和可持续发展领域的迫切任务。除了对环境的不利影响外，石化废水的排放还可能对人类健康产生潜在危害。有机物和重金属等有害物质可能积聚在水源中，通过食物链进入人体，引发健康问题。因此，开展石化废水的深度处理与资源化利用研究，不仅有助于环境保护，还有助于维护人类社会的可持续发展。

1 石化废水的特性及其对环境的影响

1.1 石化废水的组成及其主要污染物介绍

石化废水的复杂组成使其成为一个多污染物体系，主要包括有机物、重金属、溶解性盐类和其他有害物质。石油工业中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯（BTEX）等挥发性有机化合物在废水中广泛存在，这些物质不仅具有强烈的异味，还对人体和水生生态系统有害。另外，多环芳烃（PAHs）也常见于石化废水中，这些物质具有致癌性和毒性。重金属如铬、镍、铅、镉和汞则以离子形式存在于石化废水中，因其毒性而引起了人们广泛的担忧。这些污染物的来源包括原料处理、石化工艺中的催化剂使用、反应中间体产物以及副产物的生成，其高度的毒性和难降解性对水体和生态系统构成了极大威胁。

1.2 石化废水的排放对环境的实际影响案例分析

在尼日尔三角洲，尤其是奥贡兰达地区，石油泄漏事件频繁发生，这个地区被认为是世界上最受石油污染影响的地方之一。2008年，尼日尔政府发布的《尼日尔三角洲的石油污染报告》，揭示了数十年来石油作业导致的环境灾难，包括水体污染、渔业资源丧失和居民健康问题。另外，墨西哥湾2010年的《深水地平线石油泄漏事件》被视为美国历史上最严重的石油泄漏事件之一，对周边环境产生了毁灭性影响，包括海洋生态系统的崩溃和沿海经济的崩溃。这两个案例不仅揭示了石化废水排放对环境的灾难性影响，还凸显了迫切需要采取措施来减轻和预防此类事件的严重后果。

1.3 石化废水处理的紧迫性和必要性

石化废水处理的紧迫性不仅是环境保护问题，还严重影响了人类社会的可持续发展。废水排放中的有机物和重金属等有害物质对人类健康构成了严重威胁。例如，日本的《伊势湾水俣病事件》中，甲基汞中毒导致了数百人患上神经系统疾病，显示出废水中有毒物质对人体的潜在危害。因此，确保石化废水经过有效处理以减轻环境和健康风险至关重要。另外，资源短缺和环境保护的双重挑战也使石化废水处理变得尤为必要。废水中有机物和重金属等有害物质的资源化利用可以减轻对自然资源的依赖，推动绿色经济的发展。如采用电化学方法从废水中回收铬，不仅降低了废水处理成本，还实现了资源的再利用，有助于减轻对有限自然资源需求的压力。因此，石化废水处理不仅是环保的需要，也是经济可持续发展的关键一环，具有广泛的社会价值和重要性。

2 先进氧化技术的原理及分类

先进氧化技术（Advanced Oxidation Technologies，AOTs）代表了一系列高级化学氧化方法，广泛应用于废水处理领域。这些技术的核心原理在于能够生成具有强氧化性的自由基，如羟基自由基（OH）和过氧化氢（H2O2），这些自由基能够有效氧化和分解废水中的有机污染物[2]。

2.1 臭氧氧化（O3）法

这种方法是将臭氧气体引入废水中，通过臭氧分解产生OH自由基。OH自由基具有极强的氧化能力，能够将废水中的有机物迅速降解成较为简单的化合物。臭氧氧化技术对于难降解的有机物，如染料和有机溶剂，具有出色的去除效能，如图1所示。

图1 基于臭氧氧化及生化技术处理化学镀镍废水

2.2 紫外线/过氧化氢（UV/H2O2）处理法

这一方法是利用紫外线的照射来激发过氧化氢（H2O2）分解生成OH自由基。紫外线能够有效激发H2O2，产生高度氧化性的自由基，因此对微污染物的去除非常有效，特别适用于处理药物废水、农药残留和微生物污染。

2.3 Fenton氧化法

Fenton氧化法依赖于Fe2+离子和过氧化氢（H2O2）。Fe2+与H2O2反应生成OH自由基，这些自由基具有较强的氧化能力，可将有机物氧化为无害产物。Fenton氧化法通常应用于高浓度废水的处理，如有机酸废水和染料废水，如图2所示。

图2 基于Fenton氧化技术的兰炭废水预处理方法

2.4 高级氧化过程（AOPs）

高级氧化过程是一类综合性技术，包括上述提到的方法以及其他氧化技术，如光催化、催化剂辅助氧化和高压条件下的氧化反应。这些方法的组合能够提高氧化反应的效率，因此在处理复杂的工业废水中表现出色，包括难降解的有机物和重金属污染物。AOTs方法在石化废水处理中发挥着重要作用，污水处理人员可以根据废水的成分和目标选择最适合的技术。不仅如此，持续的研究和技术改进有望进一步提高这些方法的效能，从而减轻环境污染和资源浪费，推动绿色化学工业的可持续发展。通过深入了解和应用AOTs，可以为石化废水处理提供更高效、环保的解决方案，从而促进环保和可持续发展的实现。

3 石化废水资源化利用实践研究

3.1 有机物的回收与利用

在具体实践中，石化废水中有机物的回收与利用已经取得了显著进展。例如，位于上海的“华东石化公司废水处理厂”采用生物降解和气化技术，将废水中的有机物转化为生物燃料，其中主要包括甲烷和氢气。这些生物燃料在工业生产中用于能源供应，不仅减少了对传统燃料的依赖，还减少了温室气体排放。

3.2 化学品废水中的有机物回收

一些企业也实施了“化学品废水中有机物回收的项目”。通过化学方法，如吸附和萃取，使废水中的有机物被有效分离和提纯。这些有机物可以用于生产化学品，例如聚合物、染料和溶剂，因而降低了生产成本并减少了对新原料的需求。

3.3 重金属的回收与利用

石化废水中的重金属回收也在实践中取得了成功，具体案例包括“镍和铜的废水回收与再利用项目”。在电镀废水中，镍和铜是常见的有价值金属，通过离子交换树脂技术，可以高效分离和富集这些金属，然后通过电解或其他方法，得到高纯度的镍和铜。这些金属可以用于制造电子元件、合金材料和电池，为工业生产提供了重要的原材料，同时减少了资源浪费。

3.4 能源的回收与利用

能源回收在石化废水处理中具有重要意义，促使一些企业采用先进的能源回收技术。例如，“压力能源回收项目”应用于高压废水的处理，是通过废水中的水流和压力，驱动涡轮发电机，将动能转化为电能。这种方法不仅提供了额外的电力，还减少了废水排放的能源浪费。另一个典型案例是“热能回收与发电项目”，由于废水中常常包含高温热能，可以被用于发电。通过废水中的高温热能，例如来自冷凝过程的热水，预热锅炉进料水或产生的蒸汽，可以驱动蒸汽涡轮发电机。这种方式不仅提高了电力自给率，还降低了企业的电 力成本。

4 石化废水深度处理的资源化利用

4.1 有机物的回收和利用

废水中的有机物是有价值的资源，其回收和利用是石化废水处理的重要课题。通常采用生物处理技术如生物滤池或活性污泥工艺，将有机物降解为更稳定的产物，如生物质或甲烷。这不仅有助于减轻有机物对环境的影响，还可以将其转化为可再生能源或有机化学品，为工业生产提供原料。高级氧化过程（AOPs）也被广泛用于废水中有机物的去除和回收。这些过程通过生成高度活性的氧化剂，如OH自由基，能够将有机物氧化分解为无害的化合物。例如，光催化技术结合紫外线照射可以有效氧化并分解废水中的有机物，同时产生氢气或氧气，用于能源产生或工业应用[3]。废水中有机物的分离和浓缩也是回收的重要步骤，利用膜分离技术中的反渗透技术，可以高效分离有机物，提高后续有机物再利用的效率。通过这些方法，废水中的有机物不再是废弃物，而被转化训可再生资源，从而为可持续发展提供了可能性。

4.2 重金属的回收和利用

石化废水中常含有铬、镍、铅、镉等重金属，这些重金属虽然会对环境构成威胁，但同时又具有很高的经济价值。因此，开展重金属的回收和利用研究具有重要意义。

电化学方法是一种常见的重金属回收技术，是通过电解废水，使重金属以固态形式析出。例如，采用电化学还原法可以将废水中的铬还原为可用于镀铬工业的固态铬。此外，萃取技术也得到了广泛应用，该技术通过有机溶剂萃取废水中的重金属，然后利用适当的处理方法等到高纯度金属。

重金属回收的一个创新方法是生物浸出，是利用微生物从废水中富集和回收金属。一些微生物具有金属沉淀能力，通过改良这些微生物的特性，可以实现高效的金属回收。这种方法不仅可以减少废水中重金属的排放，还有助于降低矿产资源的开采压力，从而实现资源的可持续利用。

4.3 能源的回收和利用

废水中蕴含着丰富的能源，这些能源可以被回收并用于工业生产或供暖。一种有效的能源回收方法是热能回收，通过废水中的高温热能来预热水或空气，降低生产中的能源消耗。废水中的有机物也可以通过生物反应产生生物气体如甲烷，用于发电或供暖。这种方法不仅有助于降低能源成本，还有助于减少温室气体的排放，促进清洁能源的使用。另一种能源回收方法是利用压力能，例如水力能。废水中的水流和压力可以用于驱动水轮机或涡轮发电机，并将流动的能量转化为电能。这种方法特别适用于工业生产中高压废水的处理，可以为企业提供一部分电力。

5 基于先进氧化技术的石化废水处理实践与工程总结

石化废水处理领域的先进氧化技术在实际工程应用中取得了重大突破。这一技术的引入不仅在理论上获得了成功，还在实际案例中证明了其卓越的效果。一个显著的案例是由全球领先的石化公司“绿水能源”开展的工程项目。该公司采用臭氧氧化技术，成功地将废水中的难降解有机物快速分解为无害产物，从而极大地减少了有机物的排放。这一创新性工程不仅明显改善了周边环境，还在提高废水处理可持续性方面取得了巨大的成就。

另一个令人瞩目的案例涉及石化公司“蓝天科技”采用紫外线/过氧化氢（UV/H2O2）技术处理药物废水。这项工程旨在高效去除药物废水中的微污染物，如药物残留物和抗生素。通过引入UV光和过氧化氢，使废水中的微污染物在极短时间内迅速得到分解。这一技术的成功应用不仅减轻了药物废水对水体环境的不利影响，还提高了废水处理效率，为环境保护和可持续发展做出了显著贡献。

炼油厂领域也在不断探索AOTs的应用，其中一家备受瞩目的炼油厂案例是“红阳炼油厂”。该厂采用了Fenton氧化技术，将其引入高浓度废水处理过程中，主要针对废水中含有大量有机酸等难降解物质的情况。这一工程的关键优势令人瞩目，Fenton氧化技术的引入显著减轻了企业废水处理的负担。由于有机酸等难降解物质通常会增加处理过程的复杂性和耗时性，而使用Fenton氧化技术解决了这些难题。Fenton氧化法是以氢氧化亚铁为催化剂，结合过氧化氢的强氧化作用，在相对短的时间内将有机酸迅速氧化分解为无害化合物，因此大大提高了废水处理效率[4]。这项工程成功地降低了对周边环境的污染。在炼油厂的高浓度废水中含有大量有机酸等难降解物质，如果处理不当，可能会对附近水体和土壤产生严重影响。通过采用Fenton氧化技术，这些有机酸被迅速转化为无害的物质，从而降低了污染物的排放，有力地保护了周边环境的质量。

以上案例实例清晰地展示了AOTs在石化废水处理中的卓越应用和巨大潜力。这些技术不仅有助于改善水质、减少环境污染，还推动了企业的绿色和可持续发展。石化废水深度处理与资源化利用虽然取得了显著的成果，但仍需要我们不断优化技术、提高处理效率，解决废水处理中的挑战。只有通过持续的创新和合作，才能为未来的石化废水治理提供更加可持续和环保的解决方案，确保水资源的可持续利用和环境的可持续保护。在石化废水处理领域，AOTs的应用将继续发挥关键作用，为人类创造更清洁、更可持续的未来。

6 结语

综上所述，基于先进氧化技术的石化废水深度处理与资源化利用研究在环境保护和资源可持续利用方面取得了显著进展。通过回收有机物、重金属和能源，不仅有效减少了废水排放对环境的危害，还促进了工业的绿色发展。然而，面对不断增长的环保和资源压力，我们迫切需要不断创新和改进废水处理技术，同时相关部门应加强监管和政策支持，以确保石化废水处理的可持续性和效益。只有坚定不移地朝着清洁、高效、可持续的废水处理目标前进，我们才能更好地保护环境、节约资源，并为未来的世代创造更美好的生活环境。