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高濃度廢水處理方法技術(shù)

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2021-08-11

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高濃度有機廢水處理方法分為生物處理技術(shù)、物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和物理化學(xué)處理技術(shù)四種。其中生物處理技術(shù)是利用微生物降解廢水中的污染物質(zhì)作為自身的營養(yǎng)和能源。同時使廢水得到凈化的方法，是近幾年來在高濃度有機廢水處理用的比較多的方法之一。

1、物化處理技術(shù)

物化法常作為一種預(yù)處理的手段應(yīng)用于有機廢水處理，預(yù)處理的目的是通過回收廢水中的有用成分，或?qū)σ恍╇y生物降解物進行處理，從而達到去除有機物，提高生化性，降低生化處理負荷，提高處理效率。一般常用的物化法有萃取法、吸附法、濃縮法、超聲波降解法等。

萃取法

在眾多的預(yù)處理方法中，萃取法具有效率高、操作簡單、投資較少等特點。

溶劑萃取法利用難溶或不溶于水的有機溶劑與廢水接觸，萃取廢水中的非極性有機物，再對負載后的萃取劑進一步處理。近年來為了避免有機溶劑對環(huán)境的污染，又開發(fā)了超臨界二氧化碳萃取。該法簡單易行，適于處理有回收價值的有機物，但只能用于非極性有機物，被萃取的有機物和萃取后的廢水需要進一步處理，有機溶劑還可能造成二次污染。萃取只是一個污染物的物理轉(zhuǎn)移過程，而非真正的降解。

吸附法

吸附劑的種類很多，有活性炭、大孔樹脂、活性白土、硅藻土等。

在有機廢水中常用的吸附劑有活性炭和大孔樹脂。雖然活性炭具有較高的吸附性，但由于再生困難、費用高而在國內(nèi)較少使用。例如將活性炭投加到難降解染料廢水的試驗容器中，當(dāng)活性炭的投加濃度為200mg/L時，色度的去除率為77%；而投加質(zhì)量濃度增加到400mg/L時，色度的去除率達到86%。

濃縮法

濃縮法是利用某些污染物溶解度較小的特點，將大部分水蒸發(fā)使污染物濃縮并分離析出的方法。濃縮法操作簡單，工藝成熟，并能實現(xiàn)有用物質(zhì)的部分回收，適合于處理高濃度含鹽有機廢水。該法的缺點是能耗高，如有廢熱可用或降低能耗，則該法是可行的。

超聲波降解法

采用超聲波降解水體中有機污染物，該技術(shù)利用超聲輻射產(chǎn)生的空化效應(yīng)，將水中的難降解有機污染物分解為環(huán)境可以接受的小分子物質(zhì)，不僅操作簡便、降解速度快，還可以單獨或與其它水處理技術(shù)聯(lián)合使用，是一種極具產(chǎn)業(yè)前景的清潔凈化方法。它集高級氧化技術(shù)、焚燒、超臨界水氧化等多種水處理技術(shù)的特點于一身，具有反應(yīng)條件溫和、速度快、適用范圍廣等特點，可以單獨或與其它技術(shù)聯(lián)合使用，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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2 、化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)是應(yīng)用化學(xué)原理將廢水中的污染物成分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使廢水得到凈化的方法?；瘜W(xué)氧化法分為兩大類，一類是在常溫常壓下利用強氧化劑(如過氧化氫、高錳酸鉀、次氯酸鹽、臭氧等)將廢水中的有機物氧化成二氧化碳和水；另一類是在高溫高壓下分解廢水中有機物，包括超臨界水氧化和濕空氣氧化工藝，所用的氧化劑通常為氧氣或過氧化氫，一般采用催化劑降低反應(yīng)條件，加快反應(yīng)速率?；瘜W(xué)氧化法反應(yīng)速度快、控制簡單，但成本較高，通常難以將難降解的有機物一步氧化到無機物質(zhì)，而且目前對中間產(chǎn)物的控制的研究較少。該技術(shù)也常常作為生化處理的預(yù)處理方法使用。其主要的方法有焚燒法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法等。

焚燒法

焚燒法利用燃料油、煤等助燃劑將有機廢水單獨或者和其他廢物混合燃燒，焚燒爐可采用各種爐型。效率高，速度快，可以一步將有害廢水中有機物徹底轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。但設(shè)備投資大，處理成本高，除某些特殊廢水(如醫(yī)院廢水)以外難以采用。

Fenton氧化法

Fenton試劑具有很強的氧化能力，因此Fen2ton氧化法在處理廢水有機物過程中發(fā)揮了巨大的作用。但由于體系中含有大量的Fe2+離子，H2O2的利用率不高，使有機物降解不完全。后來，人們對傳統(tǒng)的Fenton氧化法進行了改進。如光助反應(yīng)就是在反應(yīng)體系中輔以紫外線和可見光，在低濃度亞鐵離子、理論雙氧水加入量、紫外線和可見光的汞燈的照射下，反應(yīng)0。 5 h ，溶解性有機碳去除率高達90 %。

臭氧氧化法

臭氧在水處理方面具有氧化能力強，反應(yīng)速度快，不產(chǎn)生污泥，無二次污染等特點，在去除合成洗滌劑以及降低水中的BOD、COD等方面都具有特殊的效果。臭氧對難降解有機物的氧化通常是使其環(huán)狀分子的部分環(huán)或長鏈分子部分斷裂，從而使大分子物質(zhì)變成小分子物質(zhì)，生成易于生化降解的物質(zhì)，提高廢水的可生化性。臭氧氧化技術(shù)在難生物降解有機廢水處理過程中常作為預(yù)處理。研究發(fā)現(xiàn)，臭氧氧化法對多數(shù)染料能取得很好的脫色效果，但對硫化、還原、涂料等不溶于水的染料脫色效果較差。

電化學(xué)氧化法

電化學(xué)氧化又稱電化學(xué)燃燒，它是在電極表面的電氧化作用下或由電場作用而產(chǎn)生的自由基作用下使有機物氧化。電化學(xué)氧化分為直接電化學(xué)氧化和間接電化學(xué)氧化。直接電化學(xué)氧化是使難降解有機物在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。目前，已證實對氯苯酚、五氯化酚均可在陽極上徹底分解。

3、生物處理技術(shù)

生物處理是廢水凈化的主要工藝，主要用于處理農(nóng)藥、印染、制藥等行業(yè)的有機廢水。生物處理法是利用微生物的代謝作用來分解、轉(zhuǎn)化水體中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)和其它各種超標組分的生物技術(shù)，降解作用的場所主要是含微生物的活性污泥、生物膜及其相應(yīng)的反應(yīng)器，由此誕生了各類生物處理方法和技術(shù)。微生物法不僅經(jīng)濟、安全，而且處理的污染物閾值低、殘留少、無二次污染，有較好的應(yīng)用前景。根據(jù)反應(yīng)條件的不同，微生物處理法可分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。

好氧生物處理

好氧活性污泥法

在污水處理中，活性污泥法是應(yīng)用廣泛的技術(shù)之一，利用懸浮生長的微生物絮凝體(Floc)處理有機污水，活性污泥法已成為各類有機污水的主體處理技術(shù)。

根據(jù)各種不同運行方式的工藝特征與應(yīng)用條件可將好氧活性污泥法分為：普通活性污泥法(CAS)、減量曝氣活性污泥法、分段進水活性污泥法(SFAS)、吸附—再生活性污泥法(CSAS)、完全混合活性污泥法(CMAS)、高負荷活性污泥法、純氧曝氣活性污泥法(HPOAS)。以上這些污水處理方法都是對傳統(tǒng)活性污泥法在使有機負荷及需氧量提到均衡，提高曝氣池對水質(zhì)、水量、沖擊負荷的適應(yīng)能力，減少污泥產(chǎn)生，縮短曝氣時間，提高氧向混合液中的傳遞能力及利用率，減少污泥膨脹現(xiàn)象發(fā)生等方面進行的改進，改進的同時又不可避免地出現(xiàn)處理效果差等缺點，尤其是對于高濃度有機污水，更具有難處理性。

好氧生物膜法

好氧生物膜法是與活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理法。這種方法的實質(zhì)是使細菌、真菌、原生動物、后生動物等微生物附著在濾料或某些載體上生長繁育，并在其上形成膜狀生物污泥———生物膜(Biofilm)。

與傳統(tǒng)法處理污水相比，膜生物反應(yīng)器具有以下幾個方面的特征：

①出水水質(zhì)好。用超微濾膜組件取代二次沉淀池可以使生物反應(yīng)器獲得比普通活性污泥法更高的生物濃度，提高了生物降解能力，處理效果好；同時膜分離后出水質(zhì)量高，當(dāng)處理對象為生活污水時，可滿足建設(shè)部生活回用水水質(zhì)標準C(J25。1一89)。

②工藝參數(shù)易于控制。膜生物反應(yīng)器內(nèi)可以實現(xiàn)STR和HTR的完全分離。通過控制較長的STR，使世代時間較長的硝化菌得以富集，提高硝化效果；同時膜分離也使廢水中那些大分子、顆粒狀難降解的成分在有限體積的生物反應(yīng)器中有足夠的停留時間，從而達到較高去除率。

③設(shè)備緊湊，占地少。由于生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，容積負荷可大大提高，生物反應(yīng)器體積大大減??；從形式上看，一體式膜生物反應(yīng)器可使設(shè)備更加緊湊。

④污泥產(chǎn)率低同傳統(tǒng)活性污泥法相比，膜生物反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率很低，如下表：

⑤抗沖擊負荷能力強。膜生物反應(yīng)器中維持著高濃度的MLSS，使它比傳統(tǒng)生物法具有高得多的抗沖擊負荷能力。

⑥易于自動控制管理。膜分離單元不受污泥膨脹等因素的影響，易于設(shè)計成自動控制系統(tǒng)，便于管理。

通常提到的膜生物反應(yīng)器，實際上是三類反應(yīng)器的總稱，它們分別是(1)膜一曝氣生物反應(yīng)器(MABR)，(2)萃取膜生物反應(yīng)器E(EMBR)，(3)膜分離生物反應(yīng)器(BSMBR，簡稱MBR)。

(1)膜-曝氣生物反應(yīng)器

無泡曝氣MBR它采用透氣性致密膜(如硅橡膠膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點b(ubblepoin)t的情況下，可實現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡曝氣。由于傳遞的氣體含在膜系統(tǒng)中，因此提高了接觸時間，極大地提高了傳氧效率。同時由于氣液兩相被膜分開，有利于曝氣工藝的更好控制，有效地將曝氣和混合功能分開。因為供氧面積一定，所以該工藝不受傳統(tǒng)曝氣系統(tǒng)中氣泡大小及其停留時間等因素的影響。

(2)萃取膜生物反應(yīng)器

萃取MBR是結(jié)合膜萃取和生物降解，利用膜將有毒工業(yè)廢水中有毒的、溶解性差的優(yōu)先污染物從廢水中萃取出來，然后用專性菌對其進行單獨的生化降解，從而使專性菌不受廢水中離子強度和pH值的影響，生物反應(yīng)器的功能得到優(yōu)化。

(3)膜分離生物反應(yīng)器

膜分離生物反應(yīng)器中的膜組件相當(dāng)于傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的二沉池，利用膜組件進行固液分離，截流的污泥回流至生物反應(yīng)器中，透過水外排。按膜組件和生物反應(yīng)器的相對位置，膜分離生物反應(yīng)器又可以分為一體式膜生物反應(yīng)器、分置式膜生物反應(yīng)器、復(fù)合式膜生物反應(yīng)器三種。

在分置式MBR中，生物反應(yīng)器的混合液由泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下膜過濾液成為系統(tǒng)處理出水，活性污泥、大分子物質(zhì)等則被膜截留，并回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。分置式MBR通過料液循環(huán)錯流運行，其特點是:運行穩(wěn)定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更換及增設(shè)。但為了減少污染物在膜面的沉積，由循環(huán)泵提供的料液流速很高，為此動力消耗較高。

一體式MBR根據(jù)生物處理的工藝要求，可分為兩種組成形式：第一種有兩個生物反應(yīng)器，其中一個為硝化池，另一個為反硝化池。膜組件浸沒于硝化反應(yīng)器中，兩池之間通過泵來更新要過濾的混合液。第二種組合最簡單，直接將膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)，通過真空泵或其它類型的泵抽吸，得到過濾液。為減少膜面污染，延長運行周期，一般泵的抽吸是間斷運行的。

厭氧生物處理法

在1910年～1950年間，高效的、可加溫和攪拌的污泥消化池得到了進一步地發(fā)展，如厭氧接觸工藝，這些反應(yīng)器被稱為第一代厭氧反應(yīng)器。由于第一代厭氧反應(yīng)器無法將污泥停留時間和水力停留時間分開，污泥中溫消化池的HRT長達20 d～30 d ，這就大大增加了消化池的容積和占地面積，提高了建設(shè)費用。為了提高厭氧反應(yīng)系統(tǒng)的處理效率，人們成功地研究和開發(fā)了第二代厭氧反應(yīng)器，例如厭氧濾池(AF)、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)、厭氧流化床(AFB)和厭氧接觸膜膨脹床反應(yīng)器(AAFEB)等。它們共同的特點就是可以將固體停留時間和水力停留時間相分離，這使得反應(yīng)器內(nèi)固體停留時間可以長達上百天，而水力停留時間可以從過去的幾十天縮短為幾天，甚至幾小時。在已經(jīng)開發(fā)的這些高效厭氧處理系統(tǒng)中，UASB已廣泛用于實際生產(chǎn)中。

A-B工藝

A-B工藝即吸附—生物降解技術(shù)。由A段和B段組成，2段串聯(lián)運行，不設(shè)初沉池，污水經(jīng)預(yù)處理后，直接進入A段曝氣池，A段曝氣池排出的混合液在中間沉淀池進行泥水分離，A段曝氣池、中間沉淀池及其回流和排泥組成A段處理系統(tǒng)。中間沉淀池出水進入B段曝氣池繼續(xù)進行處理，B段曝氣池混合液排入二沉池進行泥水分離，B段曝氣池、二沉池及其回流和排泥組成B段處理系統(tǒng)。工藝流程如圖：

A-B工藝的特點有：

(1) A-B工藝具有高效去除有機物的能力，BOD5的去除率可達95 % ，CODCr的去除率可高達90 %。

(2) A-B工藝具有較強的出水穩(wěn)定性。A段對進水有機物的負荷、有毒物質(zhì)和極端pH的沖擊具有較強的緩沖能力，使大部分沖擊被A段所截留，從而為B段提供了良好的微生物生存環(huán)境，保證了總出水水質(zhì)的穩(wěn)定性。

(3)A段以兼氧運行時，可提高污水的可生化性，從而使A-B工藝在處理難生物降解物質(zhì)方面具有較高的去除率。

(4) A-B工藝污泥沉降性能好，易于克服污泥膨脹。

(5)B段污泥負荷較低，污泥齡較長，有利于提高活性污泥中硝化菌的比例，為B段去除NH3-N創(chuàng)造了比較好的條件。

(6)A段在高負荷條件下運行，污泥產(chǎn)量大，其剩余污泥量較傳統(tǒng)活性污泥工藝多10 %～15 %。

SBR 法

SBR工藝的曝氣池，在流態(tài)上屬完全混合，在有機物降解上，卻是時間上的推流，有機物是隨時間的推移兒被降解的。其流程由進水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置等5個基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個周期，在每個周期里上述過程都是在一個設(shè)有曝氣或攪拌的反應(yīng)器內(nèi)依次進行。

好氧生物法一般用于處理低濃度有機廢水，但近年來有人研制出一些高效的好氧生物處理工藝，可用于處理高濃度有機廢水，如深井曝氣、好氧流化床和好氧活性污泥法等。在特定條件下，如場地面積小，可以考慮應(yīng)用深井曝氣法；某些含有抑制厭氧菌物質(zhì)的廢水，可采用高效好氧處理裝置。

深井曝氣法(DSP)

它改變了傳統(tǒng)生化法處理污水時氧的轉(zhuǎn)移率，增大氧氣與液膜的接觸面積，提高了氧的飽和濃度及其利用率，具有很好的處理效果。DSP法利用深井中的靜水壓力把氧的轉(zhuǎn)移率從傳統(tǒng)曝氣法的5%-15%提高到60%-90%。動力效率很高，處理效果極好。此外，還具有產(chǎn)泥量少，不受氣溫影響，不產(chǎn)生污泥膨脹，占地面積小、效能高、能耗低、耐沖擊負荷性能好、操作簡單、易于管理、投資少等優(yōu)點。因此，它廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化學(xué)合成工業(yè)的高濃度有機廢水的治理，如塑料、合成纖維、合成橡膠、洗滌劑、染料、溶劑、涂料、農(nóng)藥、食品添加劑、藥品等工業(yè)。

好氧生物流化床法(ABFB)ABFB工藝的特點是反應(yīng)器內(nèi)填料的表面積超過3 300 m2/m3，生物膜量可達10-40 g/L，比普通活性污泥法高1個數(shù)量級。因此，該工藝具有效能高、占地少、投資省等優(yōu)點。但由于要使填料流化，必須進行出水循環(huán)，并保持反應(yīng)器內(nèi)具有一定的流速，從而增加了運行的復(fù)雜性。目前，國內(nèi)利用ABFB處理高濃度有機廢水尚處于實驗階段，工程應(yīng)用并不多。

高濃度有機污水的處理技術(shù)正向高效、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。好氧處理技術(shù)與厭氧處理技術(shù)的聯(lián)合工藝將具有廣闊的前景。

(1)改造常規(guī)的污水處理工藝。強化混凝處理過程，研制經(jīng)濟實用的強化混凝設(shè)備，是適合我國國情，高濃度難降解有機污水處理技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

(2)多種處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。如先用絮凝、微電解、電化學(xué)催化氧化等技術(shù)破壞水中難降解的有機物，提高有機污水的可生化性，再交叉耦合生化方法進行深度處理。