工業(yè)廢水處理方法技術(shù)介紹
2020-07-30 
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中國對廢水污染的治理與西方發(fā)達國家相比起步較晚，在借鑒國外先進處理技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，以國家科技攻關(guān)課題為平臺，引進和開發(fā)了大量的廢水處理新技術(shù)，某些項目已達到國際先進水平。這些新技術(shù)的投產(chǎn)運行為緩解中國嚴峻的水污染現(xiàn)狀，改善水環(huán)境發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
一、膜分離法
膜分離法常用的有微濾、納濾、超濾和反滲透等技術(shù)。由于膜技術(shù)在處理過程中不引入其他雜質(zhì)，可以實現(xiàn)大分子和小分子物質(zhì)的分離，因此常用于回收水資源或回收廢水中的某些有價值的原料，如利用超濾技術(shù)回收印染廢水的聚乙烯醇漿料、利用反滲透和納濾技術(shù)濃縮或回收廢水中的貴重金屬等。
鐵炭微電解法是利用Fe/C原電池反應(yīng)原理對廢水進行處理的良好工藝，又稱內(nèi)電解法、鐵屑過濾法等。鐵炭微電解法是電化學的氧化還原、電化學電對對絮體的電富集作用、以及電化學反應(yīng)產(chǎn)物的凝聚、新生絮體的吸附和床層過濾等作用的綜合效應(yīng)，其中主要是氧化還原和電附集及凝聚作用。
鐵屑浸沒在含大量電解質(zhì)的廢水中時，形成無數(shù)個微小的原電池，在鐵屑中加入焦炭后，鐵屑與焦炭粒接觸進一步形成大原電池，使鐵屑在受到微原電池腐蝕的基礎(chǔ)上，又受到大原電池的腐蝕，從而加快了電化學反應(yīng)的進行。
此法具有適用范圍廣、處理效果好、使用壽命長、成本低廉及操作維護方便等諸多優(yōu)點，并使用廢鐵屑為原料，也不需消耗電力資源，具有“以廢治廢”的意義。目前鐵炭微電解技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于印染、農(nóng)藥/制藥、重金屬、石油化工及油分等廢水以及垃圾滲濾液處理，取得了良好的效果。
三、臭氧氧化
臭氧是已知的氧化性最強的一種強氧化劑，與還原態(tài)污染物反應(yīng)時速度快，使用方便，不產(chǎn)生二次污染，可用于污水的消毒、除色、除臭、去除有機物和降低COD等。單獨使用臭氧氧化法造價高、處理成本昂貴，且其氧化反應(yīng)具有選擇性，對某些鹵代烴及農(nóng)藥等氧化效果比較差。
為此，近年來發(fā)展了旨在提高臭氧氧化效率的相關(guān)組合技術(shù)，其中UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等組合方式不僅可提高氧化速率和效率，而且能夠氧化臭氧單獨作用時難以氧化降解的有機物。由于臭氧在水中的溶解度較低，且臭氧產(chǎn)生效率低、耗能大，因此增大臭氧在水中的溶解度、提高臭氧的利用率、研制高效低能耗的臭氧發(fā)生裝置成為研究的主要方向。
四、磁分離技術(shù)
磁分離技術(shù)是近年來發(fā)展的一種新型的利用廢水中雜質(zhì)顆粒的磁性進行分離的水處理技術(shù)。對于水中非磁性或弱磁性的顆粒，利用磁性接種技術(shù)可使它們具有磁性。磁分離技術(shù)應(yīng)用于廢水處理有三種方法：直接磁分離法、間接磁分離法和微生物—磁分離法。
目前研究的磁性化技術(shù)主要包括磁性團聚技術(shù)、鐵鹽共沉技術(shù)、鐵粉法、鐵氧體法等，具有代表性的磁分離設(shè)備是圓盤磁分離器和高梯度磁過濾器。目前磁分離技術(shù)還處于實驗室研究階段，還不能應(yīng)用于實際工程實踐。
五、SCWO（超臨界水氧化）技術(shù)
SCWO是以超臨界水為介質(zhì)，均相氧化分解有機物?？梢栽诙虝r間內(nèi)將有機污染物分解為CO2、H2O等無機小分子，而硫、磷和氮原子分別轉(zhuǎn)化成硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸根和亞硝酸根離子或氮氣。美國把SCWO法列為能源與環(huán)境領(lǐng)域最有前途的廢物處理技術(shù)。
SCWO反應(yīng)速率快、停留時間短;氧化效率高，大部分有機物處理率可達99%以上；反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備體積小;處理范圍廣，不僅可以用于各種有毒物質(zhì)、廢水、廢物的處理，還可以用于分解有機化合物;不需外界供熱，處理成本低;選擇性好，通過調(diào)節(jié)溫度與壓力，可以改變水的密度、粘度、擴散系數(shù)等物化特性，從而改變其對有機物的溶解性能，達到選擇性地控制反應(yīng)產(chǎn)物的目的。
超臨界氧化法在美國、德國、瑞典、日本等歐美國家已經(jīng)有了工藝應(yīng)用，但中國的研究起步較晚，還處于實驗室研究階段。
六、Fenton及類Fenton氧化法
典型的Fenton試劑是由Fe2+催化H2O2分解產(chǎn)生.OH，從而引發(fā)有機物的氧化降解反應(yīng)。由于Fenton法處理廢水所需時間長，使用的試劑量多，而且過量的Fe2+將增大處理后廢水中的COD并產(chǎn)生二次污染。
近年來，人們將紫外光、可見光等引入Fenton體系，并研究采用其他過渡金屬替代Fe2+，這些方法可顯著增強Fenton試劑對有機物的氧化降解能力，減少Fenton試劑的用量，降低處理成本，統(tǒng)稱為類Fenton反應(yīng)。
Fenton法反應(yīng)條件溫和，設(shè)備較為簡單，適用范圍廣；既可作為單獨處理技術(shù)應(yīng)用，也可與其他方法聯(lián)用，如與混凝沉淀法、活性碳法、生物處理法等聯(lián)用，作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法。
七、電化學（催化）氧化
電化學（催化）氧化技術(shù)通過陽極反應(yīng)直接降解有機物，或通過陽極反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基（˙OH）、臭氧等氧化劑降解有機物。
電化學（催化）氧化包括二維和三維電極體系。由于三維電極體系的微電場電解作用，目前備受推崇。三維電極是在傳統(tǒng)的二維電解槽的電極間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料，并使裝填的材料表面帶電，成為第三極，且在工作電極材料表面能發(fā)生電化學反應(yīng)。
與二維平板電極相比，三維電極具有很大的比表面，能夠增加電解槽的面體比，能以較低電流密度提供較大的電流強度，粒子間距小而物質(zhì)傳質(zhì)速度高，時空轉(zhuǎn)換效率高，因此電流效率高、處理效果好。三維電極可用于處理生活污水，農(nóng)藥、染料、制藥、含酚廢水等難降解有機廢水，金屬離子，垃圾滲濾液等。
八、濕式（催化）氧化
濕式（催化）氧化法是在高溫(150~350℃）、高壓(0.5~20MPa）、催化劑作用下，利用O2或空氣作為氧化劑(添加催化劑），(催化）氧化水中呈溶解態(tài)或懸浮態(tài)的有機物或還原態(tài)的無機物，達到去除污染物的目的。濕式空氣(催化）氧化法可應(yīng)用于城市污泥和丙烯腈、焦化、印染等工業(yè)廢水及含酚、氯烴、有機磷、有機硫化合物的農(nóng)藥廢水的處理。
九、超聲波氧化
頻率在15~1000kHz的超聲波輻照水體中的有機污染物是由空化效應(yīng)引起的物理化學過程。超聲波不僅可以改善反應(yīng)條件，加快反應(yīng)速度和提高反應(yīng)產(chǎn)率，還能使一些難以進行的化學反應(yīng)得以實現(xiàn)。
它集高級氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術(shù)的特點于一身，加之操作簡單，對設(shè)備的要求較低，在污水處理，特別是在降解廢水中毒性高、難降解的有機污染物，加快有機污染物的降解速度，實現(xiàn)工業(yè)廢水污染物的無害化，避免二次污染的影響上具有重要意義。
十、光化學催化氧化
光化學催化氧化技術(shù)是在光化學氧化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與光化學法相比，有更強的氧化能力，可使有機污染物更徹底地降解。光化學催化氧化是在有催化劑的條件下的光化學降解，氧化劑在光的輻射下產(chǎn)生氧化能力較強的自由基。
催化劑有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2和Fe3O4等。分為均相和非均相兩種類型，通過光助-Fenton反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基使污染物得到降解;非均相催化降解是在污染體系中投入一定量的光敏半導體材料，如TiO2、ZnO等，同時結(jié)合光輻射，使光敏半導體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子—空穴對，吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子—空穴作用，產(chǎn)生˙OH等氧化能力極強的自由基。TiO2光催化氧化技術(shù)在氧化降解水中有機污染物，特別是難降解有機污染物時有明顯的優(yōu)勢。
十一、等離子水處理技術(shù)
低溫等離子體水處理技術(shù)，包括高壓脈沖放電等離子體水處理技術(shù)和輝光放電等離子體水處理技術(shù)，是利用放電直接在水溶液中產(chǎn)生等離子體，或者將氣體放電等離子體中的活性粒子引入水中，可使水中的污染物徹底氧化、分解。
水溶液中的直接脈沖放電可以在常溫常壓下操作，整個放電過程中無需加入催化劑就可以在水溶液中產(chǎn)生原位的化學氧化性物種氧化降解有機物，該項技術(shù)對低濃度有機物的處理經(jīng)濟且有效。此外，應(yīng)用脈沖放電等離子體水處理技術(shù)的反應(yīng)器形式可以靈活調(diào)整，操作過程簡單，相應(yīng)的維護費用也較低。受放電設(shè)備的限制，該工藝降解有機物的能量利用率較低，等離子體技術(shù)在水處理中的應(yīng)用還處在研發(fā)階段。
十二、輻射技術(shù)
20世紀70年代起，隨著大型鈷源和電子加速器技術(shù)的發(fā)展，輻射技術(shù)應(yīng)用中的輻射源問題逐步得到改善。利用輻射技術(shù)處理廢水中污染物的研究引起了各國的關(guān)注和重視。
與傳統(tǒng)的化學氧化相比，利用輻射技術(shù)處理污染物，不需加入或只需少量加入化學試劑，不會產(chǎn)生二次污染，具有降解效率高、反應(yīng)速度快、污染物降解徹底等優(yōu)點。而且，當電離輻射與氧氣、臭氧等催化氧化手段聯(lián)合使用時，會產(chǎn)生“協(xié)同效應(yīng)”。因此，輻射技術(shù)處理污染物是一種清潔的、可持續(xù)利用的技術(shù)，被國際原子能機構(gòu)列為21世紀和平利用原子能的主要研究方向。
一、膜分離法
膜分離法常用的有微濾、納濾、超濾和反滲透等技術(shù)。由于膜技術(shù)在處理過程中不引入其他雜質(zhì)，可以實現(xiàn)大分子和小分子物質(zhì)的分離，因此常用于回收水資源或回收廢水中的某些有價值的原料，如利用超濾技術(shù)回收印染廢水的聚乙烯醇漿料、利用反滲透和納濾技術(shù)濃縮或回收廢水中的貴重金屬等。
目前限制膜技術(shù)工程應(yīng)用推廣的主要難點是膜的造價高、壽命短、易受污染和結(jié)垢堵塞等。
二、鐵炭微電解處理技術(shù)鐵炭微電解法是利用Fe/C原電池反應(yīng)原理對廢水進行處理的良好工藝，又稱內(nèi)電解法、鐵屑過濾法等。鐵炭微電解法是電化學的氧化還原、電化學電對對絮體的電富集作用、以及電化學反應(yīng)產(chǎn)物的凝聚、新生絮體的吸附和床層過濾等作用的綜合效應(yīng)，其中主要是氧化還原和電附集及凝聚作用。
鐵屑浸沒在含大量電解質(zhì)的廢水中時，形成無數(shù)個微小的原電池，在鐵屑中加入焦炭后，鐵屑與焦炭粒接觸進一步形成大原電池，使鐵屑在受到微原電池腐蝕的基礎(chǔ)上，又受到大原電池的腐蝕，從而加快了電化學反應(yīng)的進行。
此法具有適用范圍廣、處理效果好、使用壽命長、成本低廉及操作維護方便等諸多優(yōu)點，并使用廢鐵屑為原料，也不需消耗電力資源，具有“以廢治廢”的意義。目前鐵炭微電解技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于印染、農(nóng)藥/制藥、重金屬、石油化工及油分等廢水以及垃圾滲濾液處理，取得了良好的效果。
三、臭氧氧化
臭氧是已知的氧化性最強的一種強氧化劑，與還原態(tài)污染物反應(yīng)時速度快，使用方便，不產(chǎn)生二次污染，可用于污水的消毒、除色、除臭、去除有機物和降低COD等。單獨使用臭氧氧化法造價高、處理成本昂貴，且其氧化反應(yīng)具有選擇性，對某些鹵代烴及農(nóng)藥等氧化效果比較差。
（某制藥廢水項目臭氧工藝流程）
為此，近年來發(fā)展了旨在提高臭氧氧化效率的相關(guān)組合技術(shù)，其中UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等組合方式不僅可提高氧化速率和效率，而且能夠氧化臭氧單獨作用時難以氧化降解的有機物。由于臭氧在水中的溶解度較低，且臭氧產(chǎn)生效率低、耗能大，因此增大臭氧在水中的溶解度、提高臭氧的利用率、研制高效低能耗的臭氧發(fā)生裝置成為研究的主要方向。
四、磁分離技術(shù)
磁分離技術(shù)是近年來發(fā)展的一種新型的利用廢水中雜質(zhì)顆粒的磁性進行分離的水處理技術(shù)。對于水中非磁性或弱磁性的顆粒，利用磁性接種技術(shù)可使它們具有磁性。磁分離技術(shù)應(yīng)用于廢水處理有三種方法：直接磁分離法、間接磁分離法和微生物—磁分離法。
五、SCWO（超臨界水氧化）技術(shù)
SCWO是以超臨界水為介質(zhì)，均相氧化分解有機物?？梢栽诙虝r間內(nèi)將有機污染物分解為CO2、H2O等無機小分子，而硫、磷和氮原子分別轉(zhuǎn)化成硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸根和亞硝酸根離子或氮氣。美國把SCWO法列為能源與環(huán)境領(lǐng)域最有前途的廢物處理技術(shù)。
SCWO反應(yīng)速率快、停留時間短;氧化效率高，大部分有機物處理率可達99%以上；反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備體積小;處理范圍廣，不僅可以用于各種有毒物質(zhì)、廢水、廢物的處理，還可以用于分解有機化合物;不需外界供熱，處理成本低;選擇性好，通過調(diào)節(jié)溫度與壓力，可以改變水的密度、粘度、擴散系數(shù)等物化特性，從而改變其對有機物的溶解性能，達到選擇性地控制反應(yīng)產(chǎn)物的目的。
超臨界氧化法在美國、德國、瑞典、日本等歐美國家已經(jīng)有了工藝應(yīng)用，但中國的研究起步較晚，還處于實驗室研究階段。
六、Fenton及類Fenton氧化法
典型的Fenton試劑是由Fe2+催化H2O2分解產(chǎn)生.OH，從而引發(fā)有機物的氧化降解反應(yīng)。由于Fenton法處理廢水所需時間長，使用的試劑量多，而且過量的Fe2+將增大處理后廢水中的COD并產(chǎn)生二次污染。
近年來，人們將紫外光、可見光等引入Fenton體系，并研究采用其他過渡金屬替代Fe2+，這些方法可顯著增強Fenton試劑對有機物的氧化降解能力，減少Fenton試劑的用量，降低處理成本，統(tǒng)稱為類Fenton反應(yīng)。
Fenton法反應(yīng)條件溫和，設(shè)備較為簡單，適用范圍廣；既可作為單獨處理技術(shù)應(yīng)用，也可與其他方法聯(lián)用，如與混凝沉淀法、活性碳法、生物處理法等聯(lián)用，作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法。
七、電化學（催化）氧化
電化學（催化）氧化技術(shù)通過陽極反應(yīng)直接降解有機物，或通過陽極反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基（˙OH）、臭氧等氧化劑降解有機物。
電化學（催化）氧化包括二維和三維電極體系。由于三維電極體系的微電場電解作用，目前備受推崇。三維電極是在傳統(tǒng)的二維電解槽的電極間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料，并使裝填的材料表面帶電，成為第三極，且在工作電極材料表面能發(fā)生電化學反應(yīng)。
與二維平板電極相比，三維電極具有很大的比表面，能夠增加電解槽的面體比，能以較低電流密度提供較大的電流強度，粒子間距小而物質(zhì)傳質(zhì)速度高，時空轉(zhuǎn)換效率高，因此電流效率高、處理效果好。三維電極可用于處理生活污水，農(nóng)藥、染料、制藥、含酚廢水等難降解有機廢水，金屬離子，垃圾滲濾液等。
八、濕式（催化）氧化
濕式（催化）氧化法是在高溫(150~350℃）、高壓(0.5~20MPa）、催化劑作用下，利用O2或空氣作為氧化劑(添加催化劑），(催化）氧化水中呈溶解態(tài)或懸浮態(tài)的有機物或還原態(tài)的無機物，達到去除污染物的目的。濕式空氣(催化）氧化法可應(yīng)用于城市污泥和丙烯腈、焦化、印染等工業(yè)廢水及含酚、氯烴、有機磷、有機硫化合物的農(nóng)藥廢水的處理。
九、超聲波氧化
頻率在15~1000kHz的超聲波輻照水體中的有機污染物是由空化效應(yīng)引起的物理化學過程。超聲波不僅可以改善反應(yīng)條件，加快反應(yīng)速度和提高反應(yīng)產(chǎn)率，還能使一些難以進行的化學反應(yīng)得以實現(xiàn)。
它集高級氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術(shù)的特點于一身，加之操作簡單，對設(shè)備的要求較低，在污水處理，特別是在降解廢水中毒性高、難降解的有機污染物，加快有機污染物的降解速度，實現(xiàn)工業(yè)廢水污染物的無害化，避免二次污染的影響上具有重要意義。
十、光化學催化氧化
光化學催化氧化技術(shù)是在光化學氧化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與光化學法相比，有更強的氧化能力，可使有機污染物更徹底地降解。光化學催化氧化是在有催化劑的條件下的光化學降解，氧化劑在光的輻射下產(chǎn)生氧化能力較強的自由基。
催化劑有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2和Fe3O4等。分為均相和非均相兩種類型，通過光助-Fenton反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基使污染物得到降解;非均相催化降解是在污染體系中投入一定量的光敏半導體材料，如TiO2、ZnO等，同時結(jié)合光輻射，使光敏半導體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子—空穴對，吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子—空穴作用，產(chǎn)生˙OH等氧化能力極強的自由基。TiO2光催化氧化技術(shù)在氧化降解水中有機污染物，特別是難降解有機污染物時有明顯的優(yōu)勢。
十一、等離子水處理技術(shù)
低溫等離子體水處理技術(shù)，包括高壓脈沖放電等離子體水處理技術(shù)和輝光放電等離子體水處理技術(shù)，是利用放電直接在水溶液中產(chǎn)生等離子體，或者將氣體放電等離子體中的活性粒子引入水中，可使水中的污染物徹底氧化、分解。
水溶液中的直接脈沖放電可以在常溫常壓下操作，整個放電過程中無需加入催化劑就可以在水溶液中產(chǎn)生原位的化學氧化性物種氧化降解有機物，該項技術(shù)對低濃度有機物的處理經(jīng)濟且有效。此外，應(yīng)用脈沖放電等離子體水處理技術(shù)的反應(yīng)器形式可以靈活調(diào)整，操作過程簡單，相應(yīng)的維護費用也較低。受放電設(shè)備的限制，該工藝降解有機物的能量利用率較低，等離子體技術(shù)在水處理中的應(yīng)用還處在研發(fā)階段。
十二、輻射技術(shù)
20世紀70年代起，隨著大型鈷源和電子加速器技術(shù)的發(fā)展，輻射技術(shù)應(yīng)用中的輻射源問題逐步得到改善。利用輻射技術(shù)處理廢水中污染物的研究引起了各國的關(guān)注和重視。
與傳統(tǒng)的化學氧化相比，利用輻射技術(shù)處理污染物，不需加入或只需少量加入化學試劑，不會產(chǎn)生二次污染，具有降解效率高、反應(yīng)速度快、污染物降解徹底等優(yōu)點。而且，當電離輻射與氧氣、臭氧等催化氧化手段聯(lián)合使用時，會產(chǎn)生“協(xié)同效應(yīng)”。因此，輻射技術(shù)處理污染物是一種清潔的、可持續(xù)利用的技術(shù)，被國際原子能機構(gòu)列為21世紀和平利用原子能的主要研究方向。
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