高浓度有机废水处理技术

高浓度有机废水处理技术朱艳霞摘要：对国内外目前高浓度有机废水的主要处理技术进行综述, 主要包括物化、化学、生物处理技术并分析了各种方法和工艺的优缺点及其研究现状。

重点对生物处理技术中MBR、A-B工艺、UASB、SBR工艺进行重点研究、归纳总结其优缺点，并提出应用几种处理技术连用的方法来处理高浓度有机废水，用综合治理的理念既要大力发展处理技术, 还要从源头防治,以减轻污染。

关键字：有机废水；高浓度；处理技术；前景1 水资源状况当前，水资源是世界各国普遍面临急需解决的问题之一。

据联合国世界资源研究所研究报道，世界水资在质和量的方面都面临着比其它资源和比以往都更为严峻的局面。

据统计全球2006年全球工业用水量为2.07万亿立方米，而这一现象世界各地状况极不相同，需求量与有限的可以用水资源极不适应，并且全世界每年排向自然水体的工业和生活废水为4200亿立方米，造成35%以上的淡水资源受到污染，因而治理水体污染将尤为重要。

在一定意义上说世界各地经济发展的快慢将依据可利用水资源的状况而确定。

我国的水资源也面临严重的污染问题。

大量工业废水不达标外排，绝大部分生活污水不经处理直接排放，广大农村地区不合理使用化肥、农药等农用化学物质，对地表水影响日趋严重。

全国大部分城市和地区的淡水资源己受到水质恶化和水生态系统被破坏的威胁。

由于全国80%左右的污水未经任何处理直接排入水域，造成全国1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域污染严重，近50%的重点城镇水源地不符合饮用水标准。

我国城市水资源质量也较差，大部分城市和地区地下水位连续下降，形成了不同规模的地下水降落漏斗，形势相当严峻。

造成水资源受到严重污染的根本原因是大量生产生活废水未经处理或虽经处理但未达标。

这些未得充分利用的废水即污染环境，又浪费资源，迫切需要进行资源化利用。

水中的各种污染物中，有机污染物，尤其是高浓度的有机污染物，不仅在水中存在时间长、迁移范围广，而且危害大、处理难度大，一直是环保领域的一个重要研究课题。

2 高浓度有机废水2.1 高浓度有机废水来源高浓度有机废水一般是指由造纸、皮革及食品等行业排出的COD 在2 000 mg/ L 以上的废水。

这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物,如果直接排放,会造成严重污染。

高浓度有机废水按其性质来源可分为三大类: [1](1) 易于生物降解的高浓度有机废水;(2) 有机物可以降解,但含有害物质的废水;(3) 难生物降解的和有害的高浓度有机废水。

2.2 高浓度有机废水水质特点高浓度有机废水主要具有以下特点: [2]㈠有机物浓度高。

COD 一般在2 000 mg/L 以上, 有的甚至高达几万乃至几十万mg/L, 相对而言, BOD 较低, 很多废水BOD 与COD 的比值小于0.3。

㈡成分复杂。

含有毒性物质废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多, 还多含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物。

㈢色度高, 有异味。

有些废水散发出刺鼻恶臭, 给周围环境造成不良影响。

㈣具有强酸强碱性。

工业产生的超高浓度有机废水中, 酸、碱类众多, 往往具有强酸或强碱性。

㈤不易生物降解有机废水中所含的有机污染物结构复杂，如蔡环是由10个碳原子组成的离域共扼键，结构相当稳定，难以降解。

这类废水中大多数的BODSC/OD极低，生化性差，且对微生物有毒性，难以用一般的生化方法处理。

2.3 高浓度有机废水危害高浓度有机污水主要有以下3 种危害: [3]①需氧性危害。

由于生物降解作用,高浓度有机污水会使受纳水体缺氧甚至厌氧,多数水生物将死亡,从而产生恶臭,恶化水质和环境。

②感观性污染。

高浓度有机污水不但使水体失去使用价值,更严重影响到水体附近人民的正常生活。

③致毒性危害。

高浓度有机污水中含有大量有毒有机物,会在水体、土壤等自然环境中不断累积、储存,最后进入人体,从而危害人体健康。

3 高浓度有机废水处理技术高浓度有机废水处理技术粗略分为3 类: 物化处理技术、化学处理技术以及生物处理技术。

3.1 物化处理技术物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理，预处理的目的是通过回收废水中的有用成分，或对一些难生物降解物进行处理，从而达到去除有机物，提高生化性，降低生化处理负荷，提高处理效率。

一般常用的物化法有萃取法、吸附法、浓缩法、超声波降解法等。

3.1.1 萃取法在众多的预处理方法中，萃取法具有效率高、操作简单、投资较少等特点。

特别是基于可逆络合反应的萃取分离方法，对极性有机稀溶液的分离具有高效性和高选择性，在难降解有机废水的处理方面具有广阔的应用前景。

溶剂萃取法利用难溶或不溶于水的有机溶剂与废水接触,萃取废水中的非极性有机物,再对负载后的萃取剂进一步处理。

近年来为了避免有机溶剂对环境的污染,又开发了超临界二氧化碳萃取[4]。

该法简单易行,适于处理有回收价值的有机物,但只能用于非极性有机物,被萃取的有机物和萃取后的废水需要进一步处理,有机溶剂还可能造成二次污染。

萃取只是一个污染物的物理转移过程,而非真正的降解。

由清华大学开发的萃取一反萃取体系[5]，可以应用于多种染料与中间体废母液资源回收，对染料中间体的回收率达90%以上，脱色效果也达到同样水平，正在逐步推广于染料废水的治理工程中。

3.1.2 吸附法吸附剂的种类很多，有活性炭、大孔树脂、活性白土、硅藻土等。

在有机废水中常用的吸附剂有活性炭和大孔树脂。

虽然活性炭具有较高的吸附性，但由于再生困难、费用高而在国内较少使用。

例如将活性炭投加到难降解染料废水的试验容器中，当活性炭的投加浓度为200mg/L时，色度的去除率为77%;而投加质量浓度增加到400mg/L时，色度的去除率达到86%[5]。

3.1.3 浓缩法浓缩法是利用某些污染物溶解度较小的特点，将大部分水蒸发使污染物浓缩并分离析出的方法。

浓缩法操作简单，工艺成熟，并能实现有用物质的部分回收，适合于处理高浓度含盐有机废水。

该法的缺点是能耗高，如有废热可用或降低能耗，则该法是可行的。

3.1.4 超声波降解采用超声波降解水体中有机污染物，尤其是难降解有机污染物，是20世纪90年代兴起的新型水污染控制技术。

该技术利用超声辐射产生的空化效应，将水中的难降解有机污染物分解为环境可以接受的小分子物质，不仅操作简便、降解速度快，还可以单独或与其它水处理技术联合使用，是一种极具产业前景的清洁净化方法。

它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身,具有反应条件温和、速度快、适用范围广等特点,可以单独或与其它技术联合使用,具有很大的发展潜力。

超声波能在水中引起空化,产生约4 000 K 和100 MPa的瞬间局部高温高压环境(热点) , 同时以约110m/ s的速度产生具有强烈冲击力的微射流和冲击波。

水分子在热点达到超临界状态,并分解成羟基自由基、超氧基等,羟基自由基是目前所发现的最强的氧化剂。

有机物在热点发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、超临界水氧化、自由基氧化等反应。

这些效应加上声场中的质点振动、次级衍生波等为有机物提供了其他方法难以达到的多种降解途径。

3.2 化学处理技术化学处理技术是应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质, 使废水得到净化的方法。

化学氧化法分为两大类,一类是在常温常压下利用强氧化剂(如过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸盐、臭氧等) 将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水;另一类是在高温高压下分解废水中有机物,包括超临界水氧化和湿空气氧化工艺,所用的氧化剂通常为氧气或过氧化氢,一般采用催化剂降低反应条件,加快反应速率。

化学氧化法反应速度快、控制简单,但成本较高,通常难以将难降解的有机物一步氧化到无机物质,而且目前对中间产物的控制的研究较少。

该技术也常常作为生化处理的预处理方法使用。

其主要的方法有焚烧法、Fenton 氧化法、臭氧氧化法、电化学氧化法等。

3.2.1 焚烧法焚烧法利用燃料油、煤等助燃剂将有机废水单独或者和其他废物混合燃烧,焚烧炉可采用各种炉型。

效率高,速度快,可以一步将有害废水中有机物彻底转化为二氧化碳和水。

但设备投资大,处理成本高,除某些特殊废水(如医院废水)以外难以采用[6]。

3.2.2 Fenton 氧化法Fenton 试剂具有很强的氧化能力,因此Fen2ton 氧化法在处理废水有机物过程中发挥了巨大的作用。

但由于体系中含有大量的Fe2+ 离子,H2O2的利用率不高,使有机物降解不完全。

后来,人们对传统的Fenton 氧化法进行了改进。

如光助反应就是在反应体系中辅以紫外线和可见光,在低浓度亚铁离子、理论双氧水加入量、紫外线和可见光的汞灯的照射下,反应0. 5 h ,溶解性有机碳去除率高达90 %[7]。

郁志勇等[8]用UV +Fenton 法对氯酚混合液进行处理,在1 h 内COD去除率达到83.2 % 。

3.2.3 臭氧氧化法臭氧在水处理方面具有氧化能力强,反应速度快,不产生污泥,无二次污染等特点,在去除合成洗涤剂以及降低水中的BOD、COD 等方面都具有特殊的效果。

臭氧对难降解有机物的氧化通常是使其环状分子的部分环或长链分子部分断裂,从而使大分子物质变成小分子物质,生成易于生化降解的物质,提高废水的可生化性。

臭氧氧化技术在难生物降解有机废水处理过程中常作为预处理。

研究发现,臭氧氧化法对多数染料能取得很好的脱色效果,但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差[9]。

3.2.4 电化学氧化法电化学氧化又称电化学燃烧,它是在电极表面的电氧化作用下或由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。

电化学氧化分为直接电化学氧化和间接电化学氧化。

直接电化学氧化是使难降解有机物在电极表面发生氧化还原反应。

目前,已证实对氯苯酚、五氯化酚均可在阳极上彻底分解。

Hwang B J 等[10 ]报道了电化学处理含氯有机物的有效性,并成功地利用PbO2/ 聚吡咯复合电极去除废水中的氯离子。

阴极还原过程已被用于一氯乙烷、三氯乙烷和芳香氯化物等的脱氯处理。

间接电化学氧化就是利用电化学反应产生氧化剂或还原剂使污染物降解的一种方法。

据报道,采用电解生成次氯酸盐氧化剂,可氧化去除氨氮及难降解的有机污染物。

3.3 生物处理技术生物处理是废水净化的主要工艺，主要用于处理农药、印染、制药等行业的有机废水。

生物处理法是利用微生物的代谢作用来分解、转化水体中的有毒有害化学物质和其它各种超标组分的生物技术,降解作用的场所主要是含微生物的活性污泥、生物膜及其相应的反应器,由此诞生了各类生物处理方法和技术。

微生物法不仅经济、安全,而且处理的污染物阈值低、残留少、无二次污染,有较好的应用前景。

根据反应条件的不同,微生物处理法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。