目前,工業廢水和城市生活廢水是我國水環境污染的污染源之一,尤其是隨著生產規模的不斷擴大及工業技術的飛速發展,含有高濃度有機廢水的污染源日益增多。但由于高濃度有機廢水的性質和來源不一樣,其治理技術也不一樣。

通常根據高濃度有機廢水的性質和來源可以分為三大類:第一類為不含有害物質且易于生物降解的高濃度有機廢水,如食品工業廢水;第二類為含有有害物質且易于生物降解的高濃度有機廢水,如部分化學工業和制藥業廢水;第三類為含有有害物質且不易于生物降解的高濃度有機廢水,如有機化學合成工業和農藥廢水。本文針對上述三大類高濃度有機廢水的典型治理技術進行評述,有助于高濃度有機廢水治理技術的選擇。

廢水處理過程的各個組成部分可以分類為生物處理法、化學處理法、物理化學處理法、物理處理法等四種。對于高濃度有機廢水的治理方法,往往是上述兩種或三種方法進行綜合處理。以下就高濃度有機廢水的各種處理技術作以簡要評述。

一、高濃度有機廢水的生物處理技術

生物處理技術是一般有機廢水處理系統中最重要的過程之一,是利用微生物,主要是細菌的代謝作用,氧化、分解、吸附廢水中可溶性的有機物及部分不溶性有機物,并使其轉化為無害的穩定物質從而使水得到凈化的技術。以下就固定化微生物技術及厭氧消化技術的應用作以簡介。

固定化微生物技術是利用優勢菌種對特定底物的高濃度有機物廢水,特別是制藥行業難降解有機物廢水等進行處理技術。其機理是將微生物固定在載體上培養特異菌種,使其高度密集并保持其生物功能,用于高濃度的有機廢水的定向處理。

其中,適合于處理高濃度有機廢水的優勢菌種固化劑應具備以下特征:①對微生物的固定具有良好的耐久性;②具有良好的滲透性,且不被高濃度有機物或溶解氧溶解;③具有一定的強度。固定化微生物技術在原有的生物膜法的基礎上引進了細胞固定化技術,進一步提高了生物處理構筑物中高效生物量的濃度,可以大大提高反應速率和處理效能,降低基建投資費用,該技術已引起學術界的關注。

厭氧消化技術是指有機物在厭氧條件下消化降解。與傳統的好氧處理技術相比,后者因有機物濃度過高而導致水中缺氧過程難于進行,同時好氧處理也無能量回收,但厭氧消化處理技術有以下優點:①不需曝氣所需能量;②甲烷是一種產物,一種有用的終產物;③剩余污泥產生量少;④產生的生物污泥易于脫水;⑤活性厭氧污泥能保存幾個月;⑥能在較高的負荷下運行。該技術可處理在造紙、皮革及食品等行業排出的含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質、纖維素等高濃度有機廢水,已取得較好的效果。

二、高濃度有機廢水的化學處理技術

化學處理技術是應用化學原理和化學作用將廢水中的污染物成分轉化為無害物質,使廢水得到凈化的方法,其單元操作過程有中和、沉淀、氧化和還原等。以下就焚燒法處理高濃度有機廢水作以簡介。

焚燒法是將含有高濃度有機物的廢水在高溫下進行氧化分解的技術,其中的有機物生成水、二氧化碳、碳酸鹽等直接排放或作為副產品,COD的去除率可達99.99%。高濃度有機物的廢水焚燒裝置主要有三種,回轉窯焚燒爐、液體噴射爐和流化床焚燒爐。

前兩者通常以油和燃氣為輔助燃料,運行費用高,且局部溫度較高,可達1400℃～1650℃,易產生較多的NOx,造成環境污染。流化床焚燒爐采用低溫燃燒技術,溫度可控制在800℃～900℃,NOx排出較少,且燃燒效率高,目前在國外有廣泛的應用,國內屬起步階段。

流化床焚燒爐技術可處理較多化工廢水,如處理尼龍生產過程中的含鹽廢水,在能源利用、尾氣中的NOx濃度控制、副產物利用等方面均能取得較好的效果。另外催化濕式氧化法處理高濃度有機廢水是近年來開發的新技術,廢水經過凈化后可達到飲用水標準,而且不產生污泥,還可同時脫色、除臭及殺菌消毒。這一技術在20世紀90年代達到工業化水平。

三、高濃度有機廢水的物理化學處理技術

物理化學處理技術是指廢水中的污染物在處理過程中通過相轉移的變化而達到去除目的的處理技術,常用的單元操作有萃取、吸附、膜技術、離子交換等。以下就萃取法處理高濃度有機廢水作以簡介。

萃取是利用污染物質在水中或與水不互溶的溶劑中有不同的溶解度進行分離,通常稱為物理萃取;但若溶劑和廢水中的某些組分形成絡合物而進行分離,常稱為化學萃取或絡合萃取。萃取法處理高濃度有機廢水,不僅具有設備投資少、操作簡便等優點,而且主要污染物能有效回收利用,絡合萃取對于極性有機物的分離具有高效性和選擇性。

絡合萃取主要是基于可逆絡合反應的極性有機物萃取分離方法,其關鍵是選擇具有相應功能團的絡合劑、選定合適的稀釋劑及選擇既經濟又高效的萃取溶劑再生的方法。如采用類似于醋酸丁酯、苯等的新型絡合劑QH處理高濃度含酚廢水,酚含量達到國家排放標準,且絡合劑性能優良,便于循環使用。

四、高濃度有機廢水的物理處理技術

物理處理技術是指應用物理作用改變廢水成分的處理方法,如沉降、過濾、均化、氣浮等單元操作,已成為廢水處理流程的基礎,目前已較為成熟。

總之,隨著高濃度有機廢水的處理技術的開發,高濃度有機廢水污染的控制將會取得較好的效果。目前正在研究的綠色化學與技術,所研究的中心問題是使化學反應、工藝及其產物具有以下四個方面的特點:①采用無毒、無害的原料;②在無毒、無害的反應條件(溶劑、催化劑等)下進行;③使化學反應具有極高的選擇性,極少的副產物,甚至達到原子經濟的程度,即在獲取新物質的轉化過程中充分利用每個原料原子,實現零排放,但同時采用的高選擇性反應也要求具有一定的轉化率,達到技術上經濟合理;④產品應是對環境無害的,將對工業生產的可持續發展產生重大影響。

五、結語

生物處理技術是高濃度有機廢水處理系統中最重要的過程之一,但高濃度有機廢水的治理方法,往往是兩種或三種方法同時進行處理。綠色化學和技術引起的工業生產技術的革命正在興起,從源頭上減少或消除污染,并將帶來越來越大的經濟效益、社會效益和環保效益。