高濃度有機(jī)廢水主要處理技術(shù) 看這篇匯總就夠了！

水處理網(wǎng)訊:高濃度有機(jī)廢水的性質(zhì)和來源不一樣，其治理技術(shù)也不一樣。通常根據(jù)高濃度有機(jī)廢水的性質(zhì)和來源可以分為三大類：第一類為不含有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如食品工業(yè)廢水；第二類為含有有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如部分化學(xué)工業(yè)和制藥業(yè)廢水；第三類為含有有害物質(zhì)且不易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如有機(jī)化學(xué)合成工業(yè)和農(nóng)藥廢水。

本文匯總了國內(nèi)外高濃度有機(jī)廢水的主要處理技術(shù)，主要包括物化、化學(xué)、生物處理技術(shù)并分析了各種方法和工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀。重點(diǎn)對(duì)生物處理技術(shù)中MBR、A-B工藝、UASB、SBR工藝進(jìn)行重點(diǎn)研究、歸納總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)。

高濃度有機(jī)廢水來源

高濃度有機(jī)廢水一般是指由造紙、皮革及食品等行業(yè)排出的COD在2 000 mg/ L以上的廢水。這些廢水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等有機(jī)物,如果直接排放,會(huì)造成嚴(yán)重污染。高濃度有機(jī)廢水按其性質(zhì)來源可分為三大類：

(1)易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水;

(2)有機(jī)物可以降解,但含有害物質(zhì)的廢水;

(3)難生物降解的和有害的高濃度有機(jī)廢水。

高濃度有機(jī)廢水水質(zhì)特點(diǎn)

（1）有機(jī)物濃度高。COD一般在2 000 mg/L以上，有的甚至高達(dá)幾萬乃至幾十萬mg/L，相對(duì)而言，BOD較低，很多廢水BOD與COD的比值小于0.3。

（2）成分復(fù)雜。含有毒性物質(zhì)廢水中有機(jī)物以芳香族化合物和雜環(huán)化合物居多，還多含有硫化物、氮化物、重金屬和有毒有機(jī)物。

（3）色度高，有異味。有些廢水散發(fā)出刺鼻惡臭，給周圍環(huán)境造成不良影響。

（4）具有強(qiáng)酸強(qiáng)堿性。

高濃度有機(jī)廢水危害

高濃度有機(jī)污水主要有以下3種危害：

①需氧性危害。由于生物降解作用,高濃度有機(jī)污水會(huì)使受納水體缺氧甚至厭氧,多數(shù)水生物將死亡,從而產(chǎn)生惡臭,惡化水質(zhì)和環(huán)境。

②感觀性污染。高濃度有機(jī)污水不但使水體失去使用價(jià)值,更嚴(yán)重影響到水體附近人民的正常生活。

③致毒性危害。高濃度有機(jī)污水中含有大量有毒有機(jī)物,會(huì)在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲(chǔ)存,最后進(jìn)入人體,從而危害人體健康。

高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)

高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)粗略分為3類：物化處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)以及生物處理技術(shù)。

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(jī)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(jìn)行處理，從而達(dá)到去除有機(jī)物，提高生化性，降低生化處理負(fù)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(diǎn)。特別是基于可逆絡(luò)合反應(yīng)的萃取分離方法，對(duì)極性有機(jī)稀溶液的分離具有高效性和高選擇性，在難降解有機(jī)廢水的處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

溶劑萃取法利用難溶或不溶于水的有機(jī)溶劑與廢水接觸,萃取廢水中的非極性有機(jī)物,再對(duì)負(fù)載后的萃取劑進(jìn)一步處理。近年來為了避免有機(jī)溶劑對(duì)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(jià)值的有機(jī)物,但只能用于非極性有機(jī)物,被萃取的有機(jī)物和萃取后的廢水需要進(jìn)一步處理,有機(jī)溶劑還可能造成二次污染。萃取只是一個(gè)污染物的物理轉(zhuǎn)移過程,而非真正的降解。

由清華大學(xué)開發(fā)的萃取一反萃取體系，可以應(yīng)用于多種染料與中間體廢母液資源回收，對(duì)染料中間體的回收率達(dá)90%以上，脫色效果也達(dá)到同樣水平，正在逐步推廣于染料廢水的治理工程中。

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(jī)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(fèi)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(yàn)容器中，當(dāng)活性炭的投加濃度為200mg/L時(shí)，色度的去除率為77%;而投加質(zhì)量濃度增加到400mg/L時(shí)，色度的去除率達(dá)到86%。

濃縮法

濃縮法是利用某些污染物溶解度較小的特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)有用物質(zhì)的部分回收，適合于處理高濃度含鹽有機(jī)廢水。該法的缺點(diǎn)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

采用超聲波降解水體中有機(jī)污染物，尤其是難降解有機(jī)污染物，是20世紀(jì)90年代興起的新型水污染控制技術(shù)。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(jī)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(dú)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(jí)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(diǎn)于一身,具有反應(yīng)條件溫和、速度快、適用范圍廣等特點(diǎn),可以單獨(dú)或與其它技術(shù)聯(lián)合使用,具有很大的發(fā)展?jié)摿?。超聲波能在水中引起空?產(chǎn)生約4 000 K和100 MPa的瞬間局部高溫高壓環(huán)境(熱點(diǎn)) ,同時(shí)以約110m/ s的速度產(chǎn)生具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流和沖擊波。水分子在熱點(diǎn)達(dá)到超臨界狀態(tài),并分解成羥基自由基、超氧基等,羥基自由基是目前所發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的氧化劑。有機(jī)物在熱點(diǎn)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解、超臨界水氧化、自由基氧化等反應(yīng)。這些效應(yīng)加上聲場中的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)、次級(jí)衍生波等為有機(jī)物提供了其他方法難以達(dá)到的多種降解途徑。

2 、化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)是應(yīng)用化學(xué)原理和化學(xué)作用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(qiáng)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(jī)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(jī)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。化學(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(jī)物一步氧化到無機(jī)物質(zhì),而且目前對(duì)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(jī)廢水單獨(dú)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(jī)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(qiáng)的氧化能力,因此Fen2ton氧化法在處理廢水有機(jī)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(jī)物降解不完全。后來,人們對(duì)傳統(tǒng)的Fenton氧化法進(jìn)行了改進(jìn)。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(jī)碳去除率高達(dá)90 %。郁志勇等用UV +Fenton法對(duì)氯酚混合液進(jìn)行處理,在1 h內(nèi)COD去除率達(dá)到83.2 %。

臭氧氧化法

臭氧在水處理方面具有氧化能力強(qiáng),反應(yīng)速度快,不產(chǎn)生污泥,無二次污染等特點(diǎn),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(duì)難降解有機(jī)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?jǐn)嗔?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(jī)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(duì)多數(shù)染料能取得很好的脫色效果,但對(duì)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(jī)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(jī)物在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。目前,已證實(shí)對(duì)氯苯酚、五氯化酚均可在陽極上徹底分解。Hwang B J等報(bào)道了電化學(xué)處理含氯有機(jī)物的有效性,并成功地利用PbO2/聚吡咯復(fù)合電極去除廢水中的氯離子。陰極還原過程已被用于一氯乙烷、三氯乙烷和芳香氯化物等的脫氯處理。間接電化學(xué)氧化就是利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧化劑或還原劑使污染物降解的一種方法。據(jù)報(bào)道,采用電解生成次氯酸鹽氧化劑,可氧化去除氨氮及難降解的有機(jī)污染物。

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(jī)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(biāo)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(jì)、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。

好氧活性污泥法

在污水處理中，活性污泥法是應(yīng)用最廣的技術(shù)之一，它是自然界水體自凈的人工模擬,是對(duì)水自凈作用的強(qiáng)化,利用懸浮生長的微生物絮凝體(Floc)處理有機(jī)污水?；钚阅喾ㄗ?914年在英國曼徹斯特試驗(yàn)廠開創(chuàng)以來，已有90多年的歷史，隨著在實(shí)際生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用和技術(shù)上的不斷革新改進(jìn)，特別是近幾十年來，在對(duì)其生物反應(yīng)和凈化機(jī)理進(jìn)行深入研究探討的基礎(chǔ)上，活性污泥法在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及在工藝方面都得到長足發(fā)展，出現(xiàn)了多種能夠適應(yīng)各種條件的工藝流程。當(dāng)前，活性污泥法已成為各類有機(jī)污水的主體處理技術(shù)。

根據(jù)各種不同運(yùn)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(jìn)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(fù)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(duì)傳統(tǒng)活性污泥法在使有機(jī)負(fù)荷及需氧量提到均衡,提高曝氣池對(duì)水質(zhì)、水量、沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力，減少污泥產(chǎn)生，縮短曝氣時(shí)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(jìn)行的改進(jìn)，改進(jìn)的同時(shí)又不可避免地出現(xiàn)處理效果差等缺點(diǎn)，尤其是對(duì)于高濃度有機(jī)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(shí)質(zhì)是使細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)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(gè)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(shí)膜分離后出水質(zhì)量高，當(dāng)處理對(duì)象為生活污水時(shí)，可滿足建設(shè)部生活回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)STR和HTR的完全分離。通過控制較長的STR，使世代時(shí)間較長的硝化菌得以富集，提高硝化效果;同時(shí)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(shí)間，從而達(dá)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(fù)荷可大大提高，生物反應(yīng)器體積大大減小;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(fù)荷能力強(qiáng) 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(fù)荷能力。

⑥易于自動(dòng)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(jì)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，便于管理。

通常提到的膜生物反應(yīng)器，實(shí)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最早見于Co.etP等于1988年的報(bào)道。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(diǎn)b(ubblepoin)t的情況下，可實(shí)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(shí)間，極大地提高了傳氧效率。同時(shí)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?yàn)楣┭趺娣e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(shí)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(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的生化降解，從而使專性菌不受廢水中離子強(qiáng)度和pH值的影響，生物反應(yīng)器的功能得到優(yōu)化。目前膜一曝氣生物反應(yīng)器和萃取膜生物反應(yīng)器還處在實(shí)驗(yàn)室階段，尚無實(shí)際的工程應(yīng)用。

（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(jìn)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(duì)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(jìn)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(cuò)流運(yùn)行，其特點(diǎn)是:運(yùn)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(dòng)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(gè)生物反應(yīng)器，其中一個(gè)為硝化池，另一個(gè)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(yùn)行周期，一般泵的抽吸是間斷運(yùn)行的。