有机废水处理技术研究进展【文献综述】 10页

'毕业设计文献综述海洋科学有机废水处理技术研究进展[摘要]随着工农业的发展和人类活动的不断增加，有机废水排放量严重增加。本文从有机废水的主要来源以及主要处理方法，然后再从通常我们常用的一些典型的处理工艺，主要有湿式催化氧化法，深井爆气法，超滤膜进化有机废水法，生物流化床法，Fenton试剂法，吸附作用处理方法，莱特生物强化技术，酵母菌处理高浓度有机废水法等。对比各项处理工艺的优劣性，并对未来有机废水废水处理工艺技术的进步提出展望与预测。[关键词]有机废水处理技术；有机废水处理方法；Fenton试剂法；深井爆气法9 引言随着经济的发展和社会的进步，伴随的是环境的破坏和污染，其中水污染是我国当前的主要环境问题之一而工业废水占总污水量的70%以上，废水又以高浓度有机废水为主。高浓度有机废水对环境水体和动植物生命健康的影响极大，且处理难度较高，是国内外环保研究领域中的难题之一，它的净化处理越来越受到人们的关注。然而人类对于工业有机废水的处理与处置早在很久以前就已经有了不同程度的初步研究，历经几十年的发展与不断创新，现有的对有机废水的有效处理手段主要有物理化学处理法和生物处理法。然而一些综合性的处理方法对将来的有机废水处理工艺有着重要意义。1有机废水的来源工业废水和城市生活废水是我国水环境污染的污染源之一，尤其是随着生产规模的不断扩大及工业技术的飞速发展，含有高浓度有机废水的污染源日益增多。高浓度有机废水是指由造纸、皮革及食品等行业排出的COD在2000mg／L以上的废水[1]。但由于高浓度有机废水的性质和来源不一样，其治理技术也不一样。通常根据高浓度有机废水的性质和来源可以分为三大类：(1)第一类为不含有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水，如食品工业废水；      (2)第二类为含有有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水，如部分化学工业和制药业废水；      (3)第三类为含有有害物质且不易于生物降解的高浓度有机废水，如有机化学合成工业和农药废水。这些高浓度的有机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，会造成严重的水环境污染。9 2有机废水的处理方法有机废水的处理方法主要有物理化学处理法和生物处理法。物化处理法是应用物理化学作用及其原理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，如光化学混凝法、氧化一吸附法、焚烧法、萃取法、湿式催化氧化法[2]、电化学法和膜分离法等，单独利用物化法处理高浓度有机废水，不仅处理难度大、成本高，并且处理效果也不够好，一般很少单独使用。生物处理法是利用生物（如酵母菌等）降解水中的污染物质作为自身的营养和能源，同时使废水得到净化的方法。生物处理法发展至今，已成为世界各国处理城市污水和有机废水的主要手段，具有处理能力大、设备自动化程度高、易于调控、经济可行、无二次污染等。但如今，各个领域都在积极研究各种不同的处理方法的有效结合，从而达到更加有效处理有机废水的目的，如用气浮+A／O+深度组合，O3/H2O2高级氧化技术，ASB／曝气沉淀／IC反应器工艺，超声波／H2O2对苯酚有机废水降解的研究，粉煤灰一膨润土复合吸附剂处理苯酚有机废水，UASB+接触氧化生化处理高浓度有机废水，用气浮+A／O+深度组合工艺处理乳品生产有机废水等。3典型处理工艺归纳说明3.1湿式催化氧化(CWO)法湿式催化氧化(CWO)法是近20年来发展起来的一种高效处理高浓度、高毒性以及难生物降解有机废水的先进技术，是对传统化学氧化法的改进和强化[3]。它利用催化剂的催化作用，加快氧化反应速度，提高氧化反应效率。在一定的温度、压力和催化剂的作用下，经空气氧化，使污水中的有机物及氨分别氧化分解成无害物质来达到净化的目的。该法具有净化效率高，流程简单，占地面积小等特点，有广泛的工业应用前景。由于处理效果良好，引起了国内外环保工作者的广泛重视。9 包括湿式催化氧化法和均相湿式催化氧化法，均相湿式催化氧化法又包括贵金属系列、铜系列和稀土系列。3.2深井曝气法(DSP)深井曝气法(DSP)利用深井中的静水压力把氧的转移率从传统曝气法的5％～15％提高到60％到90%[4]。该技术具有处理效果好、产泥量少、不受气温影响、不产生污泥膨胀、占地面积小、耐冲击负荷等优点，但其投资较大，动力消耗大，其应用受地质条件的影响等。可应用于现代化学合成工业的高浓度机废水的治理，如塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染料、溶剂、涂料、农药、药品等废水的处理[5]。3.3超滤膜净化有机废水法超滤膜净化有机废水法[6]，超滤工艺几乎可完全去除水中的浊度物质，对水中的天然有机物有一定的去除效果超滤技术被称为绿色物理分离技术，其不仅可以取代以混凝沉淀过滤为主的传统长流程分离工艺，而且几乎可以完全去除致病微生物，原则上又可以省去后续的消毒单元，从而大大缩短处理工艺流程。然而，膜污染和膜堵塞仍然是目前制约膜分离技术普及应用的重要因素。有机物质，特别是高分子有机物是引起膜污染的主要原因之一。3.4生物流化床法生物流化床法(ABFB[7])该工艺特点是反应器内填料的表面积大，生物膜量可达10~40g／L，比普通活性污泥法高1个数量级。因此，该工艺具有效能高、占地少、投资省等优点。但由于要使填料流化，必须进行出水循环，并保持反应器内具有一定的流速，从而增加了运行的复杂性。目前，国内利用ABFB处理高浓度有机废水尚处于实验阶段，工程应用并不多。复合式折流板反应器(HABR)处理可生化的高质量浓度有机废水这HABR反应器内保持高的污量,是对ABR反应器的改进，其在ABR9 反应器的适当位置架设填料,可利用原有的无效空间增加生物总量,并可利用填料加速污泥与气泡分离,降低污泥流失。HABR反应器的另外一个显著特点是:无需回流,节省能源减少动力消耗.传统的ABR反应器为了让污泥中的微生物与废水充分接触,往往需要满足一定的上升流速。上流式厌氧污泥床(UASB[8])废水由反应器底部进入，反应器主体为无填料的空容器，其中含有大量高活性厌氧污泥。废水以一定流速自下向上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸附分解。所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出，含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区，废水在平稳上升过程中，沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分，含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出。UASB反应器是一种研究最为深入、应用最为广泛的高效厌氧反应器，已大量成功地应用于处理各种废水。氧滤池(AF)采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器。厌氧菌在填充材料上附着生长形成生物膜，生物膜与填充材料一起形成固定的滤床，其结构与原理类似于好氧生物滤床。废水进入反应器底部并均匀布水，在向上流动的过程中，废水中的有机物被生物膜吸附并分解，进而通过微生物的代谢作用将有机物转化为甲烷和二氧化碳。沼气和出水由反应器上部分别排出。填料表面的生物膜不断生长，部分老化的生物膜剥落随出水排出，在反应器后设置的沉淀池中分离成为剩余污泥。厌氧一好氧生物处理法目前在高浓度有机废水的处理工程中，常集厌氧、好氧处理的优点于一身，构成厌氧一好氧组合工艺，即高浓度有机废水首先经厌氧法处理，出水再经好氧法进行进一步净化。有效的弥补了厌氧和好氧工艺分别处理的缺席，在实际应用中均取得良好效果并广泛运用。3.5Fenton试剂法Fenton[9]试剂法目前，世界公认的Fenton反应机理是自由基机理。自由基理论可以描述为：在含有Fe2+的酸性溶液中投加H2O2，H2O2在Fe2+催化作用下，产生具高活性的·OH，并引发自由-基链式反应，自由基作为氧化剂攻击有机物分子，使有机物被氧化降解形成CO2，H2O等无机物质。9 Photo-Fenton[反应，是用Fe3+代替Fenton试剂中的Fe2+，在可见光和紫外线的照射下，极大地加速有机污染物的降解。3.6超声降解有机废水超声降解有机废水，声空化降解化学物质主要有三种主要途径：高温热解；自由基氧化；超临界水氧化[10]。同时超声波的机械效应可使大分子主链上的碳键发生断裂，从而起到降解高分子的作用，由超声波引起的“热点”，使中的化学污染物可以直接被热解，发生热解反应,也可以被水分子或有机物进入空化泡热解后生成的具有强氧化性的自由基而氧化，发生自由基反应。3.7氧化降解有机废水氧化降解处理有机废水光催化氧化反应的原理可以用半导体的能带理论来阐述。以TiO2的催化氧化反应为例，当半导体二氧化钛受到能量大于其禁带宽度的光源照射时，其价带的电子就被激发，跃迁到导带，产生原初电荷分离，从而产生导带电子和禁带空穴。这些电子和空穴对迁移到表面后，具有强的接收电子的倾向，可以参加氧化还原反应，直接将有机分子氧化为正碳自由基或将表面现象的水分子氧化为羟基自由基。生成的羟基自由基进攻有机物分子，使之氧化和分解，最终使有机污染物转化为CO2、H2O和无机盐达到矿化。光催化氧化法具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等优点。3.8吸附作用处理方法吸附作用处理方法，如活性炭在水处理中的应用活性炭吸附的作用产生于物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭丰富的微孔中，用于去除水和空气中杂质，这些杂质的分子直径必须小于活性炭的孔径。另一方面活性炭在其表面含有官能团，与被吸附的物质发生化学反应，从而与被吸附物质常发生在活性炭的表面，此过程为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。另外一个例子则是大孔树脂吸附有机物的方法。9 3.9莱特生物强化技术莱特生物强化技术[11]，LTBR处理工艺处理高浓度有机废水的中试LTBR生物处理技术是在对高浓度有机废水中的污染物成分进行全面分析基础上,通过筛选、驯化、诱变等技术得到适合降解特定污染物的特效微生物菌团,并根据微生物的共性和特性配制适合其生长繁殖的营养基质,实现对废水中特定污染物的充分生物降解,从而极大提高废水中污染物的可生物降解比率和废水处理系统的效率3.10酵母菌处理法酵母菌处理高浓度有机废水酵母菌有发酵型和氧化型两种，主要用于废水处理的为氧化型酵母菌。酵母菌特有的氧化分解酶系可直接降解高浓度油脂类物质,收获剩余菌体可得到可观的SCP[单细胞蛋白),能耐受较高浓度的氨氮和硫酸盐,酵母菌体还可吸附重金属离子[12]。另外酵母菌在处理负荷、污泥生成量、需氧量和耐渗透压方面有很大优势。这些特性决定了其在处理某些难处理有机废水中有不可替代的作用。4综合处理法摇动床生物膜反应器[13]和活性污泥法组合技术处理高浓度有机废水利用摇动床生物膜反应器(简称摇动床)技术具有的容积负荷高与污泥产量低的优点,在普通活性污泥池的前部填充高性能丙烯酸树脂纤维(Biofringe)填料,有效提高了高浓度有机废水处理的效率。O3/H2O2高级氧化技术在处理难降解有机废水中的应用是将强氧化剂臭氧与双氧水组合。与单一氧化过程相比，有机物的最终降解产物为CO2和水及其它矿物质，具有没有二次污染，降解速度显著提高，反应条件温和和应用范围广的特点，但也存在O3在水中的溶解度不高，H2O2有余量的不足[14]。对于不同的废水体系，为了发挥O3/H2O2氧化技术的优势，控制两者的比例是有效降解有机物的关键之处。由于其具有氧化能力强和无选择性等优点，被广泛用于高浓度、难降解和有毒有害的有机废水处理，并取得了显著的效果[15]。9 Fe3+／AC处理含重金属Cu2+的有机废水采用Fe3+负载在活性炭上的催化剂(Fe3+／Ac)处理会重金属Cu2+的有机废水。活性炭采用Fe3+负载后吸附能力显著增强．对有机料和重金属Cu2+离子有较强的吸附性能和催化氧化能力。气浮+A／O[16]+深度组合工艺处理乳品生产有机废水有机废水生产和生活废水首先通过格栅井，以拦截较大体积的纸巾和大颗粒悬浮物，然后进入调节池，接着调节池出水用泵提升到一体式气浮装置，往该池投加絮凝药剂、助凝剂、使废水得到絮凝效果，该装置产生细微，密集、稳定的超微气泡，将超微气泡通人到凝结、絮凝的废水中，使得气泡与废水中的絮体在水中形成水一气一粒三相混合共凝聚体，共凝聚体的上浮速度很大，凝结的杂质能快速上浮于液面，通过刮渣机将浮渣从水中刮离出来，达到净化目的；经加药气浮处理后的废水流人兼性池利用附在填料层上的兼性细菌水解和产酸作用，将废水中难降解的大分子有机物转化为易降解的小分子有机物，不溶性的有机物变成溶解性的有机物；兼性池出水自流到好氧池，好氧池采用复叶推流式微孔曝气机对废水进行曝气，通过培养驯化而聚集的优势微生物进行新陈代谢降解废水中的有机物和其它污染物。其他有机废水处理方法及综合降解法：多维电催化高浓度工业废水处理、好氧循环一体化生物处理技术、UASB／曝气沉淀／IC反应器工艺处理高浓度硫酸盐有机废水、高效复合催化氧化技术。总结随着社会和经济的发展，高浓度有机废水水量和染物种类不断增加，目前采用单一的处理技术往往不能取得满意的效果。而采取多种处理工艺相组合的形式可取得良好的处理效果。并且针对不同组分的有机废水有不同的处理工艺，“对症下药”，通过光、电、酶等多项物理化学和生物技术的高效协同作用处理工业有机废水将是未来的一个重要发展方向。9 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