高浓度有机废水处理技术 12页

'高浓度有机废水来源及处理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2000mg/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。水污染是当前我国面临的主要环境问题之一。预测工业废水占总污水量的70%以上。而工业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的污染程度大，而且处理难度较高，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。目前，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。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。由于高浓度有机废水采用一般的废水治理方法难以满足净化处理的经济和技术要求，因此对其进行净化处理、回收和综合利用研究已逐渐成为国际上环境保护技术的热点研究课题之一。 针对上述三大类高浓度有机废水的典型治理技术进行评述有助于高浓度有机废水治理技术的选择。废水处理过程的各个组成部分可以分类为生物处理法、化学处理法、物理化学处理法、物理处理法等四种。对于高浓度有机废水的治理方法，往往是上述两种或三种方法进行综合处理，如废水中含有芳烃、芳香族和卤代芳香族化合物、脂肪族和氯化脂肪族化合物、有机氰化物等，若含量很高，则可先通过湿式氧化法等进行处理，可大大降低有害化合物的浓度，并可提高残余有机物的可生化性，如有必要，还可以采用化学法如焚烧做最终处理，可使有害物质的去除率达到环保要求。随着工业的发展和人们对环境要求的不断提高，生物处理技术的不足就逐渐显现出来，如难降解有机物的去除、水体的富营养化、高浓度高COD工业废水、微污染水源的治理都是生物处理技术已面临的难题。高浓度有机废水水质特点和性质及危害1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：一是有机物浓度高。COD一般在2000mg/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。二是成分复杂。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。三是色度高，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。四是具有强酸强碱性。2高浓度有机废水的危害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。一是需氧性危害：由于生物降解作用，高浓度有机废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。二是感观性污染：高浓度有机废水不但使水体失去使用价值，更严重影响水体附近人民的正常生活。三是致毒性危害：超高浓度有机废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，危害人体健康。高浓度有机废水的处理方法及工艺简介1物理化学处理方法       物理化学处理方法主要以光化学混凝法、超临界水氧化法、氧化-吸附法、焚烧法等为代表。l光化学混凝法光化学混凝法是通过紫外光照射产生自由基而引发聚合反应，使废水 中小分子有机物转化为大分子悬浮物，继而混凝沉淀去除。该法投资仅为湿式氧化法的1/8-1/5，反应在常压下进行，易于操作，催化剂用量仅为光催化氧化法的1/10，对废水有机物浓度和BOD5/COD值没有限制。光化学混凝法处理流程如图1所示。其中光化学反应箱内壁用氯磺化聚酯漆进行了防腐处理，并设可调加热装置。待处理废水进入均质槽(必要时调节pH)，经流量计计量、加热器加热，然后进入光化学反应箱。向箱内加入催化剂，反应温度控制在40-45℃。废水在光化学反应箱中停留30min，经紫外光照射并发生聚合反应。反应箱的出水进入混凝沉淀槽，加入混凝剂进行混凝沉淀，再经过滤装置过滤后排出。用此法处理不饱和聚酯废水，COD总去除率为91.9%，可回收残液22%，残液中主要含酯类化合物，可用来生产低档树脂类产品。与焚烧法相比，该技术具有能耗低，一次性投资费用少等优点。l超临界水氧化法 超临界水是指在温度和压力分别超过临界状态温度374℃和临界压力22MPa时水处于超临界状态。在超临界状态下，水就会处于一种既不同于气态，也不同于液态和固态的新的流体态一超临界状态，水的许多性质都发生很大的变化。在室温下，水因分子间存在大量氢键而具有较高的介电常数，而在超临界状态下，水的密度很低，氢键不存在或只有少量残存的氢键，所以，超临界水具有低的介电常数、高的扩散性和快的传输能力。这些性能的极大变化使超临界水具有很好的溶剂化特征，可与戊烷、苯、甲苯等有机物以任意比例相混溶，同时，一些只能少量溶于普通水的氧气、空气、氢气和氨气等也可以完全溶于超临界水中。由于超临界水对有机物和氧气都是极好的溶剂，因此，有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行，反应不会因相间转移而受限制。同时，高的反应温度(建议采用范围为400-6001℃)也使反应速度加快，可以在很短时间内有效的破坏有机物结构。超临界水氧化法可用于各种有毒有害废水、废物的处理，对于大多数难降解有机物均能有很高去除率。有试验表明，有机碳含量在27000～33000mg/L之间的有机废水经超临界水氧化法处理，有机碳的破坏率超过99.97%，并且所有有机物都转化为二氧化碳和无机物。l其他方法氧化-吸附法：高浓度废水稀释后用煤粉进行初步混凝、吸附处理，然后用Fenton试剂催化氧化和酸性凝聚，再用煤粉混凝、吸附。经此法处理的废水 ，色度和COD可分别去除100%、90%，具有较好的处理效果。吸附后的煤粉用于燃烧，无二次污染，比使用活性炭作吸附剂更经济。焚烧法：焚烧法适用于处理高浓度有机废水。预处理后的废水经加压、过滤、计量后送至炉拱上方，由高压空气雾化专用喷嘴喷入炉膛蒸发焚烧。该法在保证锅炉安全运行的条件下，能对高浓度有机废水彻底处理，其优点是初投资省，运行费用低。若采用专门技术，焚烧效果良好，灰渣及飞灰含碳量均有所降低，对锅炉出力、效率均无显著影响。该法在实际推广应用中存在的缺点是：①废水水量受相配锅炉的限制；②对废水成分应详细分析，确保不影响锅炉本体燃烧；③该法在理论上有待进一步深入研究。吸附法：吸附法是用具有很强吸附能力的固体吸附剂，使废水中的一种或数种组分富集于固体表面的方法。常用的吸附剂有活性炭和树脂，活性炭再生和洗脱困难；树脂吸附具有实用范围广，不受废水中无机盐的影响，吸附效果好，洗脱和再生容易，性能稳定等优点，因而在超高浓度有机废水处理中，最常用的吸附剂为树脂吸附剂。树脂吸附法可用于处理含酚、苯胺、有机酸、硝基物、农药、染料中间体等废水，是一种处理有机废水的有效方法。2生物学处理方法生物处理按参与作用的微生物种类和供氧情况，可分为好氧法和厌氧法两大类。l好氧生物法 好氧生物法一般用于处理低浓度有机废水，但近年来研制出一些高效的好氧生物处理工艺，可用于处理高浓度有机废水，如深井曝气和好氧流化床等。在特定条件下，如场地面积小，可以考虑应用深井曝气法；某些含有抑制厌氧菌物质的废水，可采用高效好氧处理装置。1深井曝气法(DSP) 常见的深井曝气法处理工艺流程如图2所示。       DSP是20世纪70年代初，英国皇家化学工业公司在进行利用好氧细菌生产单细胞蛋白的研究时派生出来的一种工艺。它改变了传统生化法处理污水时氧的转移率，增大氧气与液膜的接触面积，提高了氧的饱和浓度及其利用率，具有很好的处理效果。DSP法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%-90%。动力效率很高，处理效果极好。此外，还具有产泥量少，不受气温影响，不产生污泥膨胀，占地面积小、效能高、能耗低、耐冲击负荷性能好、操作简单、易于管理、投资少等优点。因此，它广泛应用于现代化学合成工业的高浓度有机废水的治理，如塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染料、溶剂、涂料、农药、食品添加剂、药品等工业。2 好氧生物流化床法(ABFB) ABFB法是澳大利亚科学家于20世纪70年代初开发的工业废水生物处理工艺。这种工艺的特点是反应器内填料的表面积超过3300m2/m3，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。l厌氧生物处理法厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物。大分子的有机物首先被水解成低分子化合物，然后被转化成CH4和CO2等。自20世纪70年代以来，我国在研究和开发处理高浓度有机废水的厌氧水解、厌氧消化技术方面取得了显著成绩，其优点是运行费用低。厌氧水解法、厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床等已被广泛用于处理高浓度有机废水。1厌氧滤池(AF)AF是美国斯坦福大学的2位学者首先研制的。装置中填满了砂砾、卵石、塑料或纤维等，厌氧微生物附着在填料的巨大表面上，可维持较高的生物量和较少的SRT。一般采用上流式，在中温条件下也可采用下流式。表1为国内外AF商业应用效果。  2升流式厌氧污泥床(UASB)UASB是荷兰农业大学几名教授在AF基础上发展起来的，其特点是反应器的上部设置1个气、固、液三相分离器，混合液中的污泥能自动回到反应区以维持较多的生物量和较长的SRT，整个反应器由反应区和沉淀区两部分组成。从表2可以看出，UASB具有很高的容积负荷率和污泥负荷率。l催化氧化处理法 该方法是在高效表面催化剂存在的条件下，利用二氧化氯在常温常压下氧化高浓度有机废水。在降解COD的过程中，打断有机分子中的双键发色团，如偶氮基、硝基、硫化羰基、碳亚氨基等，达到彻底脱色的目的，同时有效提高BOD5/COD值。一般的高浓度有机化工废水 色度高，有机物难以降解。采用“物化-催化氧化-生化”处理方法，可使高浓度有机化工废水达标。与其他厌氧生物处理装置相比，UASB以其处理能力强，处理效果好，操作简单等特点，正越来越受到人们的青睐，在处理悬浮物含量少的高浓度有机废水方面正发挥着越来越重要的作用。与好氧法相比，厌氧法处理高浓度有机废水具有以下优点：①剩余污泥量少，污泥易于脱水，需营养少；②不需曝气所需的能量；③甲烷作为产物，是一种有用的终产物；④能在较高的负荷下运行；⑤活性厌氧污泥能保存几个月。3催化氧化处理法该方法是在高效表面催化剂存在的条件下，利用二氧化氯在常温常压下氧化高浓度有机废水。在降解COD的过程中，打断有机分子中的双键发色团，如偶氮基、硝基、硫化羰基、碳亚氨基等，达到彻底脱色的目的，同时有效提高BOD5/COD值。一般的高浓度有机化工废水色度高，有机物难以降解。采用“物化-催化氧化-生化”处理方法，可使高浓度有机化工废水达标。与其他厌氧生物处理装置相比，UASB以其处理能力强，处理效果好，操作简单等特点，正越来越受到人们的青睐，在处理悬浮物含量少的高浓度有机废水方面正发挥着越来越重要的作用。与好氧法相比，厌氧法处理高浓度有机废水具有以下优点：①剩余污泥量少，污泥易于脱水，需营养少；②不需曝气所需的能量；③甲烷作为产物，是一种有用的终产物；④能在较高的负荷下运行；⑤活性厌氧污泥能保存几个月。 4多种方法结合的工艺多种方法结合的工艺1物化+生化法洗毛废水是一种高浓度、富含大分子(长链状或环状)有机物，须作特殊断链处理的特殊废水。同时洗毛废水富含羊毛脂，油脂量高达0.8%-2.6%，含泥沙量1%-3%，加上废水中含碱、皂、表面活性剂，易形成乳浊液，为碱性乳化废水。由于BOD。和COD值高，加上排放量不定量，排放不定时，采用传统处理方式或单一处理工艺，都不可能达到净化目的和排放标准。针对这种特殊情况，广东南海品德毛条厂采用预处理、物化和生化的多级处理技术，使废水经处理后，达到较为理想的效果。洗毛废水经预处理后，用泵抽到曝气沉砂调节鸽，使不同时间排出的高浓度废水和低浓度废水混合均匀后再进入三效反应器，整个过程必须注意各处理工序的浓度控制，按各工序所要求处理浓度指标进行调整，如物化工序要求把浓度指标由COD，在15000mg/L- 20000mg/L之间，调整为10000mg/L-12000mg/L。厌氧工序仍需相应调整浓度指标，保证厌氧进水(即物化出水)COD：在140omg/l以下，目的在于提高该工序的去除率，调节浓度指标的稀释水来源于清水池的回流水。根据污水中的有机物质成分，采用硫酸铝作混凝剂，聚丙烯酞胺作助凝剂，在物化中CODcr去除率可达90%以上，可使CODcr降至1000mg/L-1500mg/L。2 厌氧+好氧工艺该工艺的核心为厌氧技术．厌氧反应的效果直接影响到处理效果。在该工艺中，厌氧可采用UASB、ABR等，好氧则采用SBR、接触氧化、活性污泥等方法．以处理印染退浆废水为例，其工艺流程图为：3 电解催化+好氧工艺该工艺是利用电解催化氧化作用对废水进行前期的预处理，降低COD，提高可生化性、去除有毒物质。以处理抗生素废水为例子，其处理工艺流程为：'