張紹坤

（北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027）

1 緒論

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)化的加速，工業(yè)廢水的產(chǎn)生量越來越大，如不及時有效地處理，將會對環(huán)境造成重大污染。由于工業(yè)廢水的處理需要較高的成本，一些企業(yè)直接將工業(yè)廢水排入河流、湖泊等，給生態(tài)環(huán)境和人類生活帶來了很大的危害。因此，在擴(kuò)大工業(yè)生產(chǎn)的同時應(yīng)加快工業(yè)廢水的處理步伐。

含酸廢水大多來源于制藥、印染、化工等工礦企業(yè)，在工業(yè)廢水中占有較大比重。含酸廢水一般具有pH值低、含鹽量較高、重金屬含量超標(biāo)、熱值低、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，是污水處理行業(yè)公認(rèn)的高難度處理廢水[1]。這些廢水對環(huán)境造成的危害主要有：

（1）需氧性危害

由于生物降解作用，含酸廢水會使受納水體缺氧，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

含酸廢水不但使水體失去使用價值，嚴(yán)重影響到水體周邊居民的正常生活。

（3）致毒性危害

含酸廢水中含有酸類物質(zhì)、重金屬等，會在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲存，最后進(jìn)入人體，從而危害人體健康。

2 含酸廢水處理方法

常用的含酸廢水的處理方法主要有：生物處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和物化處理技術(shù)等。

2.1 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是目前廢水處理最常用的方法之一，具有應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。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)污染組分的生物技術(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。目前，生物處理廢水的主要方法有好氧生物、厭氧生物、生物膜法、酶生物處理技術(shù)以及發(fā)酵工程等。

2.2 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)反應(yīng)將廢水中的污染物轉(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?；瘜W(xué)氧化法反應(yīng)速度快、便于控制，但成本較高，通常難以將難降解的有機(jī)物一步氧化成無機(jī)物質(zhì)，而且目前對中間產(chǎn)物控制的研究較少。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[3]。

2.3 物化處理技術(shù)

物化處理技術(shù)是指廢水中的污染物在處理過程中通過相轉(zhuǎn)移的變化而達(dá)到去除目的的處理技術(shù)，物化處理技術(shù)可以單獨(dú)用于廢水處理，還可作為生物處理工序的預(yù)處理或后處理工序。一般常用的物化處理技術(shù)有氧化還原法、吸附法、反滲透法、電絮凝法、氣浮法等。

（1）氧化還原法

該方法是指利用氧化還原反應(yīng)，將廢水中的有害成分氧化或還原成無害的物質(zhì)而加以除去。氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于各種物化處理過程中，是最基本的技術(shù)之一。

（2）吸附法

吸附法是指利用多孔性固體吸附廢水中某種或幾種污染物，回收或去除污染物，從而使廢水得到凈化的方法。常用的吸附劑有粉末活性炭、煤質(zhì)柱狀活性炭、人造浮石、腐殖酸（鈉）、高嶺土、漂白土、硅藻土、皂土等。

（3）反滲透法

該方法是利用半透膜將濃、稀液隔開，以壓力差作為推動力，施加超過溶液滲透壓的壓力，使其改變自然滲透方向，將濃液體中的水壓滲到稀溶液的一側(cè)[4]。可實(shí)現(xiàn)廢水濃縮和凈化目的。經(jīng)過反滲透法處理的廢水濃度發(fā)生了變化，但仍需要進(jìn)一步處理。

（4）電絮凝法

該方法的反應(yīng)原理是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直流電的作用下，陽極被溶蝕，產(chǎn)生Al3+、Fe2+等離子，在經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物以至氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離，同時，帶電的污染物顆粒在電場中泳動，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)聚沉（如圖1所示）。

圖1 電絮凝反應(yīng)原理

廢水進(jìn)行電解絮凝處理時，不僅對膠態(tài)雜質(zhì)及懸浮雜質(zhì)有凝聚沉淀作用，而且由于陽極的氧化作用和陰極的還原作用，能去除水中多種污染物。電絮凝技術(shù)被廣泛應(yīng)用于處理食品廢水、印染廢水、油田污水、旅館廢水、廚房廢水、垃圾滲濾液中的有機(jī)污染物以及廢水脫氟和含有毒重金屬廢水處理等[5]。

（5）氣浮法

氣浮法通常包括充氣氣浮、溶氣氣浮、化學(xué)氣浮和電解氣浮等多種形式。化學(xué)氣浮適用于懸浮物含量較高的廢水的預(yù)處理，具有投資少、能耗低、工藝簡單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，但不能有效地去除廢水中可溶性有機(jī)物，尚需用其他方法作進(jìn)一步的處理。

3 物化技術(shù)處理廢水的工程應(yīng)用

3.1 工程簡介

某化工廠常年產(chǎn)生的含酸廢水性質(zhì)如下表所示。

某化工廠廢水特性表

該廠平均年廢水產(chǎn)生量總量為1400t，考慮一定的富余量，該項目設(shè)計廢水處理量為1800t/a。全年按運(yùn)行300天計算，則廢水處理規(guī)模為6t/d。

該項目要求采用中和、氧化還原、沉淀、過濾等方法，對含酸廢水進(jìn)行處理，以有效去除重金屬離子和有害有機(jī)物，并使處理后的廢水基本呈中性，排放水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中第二類污染物最高允許排放濃度中的二級標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 物化處理技術(shù)工藝流程

根據(jù)廢水特性和處理要求，該項目的物化處理技術(shù)工藝流程如圖2所示。

圖2 物化處理工藝流程

該物化處理系統(tǒng)主要包括氧化還原反應(yīng)槽、中和反應(yīng)槽、板框壓濾機(jī)、電絮凝系統(tǒng)、氣浮反應(yīng)池以及輔助系統(tǒng)。含酸廢水通過耐腐蝕泵輸送到廢水池中，在池中進(jìn)行初步沉淀。需要處理時，首先將含酸廢水用輸送泵輸送到氧化還原反應(yīng)槽，并通過pH計調(diào)節(jié)，向反應(yīng)槽中投加鹽酸藥劑，邊加邊攪拌，使混合廢水pH值保持在3～4。在此過程中，還要向氧化還原反應(yīng)槽中加入適當(dāng)?shù)乃巹┤芤?，將毒性較大的重金屬離子氧化還原為無毒性或毒性較小的重金屬，該項目采用加入FeSO4溶液。根據(jù)溶液的氧化還原電位ORP值控制氧化還原終點(diǎn)，還原后的重金屬廢水和酸堿廢水一起進(jìn)入中和反應(yīng)槽。在中和反應(yīng)槽中，加入中和藥劑，中和藥劑以鹽酸和Na2S為主，通過pH計確定中和藥劑的投加量，使中和反應(yīng)槽內(nèi)pH值在8～10。在中和反應(yīng)槽內(nèi)，為了更好地使混合液中的固液完全分離，在反應(yīng)過程中還要加入PAM絮凝劑，使污水中的重金屬離子沉降分離出來。中和反應(yīng)槽底部廢水通過水泵進(jìn)入沉淀池沉淀，并通過板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離。由板框壓濾機(jī)擠壓產(chǎn)生的濾渣裝桶后，送到穩(wěn)定化/固化車間處理后填埋。沉淀池中的上清液和板框壓濾機(jī)擠壓產(chǎn)生的濾液進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)。

由于沉淀池的上清液和板框壓濾機(jī)擠壓產(chǎn)生的濾液中含有高濃度的無機(jī)酸根離子，而后續(xù)的污水處理站主體工藝通常是生化處理，若某些濃度較高的酸根離子進(jìn)入水體，含對污水處理站的生化系統(tǒng)有毒性或抑制作用，影響后續(xù)工藝的正常運(yùn)行，故該項目對其進(jìn)行預(yù)處理，利用電絮凝系統(tǒng)和氣浮沉淀池使廢水中相應(yīng)的酸根離子降到一定濃度，以免影響后續(xù)的污水處理站工藝系統(tǒng)，利于其后續(xù)的污水處理正常運(yùn)行。氣浮沉淀池中產(chǎn)生的沉淀物送往板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓縮，其上清液通過水泵輸送到污水處理廠。

4 物化技術(shù)處理廢水的優(yōu)缺點(diǎn)

通過物化技術(shù)在處理含酸廢水中的應(yīng)用，可以看出其具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）重金屬去除效率高。通過對經(jīng)過物化技術(shù)處理過的廢水的檢測，發(fā)現(xiàn)重金屬的去除率可高達(dá)99%，因此處理后的廢水可以進(jìn)入普通污水處理廠。

（2）物化處理技術(shù)可以處理成分復(fù)雜的含酸廢水。很多含酸廢水成分復(fù)雜，含有重金屬離子、酸根離子、有害有機(jī)物等，是世界上公認(rèn)的難處理廢水，通過物化處理技術(shù)可以將其中的有害成分充分去除。

（3）物化處理技術(shù)工藝流程簡單，自動化程度高。

但是，通過分析項目的實(shí)際運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)目前物化處理技術(shù)還存在一些不足，需要進(jìn)一步加以改進(jìn)，具體如下：

（1）處理成本較高

物化處理技術(shù)在處理含酸廢水的過程中，需要向其中添加各種化學(xué)藥劑，廢水成分越復(fù)雜，需添加的藥劑越多，導(dǎo)致了廢水處理成本較大。

（2）物化處理技術(shù)工藝控制點(diǎn)較難把握

對于不同的廢水，由于其中的成分不同，所用的物化處理工藝的控制點(diǎn)也有所不同。因此，在處理廢水前多需要通過實(shí)驗，以確定物化處理工藝的控制點(diǎn)，具體包括溫度、pH值、反應(yīng)時間、藥劑添加量等，然后再將實(shí)驗結(jié)果應(yīng)用在工程中。

（3）物化處理后的廢水還需要進(jìn)一步處理

物化處理技術(shù)通常是作為污水處理廠的預(yù)處理工藝，故通過物化技術(shù)處理后的廢水需要進(jìn)一步通過常規(guī)污水處理技術(shù)進(jìn)一步處理。

5 結(jié)論

物化處理技術(shù)作為一種復(fù)雜廢水處理工藝，在國內(nèi)工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。物化處理技術(shù)具有處理廢水成分復(fù)雜、重金屬去除率高、工藝流程簡單、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，通常作為復(fù)雜廢水處理的預(yù)處理工藝。但是，物化處理工藝還存在一些不足，如處理費(fèi)用高、工藝控制點(diǎn)難把握等，需要進(jìn)一步加以克服。隨著物化處理技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)和新材料將在物化處理廢水工程中應(yīng)用，使物化處理技術(shù)更加完善，處理成本更低，促進(jìn)物化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用更加廣泛。

[1]劉梅華.高含鹽量濃廢水處理的探討[J].化工安全與環(huán)境，2007，886（24）：22-23.

[2]唐受印，戴友芝.水處理工程師手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2000，4：364-380.

[3]王芳，王增長，侯安清.高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì).2005，15（23）.

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[5]馮俊生，許錫煒，汪一豐.電絮凝技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2008，31（8）：87-89.