淺談污水處理廠工藝的優(yōu)化

淺談污水處理廠工藝的優(yōu)化

隨著國(guó)家頒布“水10號(hào)”，污水處理、廢水處理和污染物排放進(jìn)入“新?tīng)顟B(tài)”，國(guó)家和地方對(duì)污水排放指標(biāo)的要求也有所增加。以污水化學(xué)需氧量（COD）為例，針對(duì)不同行業(yè)的國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)（石油化學(xué)工業(yè)GB31571—2015目前，針對(duì)工業(yè)有機(jī)廢水處理的工藝路線已相對(duì)成熟，大部分的處理工藝為“物化-生化-深度”3個(gè)處理步驟。經(jīng)絮凝沉降、浮選等物化方法及生化工藝后，大部分COD可以被去除，但生化出口的COD仍然可達(dá)100mg/L，甚至更高，并且生化后污水中殘余的有機(jī)污染物分子尺寸更小、更加穩(wěn)定，COD的處理難度增大進(jìn)一步升級(jí)或建立新型污水深度處理工藝，實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水的高效達(dá)標(biāo)處理日漸成為業(yè)界的研究熱點(diǎn)。筆者在廣泛調(diào)研現(xiàn)有COD達(dá)標(biāo)深度處理技術(shù)（即可將COD去除至低于50～80mg/L的深度處理技術(shù)）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析對(duì)比了各類技術(shù)的處理效果及存在問(wèn)題，以期為實(shí)現(xiàn)COD處理技術(shù)的提升尋找潛在的發(fā)展方向。1廢水來(lái)源的d值特征煤炭、石油化工、鋼鐵、煉焦、印染、造紙等各行業(yè)產(chǎn)生的高COD有機(jī)工業(yè)廢水，經(jīng)物化及生化工藝處理后，存在的共性特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1)COD值依然無(wú)法滿足國(guó)家排放需求，一般在100～300mg/L，有的甚至高達(dá)500mg/L;(2)COD組成復(fù)雜且不盡相同。有機(jī)污染物可能包含油類、酚類、多環(huán)芳烴、苯系衍生物以及含氧、氮、硫的雜環(huán)和多環(huán)化合物，同時(shí)又因廢水來(lái)源不同，各類污染物的種類及含量又不盡相同；（3）生物可降解性進(jìn)一步變差。經(jīng)生化處理后，基本可被去除的有機(jī)物已全部被降解，剩余的COD值雖然不高，但卻極難被生物降解，需要更高效的處理手段2cod標(biāo)準(zhǔn)深度處理技術(shù)2.1cod的去除Fenton氧化是通過(guò)H方健何曉峰羅志剛郭慶英等綜上所述，基于Fenton氧化的組合技術(shù)置于生化處理工段后，具備較好的COD去除效果，適用的進(jìn)水COD質(zhì)量濃度低于300mg/L，但存在藥劑加量大、酸性環(huán)境、伴隨產(chǎn)生大量絮渣、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，當(dāng)COD達(dá)到一定的去除率后，無(wú)法再繼續(xù)去除有機(jī)物，易造成H2.2污水深度處理方面，scwo的應(yīng)用超臨界水氧化（SupercriticalWaterOxidation,SCWO）技術(shù)是近期發(fā)展起來(lái)的新興綠色水處理技術(shù)，其原理是水在超臨界狀態(tài)下（溫度>374℃，壓力>24MPa）兼具氣液兩重性，同時(shí)其密度連續(xù)可變，電介質(zhì)常數(shù)及黏滯度降低，使超臨界水轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散能力強(qiáng)、溶解度高的理想反應(yīng)介質(zhì)。SCWO雖然需要較高的壓力和溫度，但所需停留時(shí)間很短，幾十秒時(shí)間就能完成污水的深度氧化處理，污染物的脫出消除效果很好，處理污水一般不需要進(jìn)一步處理，對(duì)各種有機(jī)污染物的處理具有普適性。污水中的有機(jī)物在富氧的超臨界介質(zhì)中與羥基自由基反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和鹽類等無(wú)機(jī)小分子化合物，無(wú)二次污染產(chǎn)生，另外在超臨界介質(zhì)中，水、有機(jī)物和O尹建坤等王皤等趙朝成等閆澤等于廣欣等張春雨等SCWO技術(shù)應(yīng)用于污水深度處理時(shí)，具備較徹底的COD去除效果，廢水無(wú)需經(jīng)過(guò)任何預(yù)處理，適用的COD濃度可高達(dá)上萬(wàn)mg/L，且處理時(shí)間較短，不失為一種卓有成效的COD去除技術(shù)。但從目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，仍處于中試試驗(yàn)階段，還未達(dá)成真正的工業(yè)應(yīng)用，究其原因主要有2個(gè)方面：其一是腐蝕問(wèn)題，由于SCWO的高溫、高壓、高溶解氧以及污水含硫、含氯、高鹽分特性，易造成嚴(yán)重的材料腐蝕問(wèn)題，從而影響系統(tǒng)正常工作壓力，且產(chǎn)生的其他離子還會(huì)造成二次污染問(wèn)題；其二為鹽堵塞問(wèn)題，常溫下水是大多數(shù)鹽的溶劑，而在超臨界水中無(wú)機(jī)物的溶解度減小，鹽產(chǎn)生沉淀。某些鹽的黏度較大，有可能引起反應(yīng)器的堵塞，使得污水處理無(wú)法正常操作。另外，系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)也是研究的一項(xiàng)重要課題，超臨界水氧化針對(duì)高濃污水具有自熱特性，商業(yè)運(yùn)行時(shí)必須考慮系統(tǒng)熱量的獲取，以降低污水的處理費(fèi)用。由此看來(lái)，SCWO技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究及實(shí)驗(yàn)。2.3程序法氧化法電化學(xué)氧化技術(shù)是在電流作用下使廢水中的有機(jī)物在電極表面或者溶液中發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化或分解為無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)的過(guò)程。金屬氧化物吸附羥基自由基理論是被普遍接受的電化學(xué)氧化法機(jī)理，氧化途徑分為直接氧化和間接氧化2種，且一般同時(shí)存在。直接氧化是水中有機(jī)物直接與陽(yáng)極接觸反應(yīng)失去電子或者被高電勢(shì)產(chǎn)生的羥基自由基氧化為小分子化合物和二氧化碳；間接氧化過(guò)程是利用水中的陰離子與陽(yáng)極接觸產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物進(jìn)一步氧化有機(jī)物使之分解。電化學(xué)氧化技術(shù)作為高級(jí)氧化技術(shù)的一種，在處理造紙廢水、印染廢水、含油污水等難降解有機(jī)廢水方面都有應(yīng)用研究，電化學(xué)氧化技術(shù)處理廢水時(shí)的降解效率和降解產(chǎn)物隨陽(yáng)極材料的改變而產(chǎn)生變化，也就是說(shuō)陽(yáng)極材料是影響電化學(xué)氧化過(guò)程中有機(jī)物降解去除效果和能耗的主要因素之一尹先清等高立新等程迪等王燕等Wang等電化學(xué)氧化法作為一種清潔的高級(jí)氧化技術(shù)因其用藥少、產(chǎn)泥少，成為最具前景的技術(shù)之一，并逐漸在工業(yè)廢水的處理中得到應(yīng)用。目前可將COD處理至50～80mg/L的單一電化學(xué)技術(shù)大多為三維電極電化學(xué)技術(shù)，三維電極相比二維電極處理量大、電流效率高、比表面積大、傳質(zhì)距離短、迅速氧化能力強(qiáng)且能量利用效率高，而該技術(shù)電極的選擇是關(guān)鍵，進(jìn)水COD應(yīng)小于300～600mg/L，另外，電化學(xué)技術(shù)也可作為生化處理的預(yù)處理過(guò)程，提高污水的可生化性。然而，電化學(xué)技術(shù)存在電極電阻大、電流效率低、能耗高、電極板材料成本高、選擇性不高等問(wèn)題，且電解過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生氧氣、氯氣、氫氣等氣體，帶來(lái)不安全因素，因此電化學(xué)氧化技術(shù)距離大規(guī)模推廣應(yīng)用依然存在較大差距。2.4微濾、超濾、反滲透ro的分離精度的確定膜過(guò)濾技術(shù)是利用具有選擇性分離功能的膜材料實(shí)現(xiàn)料液中不同組分的分離、純化、濃縮。其與傳統(tǒng)過(guò)濾的不同在于，膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且該過(guò)程是一種物理過(guò)程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。按照分離精度不同，膜過(guò)濾可分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）及反滲透（RO）等。目前在COD深度處理中研究比較多的為“MF/UF+RO雙膜工藝”。王勇軍等姜偉立等針對(duì)生化工段出水，MF/UF+RO雙膜工藝技術(shù)可將其COD處理至低于50mg/L，但進(jìn)水COD一般需控制在250mg/L以內(nèi)，具備處理效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但需對(duì)進(jìn)膜水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格控制，以避免發(fā)生膜污染現(xiàn)象，從而導(dǎo)致膜通量下降，甚至影響膜使用壽命。3微濾/超濾-反滲透雙膜工藝思考目前可實(shí)現(xiàn)COD提標(biāo)深度處理的工藝主要包括基于Fenton氧化的組合技術(shù)、超臨界水氧化技術(shù)、電化學(xué)氧化技術(shù)以及微濾/超濾-反滲透雙膜工藝等。基于Fenton氧化的組合技術(shù)存在藥劑加量大、酸性環(huán)境、伴隨產(chǎn)生大量絮渣、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。超臨界水氧化技術(shù)存在腐蝕及鹽堵塞問(wèn)題，成本控制距離商業(yè)運(yùn)行存在一定差距。電化學(xué)氧化技術(shù)存在能耗高、電極板材料成本高、電解過(guò)程中產(chǎn)生氧氣、氯氣、氫氣等氣體問(wèn)題。微濾/超濾-反滲透雙膜工藝的膜污染及使用壽命問(wèn)題仍有待