蘇州高濃度有機污水處理一體化設備品質(zhì)為本

蘇州高濃度有機污水處理一體化設備品質(zhì)為本 

隨著(zhù)全球工業(yè)化進(jìn)程加快，水環(huán)境受到有機污染已成為全球性環(huán)保議題之一。有機污染物主要來(lái)自大規模高濃度有機廢水的排放，主要來(lái)自焦化、制藥、造紙、印染、石化以及食品加工等領(lǐng)域。高濃度有機廢水主要是指COD和BOD5達到或超過(guò)幾千甚至幾萬(wàn)毫克每升的廢水。該類(lèi)廢水直接排放會(huì )對水環(huán)境造成嚴重破壞，可危害人體健康，引起急慢性中毒和致畸、致癌等遠期危害。在淡水資源和能源日益短缺的今天，探索高濃度有機廢水處理以及資源化利用技術(shù)已成為的環(huán)保議題之一。

　　1、高濃度有機廢水處理難點(diǎn)和現狀

　　高濃度有機廢水難于處理的原因是由其特性決定的，該類(lèi)廢水主要有幾種特點(diǎn)：有機物濃度較高;含較多生物難降解物質(zhì);含鹽量較高;廢水出水水質(zhì)不穩定等。目前，處理高濃度有機廢水，大多采用傳統的生物處理法。該類(lèi)方法本身存在較大問(wèn)題，以廣泛應用的AA/O法為例，根據實(shí)際運行狀況，存在反應池容積較大、能耗較高、污泥回流量大、脫氮效果有限等缺點(diǎn)。因此，本文主要介紹了包括傳統的生物法和物理化學(xué)法的創(chuàng )新和改進(jìn)，新型的膜分離法以及以上方法的組合工藝。

　　2、高濃度有機廢水處理技術(shù)

　　傳統生物處理法存在缺陷，本文主要介紹改進(jìn)的生物法和物理化學(xué)法，重點(diǎn)介紹了膜分離法的應用。各方法優(yōu)缺點(diǎn)并存，在實(shí)際工程運作中，需要仔細分析廢水水質(zhì)，合理選擇和設計技術(shù)方案。

　　2.1 生物法

　　生物法技術(shù)成熟，處理效果穩定，主要分為利用好氧微生物的好氧處理法與利用厭氧微生物的厭氧處理法。微生物在酶的催化作用下，以高濃度有機廢水中大量有機以及少量無(wú)機物質(zhì)為新陳代謝的底物，凈化了水質(zhì)同時(shí)合成了自身。目前，研究熱點(diǎn)主要集中于新型生物處理工藝的開(kāi)發(fā)以及傳統生物法與其他處理技術(shù)的組合應用。

　　好氧生物處理工藝的開(kāi)發(fā)應用起步較早，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展和改進(jìn)，廣泛應用于各高濃度有機廢水處理領(lǐng)域。單一好氧工藝處理效果有限，與其它工藝組合使用是其發(fā)展趨勢。Marcelino等采用好氧生物降解和臭氧氧化相結合的工藝，針對某藥企高濃度制藥廢水進(jìn)行處理研究，結果表明：廢水中COD去除率達到98%，超過(guò)99%的抗生素得到去除。Caluwé等利用石化廢水成功實(shí)現好氧污泥顆?；?，利用兩組SBR反應器處理高濃度石化工業(yè)廢水，COD和DOC去除率超過(guò)95%。厭氧生物處理是一種既節能又可以產(chǎn)能的技術(shù)，有機負荷高，剩余污泥數量少。Pandey等使用含有(PVA)凝膠珠的反應器作為生物膜載體的兩級填充床對有機廢水進(jìn)行厭氧處理，分階段系統顯示COD去除效率高達89%。

　　高濃度有機廢水成分復雜，處理難度大，單一的好氧或厭氧過(guò)程效果并不是十分理想。為了提升有機物的去除效果，研究人員一般將兩者組合后開(kāi)發(fā)利用各種新型技術(shù)。橄欖加工過(guò)程中的超堿性廢水導電性強、COD高，含大量酚類(lèi)化合物。Polonio等研究厭氧階段對SBR性能的影響(對于COD和酚類(lèi)化合物去除效率)，對不同的厭氧/需氧反應時(shí)間進(jìn)行評估，結果發(fā)現：該類(lèi)廢水在SBR中處理效果較好，由于交替的厭氧和好氧條件，污泥的產(chǎn)生減少。Lv等采用厭氧-缺氧-需氧組合過(guò)程進(jìn)行中藥制藥廢水處理的中試研究，發(fā)現該組合過(guò)程的出水質(zhì)量符合中國中藥廢水排放標準(GB21906-2008)。

　　經(jīng)過(guò)百余年的發(fā)展，生物處理法技術(shù)成熟，對各類(lèi)污染物去除效果較好，且運行費用低廉。然而，反應池占地面積大、建設投資高、污泥產(chǎn)量大、運行維護麻煩等也是其固有缺點(diǎn)。隨著(zhù)國家環(huán)保標準的日益嚴格，傳統生物處理法的缺點(diǎn)限制了其推廣應用。

　　2.2 物理化學(xué)法

　　高濃度有機廢水中很多污染物可生化性較低，研究人員通常利用物化法作為生物法的預處理，既可降低廢水有機物的濃度，又能改善生物降解性。傳統或新型物化技術(shù)對多種污染物有著(zhù)良好的處理效果，應用較多的方法主要有：混凝、吸附、高級氧化、電化學(xué)和離子交換等。在實(shí)際水處理工程中，通常將各類(lèi)方法聯(lián)合使用。

　　高級氧化技術(shù)是以羥基自由基為核心氧化劑，能夠快速氧化環(huán)境中的各類(lèi)有機與無(wú)機污染物，主要包括：濕式氧化、超臨界水氧化、臭氧氧化、氯氧化以及光化學(xué)氧化等。PengXu等在實(shí)驗室中，構建了一種將微波催化氧化(MCO)和MBBR工藝相結合的新型體系，用于處理經(jīng)過(guò)生物預處理后的魯奇煤氣化廢水。分析表明，MCO消除了大多數生物難降解化合物，并將BOD5/COD從0.08提高到0.48;同時(shí)，出水符合排放標準，總運行成本較低，很有前景。Cataldo等把異構光催化、均相臭氧化和顆?；钚蕴课?GAC)三種技術(shù)相結合用于處理模擬高濃度含鹽有機廢水，發(fā)現了不同方法之間的協(xié)同效應提高了有機化合物的氧化速率，特別是耦合臭氧化和光催化導致了反應率相對于總和的比例提高了20%。

　　高濃度有機廢水含有大量可溶性無(wú)機鹽，具有較高的導電性能，適用于電化學(xué)法處理。該方法主要包括電化學(xué)氧化還原、電凝聚、電氣浮、光電化學(xué)氧化以及內電解等。兒茶酚(鄰苯二酚)是橄欖油廢水中的可持續污染物之一。Ltaef等利用電芬頓(EF)，直接陽(yáng)極氧化(AO)，間接氧化等各種電化學(xué)過(guò)程，研究了鄰苯二酚水溶液的電化學(xué)處理，結果顯示：在優(yōu)化的操作條件下，TOC去除率均較高，使用不同的電化學(xué)途徑能夠處理劇毒性和非常耐藥的兒茶酚水溶液。Yuan等研究了太陽(yáng)能熱電化學(xué)工藝(STEP)處理廢水中的甲醛，室內和戶(hù)外實(shí)驗結果表明，該工藝對廢水中甲醛的處理智能且高效。

　　離子交換法借助離子交換劑上的離子和污水中的離子進(jìn)行交換反應而去除有害離子，關(guān)鍵在于選擇合適的離子交換劑和吸附、淋洗的條件。Lim等使用離子交換生物反應器(IEBR)處理電子束照射后的養豬場(chǎng)廢水，實(shí)驗結果表明：電子束照射后，IEBR成功處理養豬廢水中有機物和氮;在1.41kg/m3/d的有機符合下，COD最大去除率85.1%，TN最大去除率75%。Ortega等評估了通過(guò)強堿和弱堿陰離子交換樹(shù)脂從橄欖磨廢水中回收酚類(lèi)的連續流離子交換(IE)過(guò)程，發(fā)現酚類(lèi)去除效率隨著(zhù)pH值增加而增加，當pH值=7時(shí)去除效率高達94%。

　　與生物法相比，物化法具有占地面積較小，對廢水適應性較強，可去除高濃度有機廢水中的有毒有害物質(zhì)，易于操作和管理等優(yōu)點(diǎn)。然而，該方法消耗了較多的能源和物料，導致成本昂貴，也可能產(chǎn)生二次污染問(wèn)題。因此，在實(shí)際應用過(guò)程中，需要對廢水出水水質(zhì)進(jìn)行全面的經(jīng)濟和技術(shù)分析，合理設計水處理方案。

蘇州高濃度有機污水處理一體化設備品質(zhì)為本 

　　物化和生化法處理高濃度有機廢水優(yōu)缺點(diǎn)并存，兩者的組合工藝應用越來(lái)越廣泛，比如將物化法作為生化法的預處理，能提高對各類(lèi)污染物的去除效果。焦化廢水(CWW)成分復雜，具有異質(zhì)性和毒性，無(wú)害化處理較困難。為了提高污染物的去除效率，考慮到了CWW的組成和毒性特征，Liu等整合了一套包含物理/化學(xué)預處理，生物處理和物理/化學(xué)深度處理的廢水處理系統。預處理，包括脫脂和空氣浮選，油類(lèi)去除效率>85%;生物處理去除了84.1%的游離，93.5%的硫氰酸鹽和86.2%的總酚，表明有效的生物解毒;COD、NH3-N和TN的去除率分別為98.6%、95.4%和90%?？傮w而言，該綜合處理系統為中國等焦炭生產(chǎn)國的CWW處理技術(shù)改進(jìn)提出了新的選擇。Wu等將Fe-Ni催化微電解與曝氣生物濾池耦合，研究針對2，4，6-生產(chǎn)廢水處理，結果表明：在6.0h的最佳水力停留時(shí)間下，可以除去約98%的硝基芳族化合物，93%的化學(xué)需氧量和97%的色度，最終排放物符合國家排放標準要求(GB14470.1-2002)。

　　2.4 膜分離法

　　膜是一種具有選擇分離功能的材料，可對水中污染物在分子范圍內進(jìn)行分離。該方法優(yōu)點(diǎn)較多：無(wú)需投藥、污染物去除范圍廣、分離效果好、無(wú)化學(xué)變化以及設備緊湊易于實(shí)現自動(dòng)控制等。目前，應用較廣的技術(shù)主要有膜蒸餾、超濾、微濾、納濾和反滲透，以及膜反應器等。隨著(zhù)膜材料技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，膜分離法在高濃度有機廢水處理中的應用越來(lái)越廣泛。

　　2.4.1 膜蒸餾法

　　膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸餾過(guò)程相結合的膜分離過(guò)程，具有分離效率高、操作條件溫和、對膜與原料液間相互作用及膜的機械性能要求不高等優(yōu)點(diǎn)。Li等結合膜蒸餾(MD)系統與預凝結技術(shù)，開(kāi)展了處理經(jīng)過(guò)生物處理后焦化廢水(BCTW)的可行性研究，發(fā)現膜蒸餾可在無(wú)膜潤濕的情況下有效排除BCTW中的鹽和有機污染物。Wang等提出了一種新型微波輔助光催化膜蒸餾(MPMD)工藝，用于處理含有無(wú)機離子的煤氣化有機廢水。結果顯示，在120h以上的操作后，CODcr去除率高于96%，NH4+-N為98%。Wu等采用直接接觸膜蒸餾(DCMD)處理高濃度有機發(fā)酵廢水，系統考察了DCMD的性能特點(diǎn)，包括滲透通量，滲透水質(zhì)量以及膜污染等。實(shí)驗結果表明，在12hDCMD過(guò)程之后，超過(guò)95%的COD、TOC和蛋白質(zhì)被截留;膜表面沉積物很難通過(guò)水沖洗清洗，而大多數可以通過(guò)HCl溶液除去;總之，DCMD是一個(gè)有前景的處理高濃度有機發(fā)酵廢水處理工藝，進(jìn)一步研究應用需針對膜污染控制。

　　2.4.2 超濾、微濾、納濾和反滲透

　　根據截留分子量的不同，可將膜分為微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和反滲透膜(RO)等。在印染行業(yè)，人們越來(lái)越重視應用陶瓷納濾膜(NF)從高鹽度廢水中回收提取染料和鹽類(lèi)物質(zhì)(如NaCl)。Da等提出了水溶膠-凝膠法制備高通量氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)NF膜處理印染廢水，該膜的透水性為28L·m-2·h-1·bar-1，結果顯示：在合適的條件下，NaCl去除率達到98%以上，增白劑回收率為99%，表明陶瓷NF膜是處理染料廢水的合理技術(shù)。Zinatizadeh等合成納米復合超濾膜用于生物反應器以處理牛奶加工廢水(MPW)，以混合液懸浮固體(MLSS)和液壓保留時(shí)間(HRT)為兩個(gè)獨立變量。在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，COD去除率高達92%～99%。由于含有很多無(wú)機組分，污水處理廠(chǎng)二級處理出水一般不符合工業(yè)用水要求。Yen等在某中試基地，對比分析了“纖維過(guò)濾(FF)→超濾(UF)→反滲透(RO)"與“砂濾(SF)→反向電滲析(EDR)"兩組工藝對中國臺灣某工業(yè)園區高電導率廢水的處理效果，結果表明：FF-UF對濁度去除效果好，是適合RO的預處理過(guò)程;FF-UF-RO的性能高于SF-EDR，平均脫鹽率為97%，滲透電導率為272.7±32.0，濁度為0.183±0.02NTU，化學(xué)需氧量<4.5mg/L。

　　2.4.3 膜反應器

　　膜反應器是一種將膜過(guò)程和反應過(guò)程相結合的新技術(shù)，同時(shí)具備了反應和分離的步驟。Ng等評估了一種新型生物捕獲鹽沼沉積物膜反應器(BESMSMR)，用于處理高鹽度制藥廢水。在實(shí)驗過(guò)程中，BESMSMR與傳統的膜生物反應器(CMBR)和鹽沼沉積物膜生物反應器(SMSMBR)以及生物截留膜反應器(BEMR)平行運行，所用的制藥廢水平均化學(xué)需氧量(TCOD)為(17931±1851)mg/L，總溶解固體(TDS)為(20881±2030)mg/L。結果發(fā)現，BESMSMR處理效果優(yōu)于其他MBR，實(shí)現大約82%的TCOD和20%的TN去除效率。氯化有機物的存在增加了有機廢水處理的難度，Ding等開(kāi)發(fā)了一種催化膜反應器使2，4，6-三氯2，4，6-TCP)脫氯并同時(shí)降解礦化有機物，結果顯示：最佳操作條件下，2，4，6-TCP中的96.9%降解，43.8%礦化，表明催化膜反應器具有很好的去除各種有機污染物的能力。Pajoumshariati等評估了膜序批式反應器(MSBR)用于處理石油煉油廢水(PRW)，GC/MS分析表明：PRW的大部分有機成分被清除，平均COD、O&G(油脂)和TPH去除效率分別為80%、82%和93.4%，膜的使用增強了各類(lèi)污染物去除效果。

　　3、廢水資源、能源化

　　上述廢水處理技術(shù)雖然能夠取得較好效果，但高濃度有機廢水排放量日益增加，其中含有大量的資源和能源物質(zhì)。在環(huán)境污染和能源危機的新態(tài)勢下，環(huán)保工作者應將廢水視為可再生、可利用的資源，有利于提高水資源利用的綜合經(jīng)濟效益，促進(jìn)經(jīng)濟社會(huì )的可持續發(fā)展。目前，針對高濃度有機廢水資源、能源化的研究熱點(diǎn)主要有提取回收有效組分、發(fā)酵法生物制氫、生產(chǎn)微生物絮凝劑以及同步產(chǎn)電等。

　　Naidu等評估了應用膜蒸餾(MD)技術(shù)回收利用廢水回收廠(chǎng)(WRP)排放的含大量有機物的反滲透濃縮物(WWROC)，該技術(shù)能夠實(shí)現WWROC的85%的水回收，生產(chǎn)高質(zhì)量的滲透物(10～15μS/cm，99%離子截留)。Bhattacharya等采用單獨陶瓷微濾法與新型生物吸附劑組合處理高有機負荷農業(yè)廢水，顯示出很大的處理潛力，可大量回收磷和鉀等必需營(yíng)養物質(zhì)用于農業(yè)利用。Racar等使用SBR、砂濾、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)的組合工藝處理煉油廠(chǎng)廢水，所得到的高質(zhì)量滲透物可用于蒸汽發(fā)生和洗滌車(chē)輛與車(chē)間地板。糖漿加工廢水成分復雜，有機負荷較高，Lianhua等添加糖漿加工廢水處理青貯飼料樣品，得到了較高的乳酸濃度，較低的pH值和NH3-N濃度，表明該廢水可以作為一種替代青貯飼料添加劑。Wang等將廢棄零價(jià)鐵(SZVI)應用于上流厭氧固定床(UAFB)，以研究費托(F-T)廢水的處理，提高了COD去除效率和促進(jìn)了甲烷生產(chǎn)。目前，廢水處理系統設計越來(lái)越注重回收能源和有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)。Chen等對典型生活污水處理系統的能源生產(chǎn)和減排開(kāi)展了生命周期評估，發(fā)現沼氣和污泥的再利用能夠抵消系統的的安裝和運行成本，對整體能源平衡和環(huán)境績(jì)效具有重要意義。

　　4、污泥處理與回收利用

　　高濃度有機廢水處理過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的污泥，含有較多的有機物、病原微生物、重金屬、氮磷營(yíng)養物以及其它有毒有害物質(zhì)等，若不加處理隨意堆放，可能對環(huán)境造成新的污染。污泥處理的最終目的是實(shí)現污泥的減量化、穩定化、無(wú)害化和資源化。目前，研究人員比較重視污泥的資源化處理。

　　Goel等開(kāi)展了通過(guò)造紙廠(chǎng)污泥(PMS)和土壤二元混合制造環(huán)保輕質(zhì)磚的實(shí)驗研究，發(fā)現在900℃的焙燒溫度下10%PMS與兩種土壤的混合取得最佳制磚效果。由于瀝青質(zhì)含量高，油性污泥是有前景的活性炭生產(chǎn)材料，Wang等提出了利用危險油性污泥轉化制備高質(zhì)量的活性炭用于水污染物吸附，取得了良好的效果。Lin等開(kāi)發(fā)了新型化學(xué)一級沉淀(CEPS)和污泥發(fā)酵相結合的方法，用于去除市政污水中營(yíng)養物質(zhì)、節約能耗并且回收利用資源，結果顯示：在天然發(fā)酵條件下，CEPS污泥經(jīng)過(guò)有效的水解和酸化，產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，釋放磷酸鹽可作為寶貴資源。通過(guò)使用CEPS，廢水中約27%的有機碳可以通過(guò)污泥發(fā)酵回收，約23%的磷回收用于生產(chǎn)藍鐵礦肥。Shiu等開(kāi)展生命周期評估，用于評估與工廠(chǎng)資源管理策略相關(guān)的環(huán)境影響和效益，結果表明：污水處理廠(chǎng)水和污泥處理能耗占總量最高達98.6%，通過(guò)將再生廢水再利用于農業(yè)生產(chǎn)(富營(yíng)養化潛力降低27.8%)，重新利用污泥進(jìn)行土地利用(全球變暖趨勢降低157%)，并通過(guò)再生污泥焚燒產(chǎn)生能源，可以實(shí)現巨大的環(huán)境優(yōu)勢。