10種先進(jìn)工業(yè)廢水處理技術(shù)

導 讀

中國對廢水污染的治理與西方發(fā)達國家相比起步較晚，在借鑒國外先進(jìn)處理技術(shù)經(jīng)驗的基礎上，以國家科技攻關(guān)課題為平臺，引進(jìn)和開(kāi)發(fā)了大量的廢水處理新技術(shù)，某些項目已達到國際先進(jìn)水平。這些新技術(shù)的投產(chǎn)運行為緩解中國嚴峻的水污染現狀，改善水環(huán)境發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

01

我國工業(yè)廢水現狀

1.排放情況

近年我國工業(yè)廢水排放情況（單位：億噸）

近年我國工業(yè)廢水排放量比例變化情況

可見(jiàn)近些年來(lái)，我國工業(yè)廢水排放總量呈現逐年下降趨勢。2010年，工業(yè)廢水排放量為237.5億噸；2015年降低至199.5億噸。

2.2015年我國重點(diǎn)行業(yè)廢水排放情況

2015年，在我國工業(yè)廢水排放量中，化工、造紙、紡織及煤炭行業(yè)廢水排放總和幾乎占到一半，是工業(yè)廢水排放大戶(hù)。

3.近年來(lái)我國工業(yè)廢水處理情況

近年來(lái)，我國工業(yè)廢水處理量達到300-370億噸，處理率約為62%，雖然已取得顯著(zhù)進(jìn)步，但仍有很大提升空間。

02

以下是10種最新的工業(yè)廢水處理技術(shù)介紹與分析

1.膜技術(shù)

膜分離法常用的有微濾、納濾、超濾和反滲透等技術(shù)。由于膜技術(shù)在處理過(guò)程中不引入其他雜質(zhì)，可以實(shí)現大分子和小分子物質(zhì)的分離，因此常用于各種大分子原料的回收。

如利用超濾技術(shù)回收印染廢水的聚乙烯醇漿料等。目前限制膜技術(shù)工程應用推廣的主要難點(diǎn)是膜的造價(jià)高、壽命短、易受污染和結垢堵塞等。伴隨著(zhù)膜生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，膜技術(shù)將在廢水處理領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應用。

2.鐵碳微電解處理技術(shù)

鐵碳微電解法是利用Fe/C原電池反應原理對廢水進(jìn)行處理的良好工藝，又稱(chēng)內電解法、鐵屑過(guò)濾法等。鐵炭微電解法是電化學(xué)的氧化還原、電化學(xué)電對對絮體的電富集作用、以及電化學(xué)反應產(chǎn)物的凝聚、新生絮體的吸附和床層過(guò)濾等作用的綜合效應，其中主要是氧化還原和電附集及凝聚作用。

鐵屑浸沒(méi)在含大量電解質(zhì)的廢水中時(shí)，形成無(wú)數個(gè)微小的原電池，在鐵屑中加入焦炭后，鐵屑與焦炭粒接觸進(jìn)一步形成大原電池，使鐵屑在受到微原電池腐蝕的基礎上，又受到大原電池的腐蝕，從而加快了電化學(xué)反應的進(jìn)行。

此法具有適用范圍廣、處理效果好、使用壽命長(cháng)、成本低廉及操作維護方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，并使用廢鐵屑為原料，也不需消耗電力資源，具有“以廢治廢”的意義。目前鐵炭微電解技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于印染、農藥/制藥、重金屬、石油化工及油分等廢水以及垃圾滲濾液處理，取得了良好的效果。

3.Fenton及類(lèi)Fenton氧化法

典型的Fenton試劑是由Fe2+催化H2O2分解產(chǎn)生˙OH，從而引發(fā)有機物的氧化降解反應。由于Fenton法處理廢水所需時(shí)間長(cháng)，使用的試劑量多，而且過(guò)量的Fe2+將增大處理后廢水中的COD并產(chǎn)生二次污染。

近年來(lái)，人們將紫外光、可見(jiàn)光等引入Fenton體系，并研究采用其他過(guò)渡金屬替代Fe2+，這些方法可顯著(zhù)增強Fenton試劑對有機物的氧化降解能力，減少Fenton試劑的用量，降低處理成本，統稱(chēng)為類(lèi)Fenton反應。

Fenton法反應條件溫和，設備較為簡(jiǎn)單，適用范圍廣;既可作為單獨處理技術(shù)應用，也可與其他方法聯(lián)用，如與混凝沉淀法、活性碳法、生物處理法等聯(lián)用，作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法。　

4.臭氧氧化

某制藥廢水項目臭氧工藝流程

臭氧是一種強氧化劑，與還原態(tài)污染物反應時(shí)速度快，使用方便，不產(chǎn)生二次污染，可用于污水的消毒、除色、除臭、去除有機物和降低COD等。單獨使用臭氧氧化法造價(jià)高、處理成本昂貴，且其氧化反應具有選擇性，對某些鹵代烴及農藥等氧化效果比較差。

為此，近年來(lái)發(fā)展了旨在提高臭氧氧化效率的相關(guān)組合技術(shù)，其中UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等組合方式不僅可提高氧化速率和效率，而且能夠氧化臭氧單獨作用時(shí)難以氧化降解的有機物。由于臭氧在水中的溶解度較低，且臭氧產(chǎn)生效率低、耗能大，因此增大臭氧在水中的溶解度、提高臭氧的利用率、研制高效低能耗的臭氧發(fā)生裝置成為研究的主要方向。

5.磁分離技術(shù)

磁分離技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展的一種新型的利用廢水中雜質(zhì)顆粒的磁性進(jìn)行分離的水處理技術(shù)。對于水中非磁性或弱磁性的顆粒，利用磁性接種技術(shù)可使它們具有磁性。

磁分離技術(shù)應用于廢水處理有三種方法：直接磁分離法、間接磁分離法和微生物—磁分離法。

目前研究的磁性化技術(shù)主要包括磁性團聚技術(shù)、鐵鹽共沉技術(shù)、鐵粉法、鐵氧體法等，具有代表性的磁分離設備是圓盤(pán)磁分離器和高梯度磁過(guò)濾器。目前磁分離技術(shù)還處于實(shí)驗室研究階段，還不能應用于實(shí)際工程實(shí)踐。

6.等離子水處理技術(shù)

低溫等離子體水處理技術(shù)，包括高壓脈沖放電等離子體水處理技術(shù)和輝光放電等離子體水處理技術(shù)，是利用放電直接在水溶液中產(chǎn)生等離子體，或者將氣體放電等離子體中的活性粒子引入水中，可使水中的污染物徹底氧化、分解。

水溶液中的直接脈沖放電可以在常溫常壓下操作，整個(gè)放電過(guò)程中無(wú)需加入催化劑就可以在水溶液中產(chǎn)生原位的化學(xué)氧化性物種氧化降解有機物，該項技術(shù)對低濃度有機物的處理經(jīng)濟且有效。此外，應用脈沖放電等離子體水處理技術(shù)的反應器形式可以靈活調整，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，相應的維護費用也較低。受放電設備的限制，該工藝降解有機物的能量利用率較低，等離子體技術(shù)在水處理中的應用還處在研發(fā)階段。

7.電化學(xué)（催化）氧化

電化學(xué)(催化)氧化技術(shù)通過(guò)陽(yáng)極反應直接降解有機物，或通過(guò)陽(yáng)極反應產(chǎn)生羥基自由基(˙OH)、臭氧等氧化劑降解有機物。

電化學(xué)(催化)氧化包括二維和三維電極體系。由于三維電極體系的微電場(chǎng)電解作用，目前備受推崇。三維電極是在傳統的二維電解槽的電極間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料，并使裝填的材料表面帶電，成為第三極，且在工作電極材料表面能發(fā)生電化學(xué)反應。

與二維平板電極相比，三維電極具有很大的比表面，能夠增加電解槽的面體比，能以較低電流密度提供較大的電流強度，粒子間距小而物質(zhì)傳質(zhì)速度高，時(shí)空轉換效率高，因此電流效率高、處理效果好。三維電極可用于處理生活污水，農藥、染料、制藥、含酚廢水等難降解有機廢水，金屬離子，垃圾滲濾液等。

8.輻射技術(shù)

20世紀70年代起，隨著(zhù)大型鈷源和電子加速器技術(shù)的發(fā)展，輻射技術(shù)應用中的輻射源問(wèn)題逐步得到改善。利用輻射技術(shù)處理廢水中污染物的研究引起了各國的關(guān)注和重視。

與傳統的化學(xué)氧化相比，利用輻射技術(shù)處理污染物，不需加入或只需少量加入化學(xué)試劑，不會(huì )產(chǎn)生二次污染，具有降解效率高、反應速度快、污染物降解徹底等優(yōu)點(diǎn)。而且，當電離輻射與氧氣、臭氧等催化氧化手段聯(lián)合使用時(shí)，會(huì )產(chǎn)生“協(xié)同效應”。因此，輻射技術(shù)處理污染物是一種清潔的、可持續利用的技術(shù)，被國際原子能機構列為21世紀和平利用原子能的主要研究方向。

9.光化學(xué)催化氧化

光化學(xué)催化氧化技術(shù)是在光化學(xué)氧化的基礎上發(fā)展起來(lái)的，與光化學(xué)法相比，有更強的氧化能力，可使有機污染物更徹底地降解。光化學(xué)催化氧化是在有催化劑的條件下的光化學(xué)降解，氧化劑在光的輻射下產(chǎn)生氧化能力較強的自由基。

催化劑有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2和Fe3O4等。分為均相和非均相兩種類(lèi)型，均相光催化降解是以Fe2+或Fe3+及H2O2為介質(zhì)，通過(guò)光助-Fenton反應產(chǎn)生羥基自由基使污染物得到降解;非均相催化降解是在污染體系中投入一定量的光敏半導體材料，如TiO2、ZnO等，同時(shí)結合光輻射，使光敏半導體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子—空穴對，吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子—空穴作用，產(chǎn)生˙OH等氧化能力極強的自由基。TiO2光催化氧化技術(shù)在氧化降解水中有機污染物，特別是難降解有機污染物時(shí)有明顯的優(yōu)勢。

10.超臨界水氧化（scwo）技術(shù)

SCWO是以超臨界水為介質(zhì)，均相氧化分解有機物。可以在短時(shí)間內將有機污染物分解為CO2、H2O等無(wú)機小分子，而硫、磷和氮原子分別轉化成硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸根和亞硝酸根離子或氮氣。美國把SCWO法列為能源與環(huán)境領(lǐng)域最有前途的廢物處理技術(shù)。

SCWO反應速率快、停留時(shí)間短;氧化效率高，大部分有機物處理率可達99%以上;反應器結構簡(jiǎn)單，設備體積小;處理范圍廣，不僅可以用于各種有毒物質(zhì)、廢水、廢物的處理，還可以用于分解有機化合物;不需外界供熱，處理成本低;選擇性好，通過(guò)調節溫度與壓力，可以改變水的密度、粘度、擴散系數等物化特性，從而改變其對有機物的溶解性能，達到選擇性地控制反應產(chǎn)物的目的。

超臨界氧化法在美國、德國、瑞典、日本等歐美國家已經(jīng)有了工藝應用，但中國的研究起步較晚，還處于實(shí)驗室研究階段。