高浓度有机废水处理

1、 2 【主要内容主要内容】 前言前言 l 当前，水资源是世界各国普遍面临急需解决的问 题之一。随着经济的发展，工业、生活用水量越来越 大。据统计全球2006年全球工业用水量为 ，同时全世界每年排向自然水体的工业和生活废 水为，造成35%以上的淡水资源受到污 染，因而治理水体污染将尤为重要。 前言（续）前言（续） l 在我国，大量工业废水外排， 绝大部分生活污水直接排放， 广大农村地区不合理使用化肥、农药等 农用化学物质，对地表水影响日趋严重。 全国和地区的淡水资源己受 到和的威胁。 l 全国80%左右的污水未经任何处理直 接排入水域，造成全国1/3以上的河段 受到污染，90%以上的城市水域污染

2、严 重，近50%的重点城镇水源地不符合饮 用水标准。 前言（续）前言（续） l 造成水资源受到严重污染的根本原因根本原因是大量生产大量生产/生活废水未经处生活废水未经处 理或虽经处理但未达标直接排入水体理或虽经处理但未达标直接排入水体。这些未得充分利用的废水既污染 环境，又浪费资源，迫切需要进行资源化利用。水中的各种污染物中， 有机污染物，尤其是高浓度的有机污染物，不仅在水中存在时间长、有机污染物，尤其是高浓度的有机污染物，不仅在水中存在时间长、 迁移范围广，而且危害大、处理难度大，一直是环保领域的一个重要迁移范围广，而且危害大、处理难度大，一直是环保领域的一个重要 研究课题。研究课题。 海洋

3、赤潮湖泊水华 高浓度有机废水介绍高浓度有机废水介绍 l高浓度有机废水来源 COD 在 以上的废水。这些废 水中含有大量的 等有机物, 如果直接排放,会造成 严重污染。 垃圾渗滤液 印染 食品 焦化 制药 化工 皮革 造纸 高浓度 有机废水 高浓度有机废水介绍高浓度有机废水介绍 废水废水 生活废水生活废水 有机废水有机废水 工业废水工业废水 有机废水有机废水 垃圾渗滤垃圾渗滤 液液 焦化焦化 印染印染 制药制药 化工化工 无机废水无机废水 高浓度有机废水介绍（续）高浓度有机废水介绍（续） l高浓度有机废水按其性质可分为三大类 易于生物降解的高浓度有机废水; 有机物可以降解,但含有害物质的废水;

4、难生物降解的和有害物质的高浓度有机废 水。 高浓度有机废水高浓度有机废水 高浓度有机废水介绍（续）高浓度有机废水介绍（续） l高浓度有机废水水质特点 有机物浓度高有机物浓度高COD 一般在2 000 mg/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。 成分复杂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。 色度高色度高, 有异味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。 高浓度有机废水介绍（续）高浓度有机废水介绍（续） l高浓度有机

5、废水水质特点 具有强酸强碱性具有强酸强碱性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。 所含的有机污染物结构复杂所含的有机污染物结构复杂如蔡环是由10个碳原子组成 的离域共扼键，结构相当稳定，难以降解。这类废水中大多 数的BOD5/COD极低，生化性差，且对微生物有毒性，难以 用一般的生化方法处理。 高浓度有机废水介绍（续）高浓度有机废水介绍（续） l高浓度有机废水危害 需氧性危害需氧性危害。由于生物降解作用,高浓度有机污水会使受纳水 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。 感观性污染感观性污染。高浓度有机污水不但使水体失去使用价值,更严

6、 重影响到水体附近人民的正常生活。 致毒性危害致毒性危害。高浓度有机污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,从而 危害人体健康。 高浓度有机废水处理技术高浓度有机废水处理技术 l高浓度有机废水处理技术粗略分为3 类 高浓度 有机废水处理技术 物化处理技术生物处理技术生物处理技术 各种处理技术组合处理。各种处理技术组合处理。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 1物化处理技术 物化处理技术物化处理技术 萃取法萃取法适于处理有回收价值的有机物；有机溶剂可能造 成二次污染 吸附法吸附法有机废水中常用的吸附剂有活性炭和大孔树脂； 再生困

7、难、费用高 浓缩法浓缩法适合于处理高浓度含盐有机废水。该法的缺点是 能耗高 超声波法超声波法利用超声辐射产生的空化效应，将水中的难降 解有机污染物分解为环境可以接受的小分子物质。是一种极 具产业前景的清洁净化方法 物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理，预处理的目的物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理，预处理的目的 是通过回收废水中的有用成分，或对一些难生物降解物进行处理，从是通过回收废水中的有用成分，或对一些难生物降解物进行处理，从 而达到去除有机物，提高生化性，降低生化处理负荷，提高处理效率。而达到去除有机物，提高生化性，降低生化处理负荷，提高处理效率。 高浓度有机废水处

8、理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 1.1萃取法 在众多的预处理方法中，萃取法具有效率高、操作简单、 投资较少等特点。特别是基于可逆络合反应的萃取分离方 法，对极性有机稀溶液的分离具有高效性和高选择性，在 难降解有机废水的处理方面具有广阔的应用前景。 溶剂萃取法利用难溶或不溶于水的有机溶剂与废水接触,萃 取废水中的非极性有机物,再对负载后的萃取剂进一步处理。 近年来为了避免有机溶剂对环境的污染,又开发了超临界二 氧化碳萃取。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 1.1萃取法 该法简单易行,适于处理有回收价值的有机物,但只能用于非 极性有机物,被萃取的有机物和萃取后的

9、废水需要进一步处理, 有机溶剂还可能造成二次污染。萃取只是一个污染物的物理 转移过程,而非真正的降解。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 1.2吸附法 吸附剂的种类很多，有活性炭、大孔树脂、活性白土、硅藻 土等。 在有机废水中常用的吸附剂有活性炭和大孔树脂。虽然活性 炭具有较高的吸附性，但由于再生困难、费用高而在国内较 少使用。例如将活性炭投加到难降解染料废水的试验容器中， 当活性炭的投加浓度为200mg/L时，色度的去除率为77%;而 投加质量浓度增加到400mg/L时，色度的去除率达到86%。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 1.3 浓缩法

10、 浓缩法是利用某些污染物溶解度较小的特点，将大部分水蒸 发使污染物浓缩并分离析出的方法。浓缩法操作简单，工艺 成熟，并能实现有用物质的部分回收，适合于处理高浓度含 盐有机废水。该法的缺点是能耗高，如有废热可用或降低能 耗，则该法是可行的。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 1.4 超声波降解 采用超声波降解水体中有机污染物，尤其是难降解有机污染 物，是20世纪90年代兴起的新型水污染控制技术。该技术利 用超声辐射产生的空化效应，将水中的难降解有机污染物分 解为环境可以接受的小分子物质，不仅操作简便、降解速度 快，还可以单独或与其它水处理技术联合使用，是一种极具 产业前景

11、的清洁净化方法。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 1.4 超声波降解 它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术 的特点于一身,具有反应条件温和、速度快、适用范围广等特 点,可以单独或与其它技术联合使用,具有很大的发展潜力 超声波能在水中引起空化,产生约4 000 K 和100 MPa的瞬间 局部高温高压环境(热点) , 同时以约110m/ s的速度产生具有 强烈冲击力的微射流和冲击波。水分子在热点达到超临界状 态,并分解成羟基自由基、超氧基等,羟基自由基是目前所发 现的最强的氧化剂。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 1.4 超声波

12、降解 有机物在热点发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、超临 界水氧化、自由基氧化等反应。这些效应加上声场中的质点 振动、次级衍生波等为有机物提供了其他方法难以达到的多 种降解途径。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 2化学处理技术 化学处理技术是应 用化学原理和化学作 用将废水中的污染物 成分转化为无害物质, 使废水得到净化的方 法。 化学氧化化学氧化 强氧化剂氧化强氧化剂氧化 过过 氧氧 化化 氢氢 高高 锰锰 酸酸 钾钾 次次 氯氯 酸酸 钠钠 臭臭 氧氧 高温高压高温高压 超超 临临 界界 水水 氧氧 化化 湿湿 空空 气气 氧氧 化化 结果：废水中的有机物氧化成

13、二氧化碳和水结果：废水中的有机物氧化成二氧化碳和水 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 2化学处理技术 特点 u化学氧化法反应速度快、控制 简单,但成本较高 u通常难以将难降解的有机物一 步氧化到无机物质 u目前对中间产物的控制的研究 较少。 u该技术也常常作为生化处 理的预处理方法使用。 其主 要的方法有焚烧法、Fenton 氧化法、臭氧氧化法、电化 学氧化法等。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 2.1 焚烧法 焚烧法利用燃料油、煤等助燃剂将有机废水单独或者和 其他废物混合燃烧,焚烧炉可采用各种炉型。效率高,速 度快,可以一步将有害废水中有机物

14、彻底转化为二氧化 碳和水。但设备投资大,处理成本高,除某些特殊废水(如 医院废水)以外难以采用 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 2.2 Fenton 氧化法 Fenton 试剂具有很强的氧化能力,因此Fenton 氧化法在处理废 水有机物过程中发挥了巨大的作用。但由于体系中含有大量的 Fe2 + 离子,H2O2 的利用率不高,使有机物降解不完全。后来, 人们对传统的Fenton 氧化法进行了改进。如光助反应就是在反 应体系中辅以紫外线和可见光,在低浓度亚铁离子、理论双氧水 加入量、紫外线和可见光的汞灯的照射下,反应0. 5 h ,溶解性有 机碳去除率高达90 %。 高

15、浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 2.3 臭氧氧化法 臭氧在水处理方面具有氧化能力强,反应速度快,不产生污泥, 无二次污染等特点,在去除合成洗涤剂以及降低水中的 BOD/COD 等方面都具有特殊的效果。臭氧对难降解有机物 的氧化通常是使其环状分子的部分环或长链分子部分断裂,从 而使大分子物质变成小分子物质,生成易于生化降解的物质, 提高废水的可生化性。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 2.3 臭氧氧化法 臭氧氧化技术在难生物降解有机废水处理过程中常作 为预处理。研究发现,臭氧氧化法对多数染料能取得 很好的脱色效果,但对硫化、还原、涂料等不溶于水

16、的染料脱色效果较差。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 2.4 电化学氧化法 电化学氧化又称电化学燃烧,它是在电极表面的电氧化作 用下或由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。 电化学氧化分为直接电化学氧化和间接电化学氧化。直接 电化学氧化是使难降解有机物在电极表面发生氧化还原反 应。目前,已证实对氯苯酚、五氯化酚均可在阳极上彻底 分解。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 2.4 电化学氧化法 阴极还原过程已被用于一氯乙烷、三氯乙烷和芳香氯化物 等的脱氯处理。间接电化学氧化就是利用电化学反应产生 氧化剂或还原剂使污染物降解的一种方法。据报道,

17、采用 电解生成次氯酸盐氧化剂,可氧化去除氨氮及难降解的有 机污染物。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 3生物处理技术 处理对象：处理对象：1、有机物；2、氮；3、磷；4、重金属、重金属 可生化判断：可生化判断：BOD/COD0.3难生化，0.3和0.5可生化， 大于0.5易生化。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） l 废水中的有机物、氮、磷等 物质对人类来说是，但对微生物 来说是，生物处理就是借助于 微生物的新陈代谢活动，使有机污染物 转化成为稳定的无害物质，氮、磷得到 释放或富集，从而从废水中去除的过程。 l 利用除去 废水中有机污染物的一种

18、方法叫做废水 生物处理方法，分好氧生物处理法和厌 氧生物处理法两种。 特点：特点： 1、用生物方法去除水中 有机物最经济； 2、90%废水处理工艺属 于生物处理工艺； 3、水中氨氮用生物处理 方法去除最有效； 4、绝大多数工业废水也 是以生物处理方法为主。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 3.1 活性污泥法 在污水处理中,活性污泥法是应用最广的技术之一,它 是自然界水体自净的人工模拟,是对水自净作用的强 化,利用悬浮生长的微生物絮凝体(Floc) 处理有机污 水。 效果：好，效果：好，BODBOD达达90%90%以上，稳定以上，稳定 工艺：不很复杂工艺：不很复杂 占地

19、：大占地：大 脱氮除磷：无脱氮除磷：无 运行费用：高（主要曝气部分）运行费用：高（主要曝气部分） 管理：污泥膨胀等，较低管理：污泥膨胀等，较低 传统活性污泥工艺流程 废水 混合液 反应器 （需氧生物氧化） 二次沉淀池 （固液分离） 处理后废水 沉淀污泥 回流污泥 废弃污泥 氧源分散空气 或O2 混合作用 废弃污泥 l3.1.1 氧化沟氧化沟(oxidation ditch) (loop) l1. 特点： l 氧化沟中形成富氧区和缺氧区，可以脱氮 除磷； l 池型较大，占地面积较大，多在室外； l BOD负荷低，处理效果好、产泥量少； l 抗冲击负荷能力强； 常不设初沉池。 活性污泥处理系统工艺

20、 氧化沟氧化沟(oxidation ditch) (loop) 3.1.2序批式（间歇式）活性污泥法（SBR法） 效效 果：一般果：一般 工工 艺：简单，较老艺：简单，较老 占占 地：少，土建费用低地：少，土建费用低 脱氮除磷：可脱氮除磷：可 运行费用：运行费用低运行费用：运行费用低 管管 理：操作灵活，对管理员素质要求高理：操作灵活，对管理员素质要求高 3.1.3 A-A-O 生物脱氮除磷工艺：第一个A厌 氧，第二个A缺氧，O好氧 3.1.4 AO 生物脱氮工艺：反硝化成氮气排 放，应用广泛。 必须有混合液回流，实现反硝化。缺氧池反硝化，去氨氮，好氧池去必须有混合液回流，实现反硝化。缺氧池反

21、硝化，去氨氮，好氧池去BOD、硝化、硝化 3.1. 5 AO 生物除磷工艺： 必须有回流污泥。厌氧池微生物释放磷，好氧池微生物吸收磷，磷沉淀污泥中。必须有回流污泥。厌氧池微生物释放磷，好氧池微生物吸收磷，磷沉淀污泥中。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 3.2 好氧生物膜法 好氧生物膜法是与活性 污泥法并列的一种污水好氧 生物处理法。这种方法的实 质是使细菌、真菌、原生动 物、后生动物等微生物附着 在滤料或某些载体上生长繁 育,并在其上形成膜状生物污 泥生物膜(Biofilm)。 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 3.2.1 生物膜法处理类型生物

22、膜法处理类型生物滤池生物滤池 效效 果：较差，一般不能达到果：较差，一般不能达到1级级A 工工 艺：同活性污泥艺：同活性污泥 占占 地：少，土建费用低地：少，土建费用低 脱氮除磷：有一定效果脱氮除磷：有一定效果 运行费用：低运行费用：低 管管 理：易控制，味大，蚊蝇多理：易控制，味大，蚊蝇多 3.2.2生物膜法处理类型生物膜法处理类型生物转盘生物转盘 生物膜法处理类型生物膜法处理类型生物转盘生物转盘 3.2.3生物膜法处理类型生物膜法处理类型接触氧化接触氧化 3.2.4MBR：（：（Membrane Biological Reactor），膜生物反应器），膜生物反应器 膜生物：膜生物：以膜为主

23、；废水生 物处理技术与膜分离技术结 合。 生物膜：生物膜：以生物为主。膜作 为一种介质，生物附着在上 面。 膜生物：膜生物：用于中水回用，处 理效果好，高浓度有机废水， 粪便，渗滤液。 生物膜：生物膜：处理低浓度废水的 效果好，运行管理简单，运 行费用低。 效效 果：出水极好，可直接回用果：出水极好，可直接回用 工工 艺：随膜技术发展而提高艺：随膜技术发展而提高 脱氮除磷：效果好脱氮除磷：效果好 运行费用：运行费用高运行费用：运行费用高 3.2.5BAF： (Biological Aerated Filter )，曝，曝 气生物滤池气生物滤池 曝气生物滤池开发设计时 作为三级处理，现二级， 处

24、理水质好。节省了后续 沉淀池，容积负荷高、水 力负荷，水力停留时间短， 基建投资较少。 曝气生物滤池在国内正处在推广应用 之中； 具有 快速启动运行能力； 展望： 废水深度处理、微污染水源 水预处理、难降解有机物处理中的应 用以及与其它工艺组合。 推广难度：技术保密 高浓度有机废水处理技术（续）高浓度有机废水处理技术（续） 废水厌氧生物处理废水厌氧生物处理是是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物指在无分子氧条件下通过厌氧微生物 (包括兼氧包括兼氧 微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧 化碳等物质的过程，也称为化碳等

25、物质的过程，也称为厌氧消化厌氧消化(anaerobic digestion) 。 与好氧过程的根本区别：不以分子态氧作为受氢体，而以化合态与好氧过程的根本区别：不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、氧、 碳、硫、氮碳、硫、氮等作为受氢体。等作为受氢体。 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细 菌，即菌，即水解产酸细菌水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌和和产甲烷细菌产甲烷细菌的联合作用完成的联合作用完成。 3.3厌氧生物处理法 厌氧生物处理原理 含可溶性、不溶性碳水化合物、含可溶性、不溶性碳水化合物、 脂肪

26、、蛋白质的废水脂肪、蛋白质的废水 水解阶段水解阶段 溶解性单体溶解性单体 （糖、氨基酸）（糖、氨基酸） 发酵阶段发酵阶段 H2、CO2、有机酸、有机酸 乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和乙醇乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和乙醇 产氢产乙酸阶段产氢产乙酸阶段H2、CO2、乙酸、乙酸 产甲烷阶段产甲烷阶段 CH4、CO2 厌氧生物处理的主要特征 主要优点：主要优点： 能耗低，且还可回收生物能（沼气）；能耗低，且还可回收生物能（沼气）； 污泥产量低；污泥产量低； 可间歇运行；可间歇运行； 负荷高，占地省；负荷高，占地省； 厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的某些有机物进行降厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的某些

27、有机物进行降 解或部分降解；解或部分降解； 厌氧生物处理的主要特征 主要缺点：主要缺点： 设备启动和处理时间长；设备启动和处理时间长； 对温度、对温度、pH等环境因素较敏感；等环境因素较敏感； 出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理； 气味较大；气味较大； 对氨氮的去除效果不好。对氨氮的去除效果不好。 好氧生物降解与厌氧生物降解的比较 好氧生物降解好氧生物降解厌氧生物降解厌氧生物降解 微生物种类微生物种类:好氧微生物好氧微生物(较简较简)厌氧微生物厌氧微生物(复杂复杂) 降解速率降解速率:快快慢慢 降解途径降解途径:碳降解、氨降解碳降解、氨降解碳降解

28、碳降解 对氧的要求对氧的要求:适当的溶解氧适当的溶解氧无溶解氧无溶解氧 温度要求温度要求:常温常温常温常温-中温中温-高温高温 环境条件环境条件:适应范围宽适应范围宽适应范围较窄适应范围较窄 营养物质营养物质:100:5:1200:5:1 最终产物最终产物:H2O、CO2CH4、H2O、CO2 基建费用基建费用:较低较低较高较高 运行费用运行费用:较高较高较低、回收能源较低、回收能源 早期处理工艺早期处理工艺：处理城市污水的化粪池、双层沉淀池等；处：处理城市污水的化粪池、双层沉淀池等；处 理剩余污泥的各种厌氧消化池等。理剩余污泥的各种厌氧消化池等。 现代高速厌氧反应器现代高速厌氧反应器： 70

29、年代后发展起来的用于处理高浓度年代后发展起来的用于处理高浓度 有机废水的厌氧接触法、厌氧滤池、上流式厌氧污泥层（床）有机废水的厌氧接触法、厌氧滤池、上流式厌氧污泥层（床） 反应器、厌氧流化床、反应器、厌氧流化床、 厌氧附着膜膨胀床、厌氧生物转盘、厌氧附着膜膨胀床、厌氧生物转盘、 挡板式厌氧反应器。挡板式厌氧反应器。 新型厌氧反应器新型厌氧反应器：90年代以后，在年代以后，在UASB反应器基础上又发反应器基础上又发 展起来了展起来了EGSB和和IC反应器。反应器。 lEGSB反应器，处理低温低浓度的有机废水；反应器，处理低温低浓度的有机废水； lIC反应器，处理高浓度有机废水，可达到更高的有机负荷。反应器，处理高浓度有机废水，可达到更高的有机负荷。 UASB反应器的工作原理与构造 沼沼 气气 出出 水水 进水进水 (5)集气罩集气罩 悬浮污泥区悬浮污泥区 颗粒污泥区颗粒污泥区 工程应用工程应用 按按 处处 理理 的的 程程 度