研究生课程论文+我国工业废水处理技术及发展-

1、South China Unverkty 3 Technology研究生课程论文（2014-2015学年第二学期 ）我国工业废水处理技术及其发展研究生：ABC提交日期： 20015年06月20日研究生签名:学 号C学院环境与能源学院课程编号V课程名称典型工业废水处理学位类别硕士任课教师B教授教师评语:成绩评定:任课教师签名:我国工业废水处理技术及发展ABC摘要：工业废水的处理是水资源循环利用与科学发展观的要求，同时也是防治水污染的主要措施。本文以造纸、印染和化工三种典型的工业废水为例，介绍了我国工业废水的主要处理方法并分析了其特点和主要存在问题，最后介绍了几种新兴的工业废水处理新技术。关键词：

2、造纸废水；印染废水；化工废水；处理技术1、我国工业废水处理现状随着近年我国经济水平的不断提高，工业化飞速发展，工业废水的排放量日益增加，导致对水环境的污染日益。环境污染事故的发生也多位工业污水事故。为了有效地改善水质，中国每年用于水资源保护项目的资金近千亿元。工业废水不但严重影响了我国经济的发展，也对对流域环境及居民健康造成了 一定的影响。因此，如何正确的处理工业污水已经成为了关系国计民生的重大问题。我国平均每年河水排放量约349亿立方米，工业废水排放量逐年增加，浪费水资源的同时加剧了水源的污染。在我国东中部和部分西部地区的河流80%以上都收受到了不同程度的污染，这些污染大多数是由工业污水排放

3、所造成的。止匕外，我国的工业废水污染主要集中于像淮河与太湖等工业聚集地的湖泊河流区域，这严重的水污染已经严重影响了流域人民的生活和生产活动1。总体来看，我国工业污水的污染情况南方要优于北方，这是由于我国内防的气候较为干燥，降水对河流污水的冲刷和稀释作用不如南方的水域2。南方地区的经济开放较早，开放的程度也较北方大， 这就导致了南方地区人们的思想更容易和国际先进的环保思想相联系。目前我国处理工业废水的主要手段是设置针对性很强的污水处理厂。我国的工业废水主要产生于造纸及纸制品业、纺织业、电力热力的生产供应业、化学原料及化学制品制造业等行业3 o接下来，本文将以几种典型的工业废水为例，简要介绍并分析

4、其常用处理技术以及创新技术发展趋势。2、典型的有毒难降解工业废水造纸废水造纸工业废水主要来源于分制浆和抄纸两个生产过程。制浆产生的废水，污染最为严重，洗浆时排出废水呈黑褐色，其中污染物浓度很高，BOD高达540 g/L,含有大量纤维、无机盐、色素和大量的酸碱物质。抄纸机排出的废水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。同时造纸过程中还需要加入一些必要的化学助剂，加重了对水体的污染4。印染废水印染废水是指纺织皮革产品在预处理、染色和后整理过程中所排放的废水。印染废水成分复杂，主要是以芳烂和杂环化合物为主体，并带有显色和极性基团，致使染料在水中溶解度较大。而且纺织皮革生产过程中，用到大量

5、的表面活性物质，不仅促进染料在水中溶解，本身也是难降解的有毒物质。随着工业的飞速发展和技术的进步，新的助剂被大量采用，难降解的有毒化学物质种类越来越多，加大了处理的难度。化工工业废水在化工工业中，化工原料的组成部分主要是由呈现了类似溶剂的化合物，这些化合物的性质是复杂的，这就给处理增加了很大的难度。在化工工业废水中，存在着很多污染物， 这些污染物主要来源于化工工业在生产中产生的工业废水。如果在化工工业废水中的有毒物质不断增加，例如：硝基化合物、卤素化合物等，这些化工原料在水中进行分解，形成的有毒物质，都会危害人们的健康，同时影响到我们的身边环境。因此，化工工业废水是极其复杂的，废水中所包含的污

6、染物的含量是非常高的，化工工业废水中的有毒物质增多，这样就导致水被污染的色度加深 6 03、典型工业废水常用处理技术工业废水的处理方法很多，按其作用原理可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法四类。7物理法物理法是借助物理的作用去除废水中污染物质的技术。物理法不改变废水的化学性质，是在处理的过程中通过某种特定的机械装置，利用物理的原理，使废水中 不易溶解的有害物质分离，以减少对环境的影响。物理处理法是贯穿于水资源利用的整个过程的，工业用水的水质和水量在生产过程中因为不断的被消耗而发生变化，在这个过程中，可以对水质和水量进行调解，使其达到利用的最佳状态，减少对水资源的污染。目前成熟的物理法有重力

7、分离、浮力造纸废水的物理处理造纸废水的物理处理以去除不溶解的固体悬浮物为主， 兼有去除部分导致 产生生化耗氧量的物质以及降低和消除色度的作用。 处理过程中并没有改变污 染物的化学性质，通常的处理方法包括沉淀法等 网。沉淀法常常作为废水处理系统的预处理段，例如采用生化法处理废水时，先经过沉淀池去除大部分固体悬浮物，减少后续生化处理的负荷，经过生化处理之后的出水也要经过二次沉淀池，分离残留的污泥以保证出水的质量。印染废水的物理处理在物理处理法中最为常见的处理方法是吸附法，例如目前大多数采用的活性炭吸附法。通过在印染废水中加入具有吸附作用颗粒孔状物质对印染废水形成一种过滤作用， 能够吸附印染废水中的

8、一些助剂染料和其他的污染物，通过吸附作用去除一部分较大的污染物。吸附法主要应用于预处理和深度处理，预处理在于减少水处理主体装置负荷，回收有机物质；而深度处理则可提高出水质量，满足回用水水质要求。这种方法的优点是成本较低，具有简单可行性。吸附法的使用注意事项是，应用于不同的印染废水，要使用不同的吸附剂，要考虑到吸附剂使用以后的处理，不能够产生二次污染90化工工业废水的物理处理化工工业废水处理工艺的物理法主要包含过滤法、重力沉淀法与气浮法。过滤法主要是指一种属于孔粒状的物质在水中停留，这种物质能够使水中的悬浮物降低，在处理化工工业废水中，比较常用的是微孔的过滤机，微孔过滤机的孔管主要是由聚乙烯制作

9、而成的，可以调节孔的大小， 调换的过程是很方便的，重力沉淀法主要是根据化工工业废水中有悬浮的颗粒，这些颗粒会沉淀，沉淀的过程主要是受重力的影响，气浮法是指在水面上形成的气泡状，微小的悬浮颗粒。在化工工业废水处理工艺中运用物理方法是非常方便的，同时也有利于管理。但是也有不利的方面，例如：在化工工业的废水中，不能适合对可溶性废水成分进行有效的去除。在这个过程当中，具有非常大的局限性。采用这此外，膜技术处理法也在化工工业废水处理工艺中有很好的运用种方法可以不用借入其他的一些杂质，就可以使水中的有毒物质的大小物质分离，而且还能把分子中含有的原料进行有利回收。同时膜技术还包括超滤技术，这种超滤技术能够将

10、化工工业废水中的聚乙烯醇浆料进行回收，然而在化工工业废水中采用膜技术法也有不利的地方，主要是由于膜使用技术要求的造价会很高，在使用的过程中的时间较短，很容易遭到污染。化学法化学法是利用化学反应的原理和方法改变水中污染物的物理性质或化学 性质，进而从水中将污染物去除的技术。物理处理方法只是去除了废水中的杂质，并没有改变水的性质，其污染的根源性还存在于水中，需要用化学的方法 来做进一步的处理。在化学处理中常用的方法是氧化还原法，可以将溶解于废水中的有毒物质转化为微毒或者无毒的物质。造纸废水的化学处理造纸废水的化学处理主要采用高级氧化技术，目前在工业中运用较广的是Fenton氧化法。Fenton氧化

11、法的原理是利用羟基自由基OH与造纸废水中的有机物进行反应。由于 OH本身具有很强的氧化性，因此在与有机物的反应过程中可 以将有机物氧化成无机物，利用 Fenton试剂进行氧化有机物在废水处理及剩 余活性污泥的预处理中有较为广泛的应用。由于Fenton试剂与有机物的反应属于单纯化学反应，因此反应迅速，能够在短时间内提高有机物的去除率。紫 外光、可见 光的照射也可以大大加速Fenton反应的速率，促进Fe3+ /Fe2+的催化循环，能够产生更多的OH,因此在Fenton氧化法中，将反应装置暴露于太阳光照下可有效的提高Fenton氧化处理的效果Wolfgang Gernjak10等采用太阳光-Fen

12、ton试剂工艺处理造纸漂白废水中常见的有机物，如香草醛、原儿茶酸、丁香酸、对香豆酸、食子酸和酪氨酸等，经过太阳光-Fenton氧化工艺处理后，这些有机物浓度大大的降低。利用Fenton氧化法在对造纸废水进行处理的过程中，在强氧化性下可以促进大分子有机物向小分子有机物的转化，同样可以为后一步的生化处理提供良好的前处理效果。印染废水的化学处理印染废水的化学处理法主要有还原处理法、氧化处理法等。还原法的原理是使用一定的化学物质跟水中的污染物进行结合，从而通过还原置换反应进行净水。在印染废水的处理过程中最常用的原料是铁屑，这种做法不仅解决了机械加工的废料，同时还原法的成本较为低廉，操作相对来说也简单。

13、通过将含 铁屑的物质浸于反应的溶液中，形成了铁离子和氢氧根的离子物质，这些物质相结合就会发生化学反应，与染料之间进行氧化还原作用，提高废水的可生化性。在氧化处理印染废水的技术中，研究较为深入的是化学氧化法。该法的关键在于采用合适的氧化剂，例如臭氧和含氯氧化剂等，通过这些氧化剂的氧化作用降解染料而达到使染料脱色的目的，最后形成胶体发生沉降。利用臭氧进行氧化反应，主要适用于悬浮物少、染料亲水性较强的废水处理，优点在于臭氧不会产生二次污染，不过不足之处在于这种处理方式效果不佳且成本较 Mi。化工工业废水的化学处理利用化学方法可以去除化工工业废水中的一些有机物和无机物杂质。在化工工业废水处理工艺中，经

14、常采用的化学氧化法、电化学氧化法等。在化工工业中，采用电催化氧化法处理废水中的有毒物质，主要是在常温能够产生羟基的情况下，利用电催化氧化法自身具有的催化活性的电极反应, 自由基，这样就可以把非常难开物降解的有机物开始变成可生物降解的有机物，有的时候，一些难生物杂降解的时候会产生燃烧的现象，会生成二氧化碳和水。在使用这种方法时候，由于操作过程是非常简洁的，在处理的过程中， 效率会很高。因此，在化工工业中运用电催氧化法对废水进行处理是一种非常 适用的方式。物理化学法物理化学法指通过物理和化学的综合作用，使废水得到净化。 其中电解法和离子交换法较为普遍使用，两种方法都可以实现重金属回收，出水水质较好

15、，但是设备费和操作费比较高，在推广上有一定的限制，一般通常和其它工艺组合使用。造纸废水的物理化学处理造纸废水中含有大量的悬浮物质以及木素类有机物，这些悬浮性物质给造纸废水的治理带来了很大的困难。由于悬浮物经常以胶体的形态存在于造纸废水中，故可通过混凝作用对这些高分子胶体类物质进行有效脱稳。脱稳是混凝沉淀法中的核心部分，常见的胶体脱稳的方法主要有两种，一种是提高胶体的动能，提高温度可以加速胶体中的布朗运动，但是在实际的工艺过程中，温度 的提高受到很多限制，比如温度提高10 C,其动能只能提高 4%左右，并不具有很好的应用价值；另一种方法是减少排斥能，排斥能峰取决于排斥时能与 吸引势能的差值， 范

16、德华力很难进行人为的改变，因而吸引时能也基本难以改变；而静电斥力与胶粒的电荷量有关，电荷量减少时，能够促进排斥能峰下降，为胶粒聚集提供了可行性 11。然后再通过工艺进行截留从而实现造纸废水中颗粒物的去除。由于造纸废水中含有木素成分，而木素具有复杂的网状结构，在巨大的网状分子中原子与原子之间主要以共价键相联。这些相互连接的原子可以与溶剂分子相互作用，形成溶剂化外壳，分子中的憎水部分则能够继续保留在内部， 形成层次分明的木素胶体结构120通过混凝作用，能够对这些高分子量的木素进行很好的去除，防止木素的存在影响进一步的造纸废水处理。印染废水的物理化学处理在印染废水的处理过程中，常用的物理化学处理法有

17、混凝沉淀法和膜分离 处理法。混凝法因其产生二次污染的可能性较小同时操作较为方便，所以应用较广。混凝法可以分成混凝沉淀技术和混凝气浮技术。混凝沉淀的操作方式是在废水中加入一定量的絮凝剂，絮凝剂可以和污染物结合生成沉淀物，通过过滤除去。混凝气浮则是先加入絮凝剂后再通过气浮的方式，利用气泡携带水中与絮凝剂结合生成的大颗粒悬浮物，从而去除水中的污染物。絮凝剂的种类是多种多样的，主要包括有机絮凝剂、无机絮凝剂和复合絮凝剂，例如铝盐、 铁盐、聚丙烯酰胺等。在印染废水中投加铝盐、铁盐等絮凝剂，使其水解形成带高电荷的羟基化合物，它们对水中憎水性染料分子如硫化染料、还原染料的混凝效果较好，而酸性染料、活性染料、

18、特别是小分子量、单偶氮键、含数个磺酸基的水溶性染料的混凝脱色效率较差130化工工业废水的物理化学处理在化工工业废水的处理中，通常使用混凝法去除水中的微小的悬浮的物 质，通过利用化学药剂所产生的凝聚和絮凝的作用，使细小的悬浮颗粒变成沉淀，这样就能够有利清除，在化学中的混凝法不仅仅可以去除水中的悬浮颗粒，而且还能将化工工业废水中很深的色度去除掉同时还能除掉水中的一些微生物和有机物等，这种方法，主要是受到水的温度影响，同时还受水质的影响, 经过影响，具变化程度会很大。生物法废水的生物处理过程主要是利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物进行转移和转化作用，从而使废水得到净化。生物法处理工业废水是一

19、项很 有发展前景的技术，就工艺流程和运行控制而言，工厂容易接受，且成本相对 较低。造纸废水的生物处理造纸废水的生物处理主要有：氧化生物接触法、厌氧生物处理、生物酶处理技术和光合细菌处理技术等。其中应用最为广泛的是氧化生物接触法，可分为如下几类：表1造纸废水生物处理技术工艺特点处理效果活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体 吸附、吸收、氧化和降解废 水中的有机污染物，使之转化 为无害的物质，从而使废水得 以净化的一种好氧生物处理 法。主要降低废水的 BOD值，但传统活性污泥法会排放出大量剩余污泥。发展趋势是污泥减量化和与厌氧法组合处理工艺。序批式活性污泥法(SBR)是一种间歇运行的废水处理工艺，S

20、BR技术的核心是 SBR反COD去除率可 82.5% ,且运行比较稳定，处理效果良好，应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能干-池，无污泥回流系统。出水水质达到国家规定的造纸行业废水排放标准。高效生物反应器（HcR）将点TE同效、同浓、同负何，占地小、污泥少、能耗低，很适合于 COD浓度较高的造纸 工业废水的处理。Hc R的反应效率较常规活性 污泥法高，接近到纯氧曝气的 水平，其容积负荷可达（5070） kgCOD /m3 d,是常规活性 污泥法的（1030）倍；反应 时间为（12） h , 是常规活 性污泥法1/201 /40;污泥 负荷可达（510） kgCOD /kg（ ss） d

21、 , 是常规活性污泥法 的23倍。印染废水的生物处理目前关于印染废水的生物处理法研究较少，不过这种处理方式的效果较好。该法主要使用酶的氧化作用， 还原有机物分子将废水中各种有害的有机物 降解，生成较简单的无机物质。 生物处理方式在使用的过程中具有成本低廉同 时不产生二次污染的优点，非常适合印染废水处理。4、工业废水处理新技术高级氧化技术高级氧化技术降解工业废水的原理主要是利用各种活性自由基进攻有机大分子并与之反应， 从而破坏有机物分子结构达到氧化去除有机物的目的 前的研究主要集中在湿式氧化（亚临界和超临界）、催化氧化（均相和非均相）、光化学氧化和光电催化氧化等方面，并已经取得了一些研究成果。如

22、大阪日本触媒公司新近推出一种催化湿式氧化法处理工业废水，其成本与活性污泥或锻烧方法处理的成本相比可减少30 % - 50 % o据称，用此法每天可处理10t或更多的含有各种有害成分（如甲醛、乙醛、苯酚、甲基丙烯酸甲醋、丙酮、四氢吠喃（THF）、乙二醇、硫化物、氨、异氛酸醋和丙烯等）的废水，其COD、含氮化合物及含硫化合物等的去除率可以达到95 %以上，但新法不能直接应用于含有大量不溶于水的固体、油类和黄磷等的废水。总体来说，这些高级氧化技术均不同程度地存在着诸如反应条件苛刻、选择性差或成本高等不足，从而限制了这些方法在废水实际处理中的应用。能否克服单一高级氧化技术存在的不足，将多种高级氧化技术

23、联合应用，在联用这些技术时产生协同效应，目前还处于探索研究阶段。据已有的文献报道表明，液相高压脉冲放电处理技术集合了高能电子辐射、湿式氧化、化学氧化、光催化氧化等多种高级氧化技术特点于一体，系统不需外加氧化剂，而是利用放电电火花产生的臭氧、双氧水和紫外光作为氧化剂（UV/ O 3/ H2O2光化学氧化），同时反应体系也无需辅以高温、高压和外加光源辐射等技术手段，是一种全新概念的难降解有毒害工业废水化工处理新技术。高级氧化-生化耦合技术近年来，高级氧化、生化处理工业有机废水技术得到了不同程度的发展，但采用现有单一的高级氧化或生化处理技术很难将难降解工业有机废水处理达标，因此，采用高级氧化-生化耦

24、合技术处理难降解工业有机废水已经成为工业废水处理技术发展的新趋势。目前，国内外研究人员已经开始在印染-制药等工业领域尝试利用这一技术手段进行工业废水的处理研究。就目前的研究进展来看，一般都是将高级氧化处理作为工业有机废水的预处理技术使用，将工业有机废水中有机污染物的浓度降至较低范围，同时增加工业有机废水的可生化性(考察BOD 5/ COD cr),而后再根据高级氧化法处理结果，辅之以适当的生化处理方法，如生物流化床、多相流生物反应器等技术将工业废水处理至接近或达到排放标准。由于这一技术手段研究和应用时间很短，因此到目前为止，有关这方面的研究仅局限于物化处理技术及生化处理技术各自的最佳工艺条件研究，实质上只是简单机械地将两种处理技术串联起来使用，而对于高级氧化-生化反应耦合化工过程的研究一直作为“黑箱 ”处理，主要靠经验或半理论半经验来宏观设计、优化与集成。对高级氧化处理产生的组分及结构对后