浅谈污水处理厂工艺的优化

浅谈污水处理厂工艺的优化

随着国家颁布“水10号”，污水处理、废水处理和污染物排放进入“新状态”，国家和地方对污水排放指标的要求也有所增加。以污水化学需氧量（COD）为例，针对不同行业的国家强制标准（石油化学工业GB31571—2015目前，针对工业有机废水处理的工艺路线已相对成熟，大部分的处理工艺为“物化-生化-深度”3个处理步骤。经絮凝沉降、浮选等物化方法及生化工艺后，大部分COD可以被去除，但生化出口的COD仍然可达100mg/L，甚至更高，并且生化后污水中残余的有机污染物分子尺寸更小、更加稳定，COD的处理难度增大进一步升级或建立新型污水深度处理工艺，实现工业污水的高效达标处理日渐成为业界的研究热点。笔者在广泛调研现有COD达标深度处理技术（即可将COD去除至低于50～80mg/L的深度处理技术）的基础上，进一步分析对比了各类技术的处理效果及存在问题，以期为实现COD处理技术的提升寻找潜在的发展方向。1废水来源的d值特征煤炭、石油化工、钢铁、炼焦、印染、造纸等各行业产生的高COD有机工业废水，经物化及生化工艺处理后，存在的共性特点主要体现在：（1)COD值依然无法满足国家排放需求，一般在100～300mg/L，有的甚至高达500mg/L;(2)COD组成复杂且不尽相同。有机污染物可能包含油类、酚类、多环芳烃、苯系衍生物以及含氧、氮、硫的杂环和多环化合物，同时又因废水来源不同，各类污染物的种类及含量又不尽相同；（3）生物可降解性进一步变差。经生化处理后，基本可被去除的有机物已全部被降解，剩余的COD值虽然不高，但却极难被生物降解，需要更高效的处理手段2cod标准深度处理技术2.1cod的去除Fenton氧化是通过H方健何晓峰罗志刚郭庆英等综上所述，基于Fenton氧化的组合技术置于生化处理工段后，具备较好的COD去除效果，适用的进水COD质量浓度低于300mg/L，但存在药剂加量大、酸性环境、伴随产生大量絮渣、反应时间长等问题，当COD达到一定的去除率后，无法再继续去除有机物，易造成H2.2污水深度处理方面，scwo的应用超临界水氧化（SupercriticalWaterOxidation,SCWO）技术是近期发展起来的新兴绿色水处理技术，其原理是水在超临界状态下（温度>374℃，压力>24MPa）兼具气液两重性，同时其密度连续可变，电介质常数及黏滞度降低，使超临界水转变为扩散能力强、溶解度高的理想反应介质。SCWO虽然需要较高的压力和温度，但所需停留时间很短，几十秒时间就能完成污水的深度氧化处理，污染物的脱出消除效果很好，处理污水一般不需要进一步处理，对各种有机污染物的处理具有普适性。污水中的有机物在富氧的超临界介质中与羟基自由基反应转化为二氧化碳、水和盐类等无机小分子化合物，无二次污染产生，另外在超临界介质中，水、有机物和O尹建坤等王皤等赵朝成等闫泽等于广欣等张春雨等SCWO技术应用于污水深度处理时，具备较彻底的COD去除效果，废水无需经过任何预处理，适用的COD浓度可高达上万mg/L，且处理时间较短，不失为一种卓有成效的COD去除技术。但从目前国内外的研究现状来看，仍处于中试试验阶段，还未达成真正的工业应用，究其原因主要有2个方面：其一是腐蚀问题，由于SCWO的高温、高压、高溶解氧以及污水含硫、含氯、高盐分特性，易造成严重的材料腐蚀问题，从而影响系统正常工作压力，且产生的其他离子还会造成二次污染问题；其二为盐堵塞问题，常温下水是大多数盐的溶剂，而在超临界水中无机物的溶解度减小，盐产生沉淀。某些盐的黏度较大，有可能引起反应器的堵塞，使得污水处理无法正常操作。另外，系统的节能设计也是研究的一项重要课题，超临界水氧化针对高浓污水具有自热特性，商业运行时必须考虑系统热量的获取，以降低污水的处理费用。由此看来，SCWO技术的工业化应用还需要进一步的研究及实验。2.3程序法氧化法电化学氧化技术是在电流作用下使废水中的有机物在电极表面或者溶液中发生氧化反应，转化或分解为无毒无害物质的过程。金属氧化物吸附羟基自由基理论是被普遍接受的电化学氧化法机理，氧化途径分为直接氧化和间接氧化2种，且一般同时存在。直接氧化是水中有机物直接与阳极接触反应失去电子或者被高电势产生的羟基自由基氧化为小分子化合物和二氧化碳；间接氧化过程是利用水中的阴离子与阳极接触产生具有强氧化性的中间产物，中间产物进一步氧化有机物使之分解。电化学氧化技术作为高级氧化技术的一种，在处理造纸废水、印染废水、含油污水等难降解有机废水方面都有应用研究，电化学氧化技术处理废水时的降解效率和降解产物随阳极材料的改变而产生变化，也就是说阳极材料是影响电化学氧化过程中有机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等电化学氧化法作为一种清洁的高级氧化技术因其用药少、产泥少，成为最具前景的技术之一，并逐渐在工业废水的处理中得到应用。目前可将COD处理至50～80mg/L的单一电化学技术大多为三维电极电化学技术，三维电极相比二维电极处理量大、电流效率高、比表面积大、传质距离短、迅速氧化能力强且能量利用效率高，而该技术电极的选择是关键，进水COD应小于300～600mg/L，另外，电化学技术也可作为生化处理的预处理过程，提高污水的可生化性。然而，电化学技术存在电极电阻大、电流效率低、能耗高、电极板材料成本高、选择性不高等问题，且电解过程中还会产生氧气、氯气、氢气等气体，带来不安全因素，因此电化学氧化技术距离大规模推广应用依然存在较大差距。2.4微滤、超滤、反渗透ro的分离精度的确定膜过滤技术是利用具有选择性分离功能的膜材料实现料液中不同组分的分离、纯化、浓缩。其与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且该过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。按照分离精度不同，膜过滤可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）及反渗透（RO）等。目前在COD深度处理中研究比较多的为“MF/UF+RO双膜工艺”。王勇军等姜伟立等针对生化工段出水，MF/UF+RO双膜工艺技术可将其COD处理至低于50mg/L，但进水COD一般需控制在250mg/L以内，具备处理效果好、出水水质稳定的优点，但需对进膜水质进行严格控制，以避免发生膜污染现象，从而导致膜通量下降，甚至影响膜使用寿命。3微滤/超滤-反渗透双膜工艺思考目前可实现COD提标深度处理的工艺主要包括基于Fenton氧化的组合技术、超临界水氧化技术、电化学氧化技术以及微滤/超滤-反渗透双膜工艺等。基于Fenton氧化的组合技术存在药剂加量大、酸性环境、伴随产生大量絮渣、反应时间长等问题。超临界水氧化技术存在腐蚀及盐堵塞问题，成本控制距离商业运行存在一定差距。电化学氧化技术存在能耗高、电极板材料成本高、电解过程中产生氧气、氯气、氢气等气体问题。微滤/超滤-反渗透双膜工艺的膜污染及使用寿命问题仍有待