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化工废水处理与环境保护吕佳（化学与化工学院，化学工程与工艺10-2班，1066115233）【摘要】随着我国国民经济的不断发展，我的环境污染问题也日益严重，化工行业渗透在各个方面，与人们的衣、食、住、行密切相关，是国民经济十分重要的一部分，而化工行业排出的废水量占全部废水量的22%，居第一位。本文是根据平时课程所学与化工生产过程的特点主要从化工生产的一个方面即有关化工废水处理与环境保护的一篇综述。主要介绍了有关废水处理的方法以及化工废水对环境的影响。【关键字】化工废水、环境保护、处理方法一 综述1.1化工生产的特点化工生产具有易燃、易爆、易中毒，高温、高压，有腐蚀等特点。因而，较其他工业部门有更大的危险性。化工生产有四个特点：+ |. S) W s: M V& V# 4 o+ # g9 T82 y! D3 s6 b m(1)化工生产使用的原料、半成品和成品种类繁多，绝大部分是易燃、易爆、有毒害、有腐蚀的危险化学品。这给生产中的这些原材料、燃料、中间产品和成品的贮存和运输都提出了特殊的要求。 ; 5 w( O# 0 7 Y% M% U9 h7 h, s(2)化工生产要求的工艺条件苛刻。有些化学反应在高温、高压下进行，有的要在低温、高真空度下进行。如由轻柴油裂解制乙烯、进而生产聚乙烯的生产过程中，轻柴油在裂解炉中的裂解温度为800；裂解气要在深冷(-96)条件下进行分离；纯度为99.99的乙烯气体在294kPa压力下聚合，制取聚乙烯树脂。( Z5 X4 b8 D+ I0 c(3)生产规模大型化。近20多年来，国际上化工生产采用大型生产装置是一个明显的趋势。以化肥为例，20世纪50年代合成氨的最大规模为6万ta；60年代初为12万ta；60年代末，发展到30万ta；70年代发展为54万ta。乙烯装置的生产能力也从50年代的10万ta，发展到70年代的60万ta。裂解炉单台炉的生产能力从4.5万ta达到10万ta。(采用大型装置可以明显降低单位产品的建设投资和生产成本，提高劳动生产能力，降低能耗。因此，世界各国都积极发展大型化工生产装置。但大型化会带来重大的潜在危险性。8 Z( L* (4)生产方式的高度自动化与连续化。化工生产已经从过去落后的手工操作、间断生产转变为高度自动化、连续化生产；生产设备由敞开式变为密闭式；生产装置从室内走向露天；生产操作由分散控制变为集中控制，同时，也由人工手动操作变为仪表自动操作，进而又发展为计算机控制。连续化与自动生产是大型化的必然结果，但控制设备也有一定的故障率。据美国石油保险协会统计，控制系统发生故障而造成的事故占炼油厂火灾爆炸事故的61。由于化工生产本身所具有的这种特点，所以，化工行业不仅是我国水环境污染贡献的大户，而且其排放的废水也是较难实现达标排放的废水。如何从“防”和“治”着手，双管齐下，减少化工废水的产生量，提高化工废水处理的达标率显得尤为重要，走清洁生产的绿色化工道路是化工废水污染防治的必然发展趋势。j6 c) I7 |0 ( |7 / z) M* j7 q1.2环境环境一词是相对于人类而言的，即环境是以人类为主体的客观物质体系。 其内涵是指影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。(中华人民共和国环境保护法规定）1.3化工污染物种类及来源据统计：我国的工业污染在环境污染中占70%，工业污染的治理率很低，废水仅20%，废气和废渣还不到50%。化学工业是环境污染最为严重的工业行业，从原料到产品，从生产到使用，都有造成环境污染的因素。现代化工的特点是量大和多样化。原料消耗量大、产品量大、废弃物也多。产品多样化、原料多样化、生产方法也是多样化。随着化工产品、原料和生产方法的不同所产生的污染物也多种多样。弄清这些污染物的来源和种类对于防治是必要的。化工污染物的种类按污染物的性质可分为：无机化工污染和有机化工污染；按污染物的形态可分为：废气、废水及废渣。化工污染物是在生产过程和使用过程中产生的，其产生的原因和污染环境的途径是多种多样的。化工污染物主要来源可分为：化工生产的原料、半成品及产品；化工生产过程中排放出的废弃物。1.4化工生产过程中排放的废弃物1.4.1.燃烧过程 化工生产过程一般需要在一定压力和温度下进行，因此需要有能量的输入，从而要燃烧大量的燃料，但是在燃料的燃烧过程中，不可避免地产生大量的废气和烟尘等有害物质，对环境造成危害。烟气中各种有害物质的含量与燃料的品种和燃烧条件有很大关系。1.4.2.冷却水 化工生产过程中除了需要大量的热能外，还需要大量的冷却水（例：生产1t烧碱，大约需100t冷却水）。在生产过程中，用水冷却的方式一般有两种。直接冷却：冷却水直接与被冷却的物料进行接触，使冷却水中含有化工物料，而成为污染物质；间接冷却：尽管冷却水不与物料直接接触，但在冷却水中常常加入防腐剂、防垢剂、杀藻剂等化学物质，排出后也会造成污染，即使没有加入有关的化学物质，冷却水也会对周围环境带来热污染问题。1.4.3.副反应和副产品 化工生产中，在进行主反应的同时，还经常伴随着一些人们所不希望的副反应及其产物。副产物虽然有的经过回收之后可以成为有用的物质，但由于副产物的数量不大，而且成分较复杂，要进行回收存在许多困难，经济上不合理，所以往往将副产品作为废料排弃，而引起环境污染。1.4.4.生产事故造成的化工污染 化工生产过程中比较经常发生的事故是设备事故，比较偶然的事故是工艺事故。二 化工废水处理化工生产过程一般需用大量的水，同时会排出相当数量的废水。化工厂一般多集中在江、河、湖、海附近，生产废水就近排入水域，对水域造成污染。据统计，我国化工行业排出的废水量占全部废水量的22%，居第一位。事实上，化工废水对水系（包括地面水和地下水）的污染是许多地方最严重的环境污染现象，是进行环境治理的首要目标。 化工废水总的特点是量大、有害种类多，居各工业系统之首，废水中污染成分随产品品种、生产工艺等不同而千变万化。化学工业废水按成分可分为三大类： 含有机物的废水、含无机物的废水含有机物和无机物的混合废水。按废水中所含主要污染物分：含氰废水、含酚废水、含硫废水、含氟废水、含铬废水、含有机磷化合物废水、含有机物废水。化工废水污染的特点是 1.有毒害性 2.生化需氧量（BOD)和化学需氧量（COD）均较高3.pH超标4.营养化物质多5.废水温度较高 6.恢复比较困2.1废水处理的方法针对不同污染物的特征，发展了各种不同的废水处理方法，特别是对化工废水的处理，这些处理方法可按其工作原理划分为4大类，即物理处理法、化学处理法、物料化学处理法和生物处理法。（1） 物理处理法： 废水物理处理法是通过物理作用分离和去除废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物（包括油膜、油珠）的方法。处理过程中，污染物的化学性质不发生变化。方法有：重力分离法，其处理单元有沉淀、上浮（气浮）等，使用的处理设备是沉淀池、沉砂池、隔油池、气浮池及其附属装置等。离心分离法，其本身是一种处理单元，使用设备有离心分离机、水旋分离器等。筛滤截留法，有栅筛截留和过滤两种处理单元，前者使用格栅、筛网，后者使用砂滤池、微孔滤机等。此外，还有废水蒸发处理法、废水气液交换处理法、废水高梯度磁分离处理法、废水吸附处理法等。物理处理法的优点：设备大都较简单，操作方便，分离效果良好，故使用极为广泛。类型：废水重力分离处理法废水重力分离处理法利用重力作用原理使废水中的悬浮物与水分离，去除悬浮物质而使废水净化的方法。可分为沉降法和上浮法。悬浮物比重大于废水者沉降，小于废水者上浮。影响沉淀或上浮速度的主要因素有：颗粒密度、粒径大小、液体温度、液体密度和绝对粘滞度等。此种物理处理法是最常用、最基本的废水处理法，应用历史较久。 废水筛滤截留法废水筛滤截留法是利用留有孔眼的装置或由某种介质组成的滤层截留废水中的悬浮固体的方法。使用设备有：格栅，用以截阻大块固体污染物；筛网，用以截阻、去除废水中的纤维、纸浆等较细小的悬浮物；布滤设备，用以截阻、去除废水中的细小悬浮物；砂滤设备，用以过滤截留更为微细的悬浮物。 废水气液交换处理法废水气液交换处理法系采用向废水中打入或溶入氧气或其他能起氧化作用的气体，以氧化水中的某些化学污染物，特别是有机物，或者使溶解于废水中的挥发性污染物转移到气体中逸出，使废水净化的方法。影响气液交换的因素有：气液接触面积和方式、气液交换设备、废水性质、水温、pH值、气液比等。 废水离心分离处理法废水离心分离处理法系利用装有废水的容器高速旋转形成的离心力去除废水中悬浮颗粒的方法。按离心力产生的方式，可分为水旋分离器和离心机两种类型。分离过程中，悬浮颗粒质量大，受到较大离心力的作用被甩向外侧，废水则留在内侧，各自通过不同的出口排出，使悬浮颗粒从废水中分离出来。 废水高梯度磁分离处理法废水高梯度磁分离处理法是利用磁场中磁化基质的感应磁场和高梯度磁场所产生的磁力从废水中分离出颗粒状污染物或提取有用物质的方法。磁分离器可分为永磁分离器和电磁分离器两类，每类又有间歇式和连续式之分。高梯度磁分离技术用于处理废水中磁性物质，具有工艺简便、设备紧凑、效率高、速度快、成本低等优点。（2） 化学处理法废水化学处理法是通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元有混凝、中和、氧化还原等；以传质作用为基础的处理单元有萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗吸和反渗透等。 有废水臭氧化处理法、废水电解处理法、废水化学沉淀处理法、废水混凝处理法、废水氧化处理法、废水中和处理法等。与生物处理法相比，能较迅速、有效地去除更多的污染物，可作为生物处理后的三级处理措施。此法还具有设备容易操作、容易实现自动检测和控制、便于回收利用等优点。化学处理法能有效地去除废水中多种剧毒和高毒污染物。废水臭氧化处理法废水臭氧化处理法是用臭氧作氧化剂对废水进行净化和消毒处理的方法。用此法处理废水所使用的是含低浓度臭氧的空气或氧气。臭氧是一种极不稳定、易分解的强氧化剂，需现场制造，工艺设施主要由臭氧发生器和气水接触设备组成。这种方法主要用于：水的消毒，去除水中酚、氰等污染物质，水的脱色，水中铁、锰等金属离子的去除，异味和臭味的去除等。主要优点是反应迅速、流程简单、无二次污染。在环境保护和化工等方面广泛应用。 废水电解处理法废水电解处理法是应用电解的基本原理，使废水中有害物质通过电解转化成为无害物质以实现净化的方法。废水电解处理包括电极表面电化学作用、间接氧化和间接还原、电浮选和电絮凝等过程，分别以不同的作用去除废水中的污染物。 以含氰废水为例，在阳极表面的电化学氧化过程为： CN-+2OH-梍2eCNO-+H2O2CNO-+4OH梍2CO2+N2+2H2O 其主要优点：使用低压直流电源，不必大量耗费化学药剂；在常温常压下操作，管理简便；如废水中污染物浓度发生变化，可以通过调整电压和电流的方法，保证出水水质稳定；处理装置占地面积不大。但在处理大量废水时电耗和电极金属的消耗量较大，分离的沉淀物不易处理利用，主要用于含铬废水和含氰废水的处理。 废水化学沉淀处理法废水化学沉淀处理法是通过向废水中投加可溶性化学药剂，使之与其中呈离子状态的无机污染物起化学反应，生成不溶于或难溶于水的化合物沉淀析出，从而使废水净化的方法。投入废水中的化学药剂称为沉淀剂，常用的有石灰、硫化物和钡盐等。 根据沉淀剂的不同，可分为：氢氧化物沉淀法，即中和沉淀法，是从废水中除去重金属有效而经济的方法；硫化物沉淀法，能更有效地处理含金属废水，特别是经氢氧化物沉淀法处理仍不能达到排放标准的含汞、含镉废水；钡盐沉淀法，常用于电镀含铬废水的处理。化学沉淀法是一种传统的水处理方法，广泛用于水质处理中的软化过程，也常用于工业废水处理，以去除重金属和氰化物。 废水混凝处理法废水混凝处理法是通过向废水中投加混凝剂，使其中的胶粒物质发生凝聚和絮凝而分离出来，以净化废水的方法。混凝系凝聚作用与絮凝作用的合称。前者系因投加电解质，使胶粒电动电势降低或消除，以致胶体颗粒失去稳定性，脱稳胶粒相互聚结而产生；后者系由高分子物质吸附搭桥，使胶体颗粒相互聚结而产生。 混凝剂可归纳为两类；无机盐类，有铝盐（硫酸铝、硫酸铝钾、铝酸钾等）、铁盐（三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁等）和碳酸镁等；高分子物质，有聚合氯化铝，聚丙烯酰胺等。处理时，向废水中加入混凝剂，消除或降低水中胶体颗粒间的相互排斥力，使水中胶体颗粒易于相互碰撞和附聚搭接而形成较大颗粒或絮凝体，进而从水中分离出来。影响混凝效果的因素有：水温、pH值、浊度、硬度及混凝剂的投放量等。 废水氧化处理法废水氧化处理法是利用强氧化剂氧化分解废水中污染物，以净化废水的方法。强氧化剂能将废水中的有机物逐步降解成为简单的无机物，也能把溶解于水中的污染物氧化为不溶于水、而易于从水中分离出来的物质。 常用氧化剂：氯类，有气态氯、液态氯、次氯酸钠、次氯酸钙、二氧化氯等；氧类，有空气中的氧、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等。氧化剂的选择应考虑：对废水中特定的污染物有良好的氧化作用，反应后的生成物应是无害的或易于从废水中分离，价格便宜，来源方便，常温下反应速度较快，反应时不需要大幅度调节pH值等。氧化处理法几乎可处理一切工业废水，特别适用于处理废水中难以被生物降解的有机物，如绝大部分农药和杀虫剂，酚、氰化物，以及引起色度、臭味的物质等。 废水中和处理法废水中和处理法是利用中和作用处理废水，使之净化的方法。其基本原理是，使酸性废水中的H+与外加OH-，或使碱性废水中的OH-与外加的H+相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。反应服从当量定律。采用此法可以处理并回收利用酸性废水和碱性废水，可以调节酸性或碱性废水的pH值。（3）物理化学法 以传质作用为基础的处理单元具有化学作用，而同时又有与之相关的物理作用，所以称为物理化学法，即运用物理和化学的综合作用使污水得到净化处理的方法。如萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又统称膜处理技术。采用本法前废水一般均需预处理，先除去水中的悬浮物、油渍、有害气体等，有时还要调整pH，以便提高处理效果。废水萃取处理法废水萃取处理法是利用萃取剂，通过萃取作用使废水净化的方法。根据一种溶剂对不同物质具有不同溶解度这一性质，可将溶于废水中的某些污染物完全或部分分离出来。向废水中投加不溶于水或难溶于水的溶剂（萃取剂），使溶解于废水中的某些污染物（被萃取物）经萃取剂和废水两液相间界面转入萃取剂中。 萃取操作按处理物的物态可分固液萃取、液液萃取两类。工业废水的萃取处理属于后者，其操作流程：混合，即使废水和萃取剂最大限度地接触；分离，即使轻、重液层完全分离；萃取剂再生，即萃取后，分离出被萃取物，回收萃取剂，重复使用。萃取剂的选择应满足：对被萃取物的溶解度大，而对水的溶解度小；与被萃取物的比重、沸点有足够差别；具有化学稳定性，不与被萃取物起化学反应；易于回收和再生；价格低廉，来源充足。此法常用于较高浓度的含酚或含苯胺、苯、醋酸等工业废水的处理。 废水光氧化处理法废水光氧化处理法是利用紫外光线和氧化剂的协同氧化作用分解废水中有机物，使废水净化的方法。废水氧化处理使用的氧化剂（氯、次氯酸盐、过氧化氢、臭氧等），因受温度影响，往往不能充分发挥其氧化能力；采用人工紫外光源照射废水，使废水中的氧化剂分子吸收光能而被激发，形成具有更强氧化性能的自由基，增强氧化剂的氧化能力，从而能迅速、有效地去除废水中的有机物。光氧化法适用于废水的高级处理，尤其适用于生物法和化学法难以氧化分解的有机废水的处理。 废水离子交换处理法废水离子交换处理法是借助于离子交换剂中的交换离子同废水中的离子进行交换而去除废水中有害离子的方法。其交换过程：被处理溶液中的某离子迁移到附着在离子交换剂颗粒表面的液膜中；该离子通过液膜扩散（简称膜扩散）进入颗粒中，并在颗粒的孔道中扩散而到达离子交换剂的交换基团的部位上（简称颗粒内扩散）；该离子同离子交换剂上的离子进行交换；被交换下来的离子沿相反途径转移到被处理的溶液中。离子交换反应是瞬间完成的，而交换过程的速度主要取决于历时最长的膜扩散或颗粒内扩散。 离子交换的特点是依当量关系进行，反应是可逆的，交换剂具有选择性。应用于各种金属表面加工产生的废水处理和从原子核反应器、医院和实验室废水中回收或去除放射性物质，具有广阔的前景。 废水吸附处理法废水吸附处理法是利用多孔性固体（称为吸附剂）吸附废水中某种或几种污染物（称为吸附质），以回收或去除某些污染物，从而使废水得到净化的方法。有物理吸附和化学吸附之分。前者没选择性，是放热过程，温度降低利于吸附；后者具选择性，系吸热过程，温度升高利于吸附。 吸附法单元操作分三步：使废水和固体吸附剂接触，废水的污染物被吸附剂吸附；将吸附有污染物的吸附剂与废水分离；进行吸附剂的再生或更新。按接触、分离的方式，可分为：静态间歇吸附法，即将一定数量的吸附剂投入反应池的废水中，使吸附剂和废水充分接触，经过一定时间达到吸附平衡后，利用沉淀法或再辅以过滤将吸附剂从废水中分离出来；动态连续吸附法，即当废水连续通过吸附剂填料时，吸附去除其中的污染物。吸附剂有活性炭与大孔吸附树脂等。炉渣、焦炭、硅藻土