零排放理念下工业废水处理技术研究

0引言工业生产过程中必然会产出大量废水和废液，随着我国工业企业的数量上升，工业产品类型众多。排出的废水量也在增加，如果不经处理就排放到河流中，会造成严重的环境污染，不仅影响水资源，还会逐渐腐蚀土壤，制约农业生产，不利于人们的身体健康。因此，践行零排放理念十分重要。1零排放理念概述1.1零排放理念的概念《工业用水节水术语》中对“零排放”理念有明确规定，即企业或其他主体单位生产用水要达到零废水或废液外排。20世纪70年代美国弗洛里达州盖恩斯维市的一个发电厂首次实现了“工业零排放”，为工业和社会的和谐发展提供参考方向。如今我国正处于经济飞速发展的时期，为尽快解决工业和环境保护之间的矛盾，零排放理念开始深入工业废水处理工作当中。零排放是指工业废水和废液经过处理后，污染物无限减少，直至能源排放为零的污水处理活动。零排放理念不仅是要对生产过程中的污染进行处理，还要将另一部分处理不掉的能源充分利用起来，让不可再生资源的排放量为零。工业废水中含有大量氰化物、硫化物、油污，还有其他杂环化合物，除了部分物质可以被微生物降解外，其他重金属元素对环境可造成严重污染。1.2零排放理念的意义水是人类赖以生存的自然资源，如今城市化进程不断加快，工业建设规模增加，水污染问题也愈发严峻。不同工业废水也会带来不同的污染问题，例如，石化企业排放的油污水和含盐污水会导致管线堵塞、腐蚀设备，不利于整个污水处理系统的运作，工业炼油废水排放情况如图1所示。因此，采用必要的污水处理技术能够有效减少工业废水对环境的负面影响，保护水环境。零排放理念并非单指某一样技术，而是要求企业通过合理规划，科学分析水中污染物分布情况，集成多种技术来控制水质平衡和盐量平衡。因此，深入贯彻零排放理念，有利于工业生产达成减排目标，保护水体健康，降低对地下水的污染，减少整体工业用水量，有效缓解目前水资源短缺问题，固化高毒、高盐物质，实现工业资源的循环利用。2零排放理念下的工业废水处理技术2.1SBR生化技术SBR生化技术也称间歇活性污泥法或处理脱氨污水处理技术，是近几年全球大力推广的工业废水处理技术，该技术使用了单一反应器，按照进气—曝光—沉淀—出水的顺序来完成污水处理。SBR技术应用时具有经济性高、无须二次沉淀池、耐冲击、管理简单等优势。能够做到持续进水、持续反应。SBR技术发展初期主要应用于制革废水的处理中。SBR生化系统中的机械格栅和沉砂池能够有效降解制革废水中的粗大废料，经过沉淀后，废料会进入调节池内完成均质处理，处理后的液体再引入一级气浮池中去除悬浮物，最后流入提升泵内脱去硫化物。经过SBR生化技术处理后的工业废水可达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级排放标准。如今我国水污染防治计划正在深入实施，SBR生化技术拥有良好发展前景[1]。2.2反渗透技术反渗透技术常用于含油废水和印染废水的处理当中。我国工业油田在生产和开采过程中会使用到钢铁冷压乳化液和钢铁金属切削清洗液。这也造成此类废水中油脂含量高，生化需氧量高。如果使用传统的电解法或化学法，很难对含油废水进行物质分离。使用反渗透膜技术可以有效去除油脂，经过膜处理后，乳化油浓缩液中的油脂可以被循环利用。印染废水则具有盐度高、重铬酸盐高、成分多样、色度大等特点。生物处理技术对需氧量和重铬酸盐比例在40%内的废水无法发挥作用。因此，可以使用反渗透技术，在反渗透装置中将进水压力控制在0.8MPa～1.2MPa，温度控制在15～40℃，然后把经过活性炭吸附后的印染废水引入装置中，可实现对印染废水色度的100%去除，印染废水的生化需氧量可去除91%，脱盐率能达到97%。而且反渗透膜经过盐酸清洗后，可循环使用，具有较高的经济性。除此之外，将反渗透膜技术和纳滤技术组合使用，能够高效去除工业废水中的高分子磷、病原体以及氮化物，提高污水处理效率。纳滤和反渗透双膜组合使用还可以实现高盐废液的零污染处理。通过调整纳滤和反渗透双膜中的浓度配比、温度和进水压力，能有效分离氯化钠、硫酸钠等物质，高纯度氯化钠的回收率可达到96.5%，实现资源的有效利用。2.3厌氧生物技术2.3.1厌氧氨氧化技术厌氧生物技术通常应用于高浓度有机工业废水处理过程中，使用该技术处理工业废水要经过水解酸化、产氢产乙酸、产甲烷3个阶段。水解酸化过程中，细菌会通过细胞外酶作用把污水中的大分子有机物溶解，使其结构更小，方便后期处理。有机物分解过程中会产生大量酸类、醇类物质，如果有机物含氮量高，还会产生氮气，经过电离形成碳酸氢铵。产氢、产乙酸、产甲烷能够提高工业废水的回收利用率，有效处理废水中的有机物。厌氧氨氧化技术能耗较低，耗氧量少，厌氧生物不会因繁殖产生絮状物，降低工业污泥的产量，避免因淤泥过多堵塞管道情况的发生。在处理工业污水时，虽然使用活性炭可以有效吸附有机物中的氮，但是无机含氮物无法彻底去除，如果要使用传统的AO技术，需要充足的氧气支撑，成本较高，无法满足工业污水处理经济性的要求。而厌氧微生物菌可以直接和亚硝酸盐反应，不需要氧元素就能达到脱氮效果，处理效果高，成本低，能满足零污染理念下的工业污水处理要求[2]。2.3.2厌氧设备安装安装厌氧设备之前，技术人员应确定工业废水具体处理要求和废水处理流程，确保厌氧技术的应用可满足工厂的去污需求。安装设备前，应在工业污水中投放水解菌群，然后沉淀和过滤掉难以分解的有机物。提高下一步厌氧生物技术的使用效率。在使用厌氧生物技术时，要根据工业种类选择对应的化学药剂，合理规划药剂投放量。在发生厌氧反应后，技术人员应将工业污水引入厌氧反应池，保证良好处理效果。由于温度、湿度、pH都会对厌氧技术的使用效果产生影响，所以安装厌氧设备时，要保持良好的厌氧环境，确保厌氧生物技术的可操作性。不同厌氧微生物对温度的要求也不同，例如，甲烷在55～60℃的环境内，甲烷菌厌氧消化率较高，有机物处理效果较好。通常来说，30～50℃的环境中厌氧微生物较活跃，pH为5.0能为厌氧菌群提供良好生存条件。但是特殊厌氧微生物除外，因此技术人员要根据实际需求调整pH，提高厌氧微生物的消化率。安装潜水曝气机能够提高厌氧环境中的微生物、有机物、氧气循环流动效率，通过潜水曝气机的搅拌、混合，有机物和氧气充分接触，确保工业废水净化效果。工业污水处理时常用的潜水曝气机包括离心曝气机、射流曝气机。射流曝气机就是利用喷嘴高速射出的水流形成负压，吸入空气，然后再将空气与废水混合。离心曝气机则是利用叶轮的旋转形成离心力，在排水时产生低压真空区，吸入空气，将废水与空气混合，增加污水与空气的接触，实现厌氧曝气的效果。厌氧生物技术对含氮有机物浓度较高的工业废水有良好的净化效果，可以有效降低工业污水的排放。2.4纳滤膜技术纳滤技术当前在我国工业废水处理中应用范围较广，由于自身具有特殊的传质分离属性，所以纳滤膜对工业废水处理的各个环节都有良好的适应性，包括废水处理后的排放、废水二次利用、物质回收等。纳滤膜主要应用于重金属加工或电镀生产中的废水处理，此类废水内含有大量铅、铜、铬、镍离子。如果使用传统的盐后沉淀技术，很难彻底解决金属废水污染问题。但是使用纳滤膜技术可以有效过滤废水中的各种金属离子。例如把乙二胺四乙酸二钠当成纳滤络合剂，结合响应曲面法，能有效处理煤化产业中的高盐废水。控制进料泵频率在12Hz，重金属和乙二胺四乙酸二钠pH为3.05、两者质量比为3.5:1时。DL2540纳滤膜能回收工业废水中78%的重金属离子。然后将含有重金属离子的混合液pH调节到12时。重金属离子沉淀后，剩余液体回流，高盐废水即完成深度处理[3]。2.5物理污水处理技术物理废水处理技术对工业废水的成分不会产生影响，不改变废水中污染物的生化性质。一般物理废水处理适用在化学废水处理和生物废水处理之前。常见的物理处理技术包含吸附、沉淀、撇脂、膜技术等等。物理废水处理技术的优势有成本低、操作简单、过程灵活。能够适应多种工业生产废水，产出的固体废物量远低于其他技术。使用物理污水处理技术之前，要做好污水预处理，常见预处理技术包括沉淀、筛除、撇脂、吸附等。筛除是发展历史最长的处理方法，可去除污水中的大型固体物和浮动生物。沉降技术可分为自然沉降和混凝沉降。沉淀池可以沉淀剩余的固体颗粒，保证处理系统不发生堵塞。常见沉淀池类型有平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池。混凝沉淀是通过向污水投放混凝剂，让细小颗粒形成胶团，然后沉降在池底。撇脂也是一种常见的污水预处理方法，是对污水中油脂、脂肪类物质进行去除，如果不去除油脂，油脂进入化学处理阶段，会堵塞管道，降低污水处理效果。吸附是去除固体污染物表面的可溶性分子的物理去污方法，工业废水处理过程中常用的吸附物质包括活性炭、硅胶、树脂、硅藻土等等。其中活性炭应用范围最广泛，活性炭箱吸附原理如图2所示，活性炭箱具有吸附效果好、原料成本低廉等优势。但是活性炭易碎，需要工作人员及时置换。图2活性炭箱吸附原理2.6氧化处理技术2.6.1臭氧氧化臭氧氧化处理技术就是将臭氧作为强氧化剂，与工业废水中的多种有机物、无机物产生化学反应。臭氧在催化反应过程中，不会产生有害物质，也没有副作用，具有环保、健康、能耗低、效率高等优点。使用臭氧氧化技术，能够增强工业污水中有机物的降解效果。需要注意的是，臭氧作为催化剂使用时，其半衰期较短，当浓度高于25%时，效率就会降低，并具有威胁性。污水中如果含有较多颗粒物质，臭氧消耗速度会加快。因此要做好工业污水的物理预处理。经过臭氧氧化后的有机物矿化率较低，因此臭氧氧化技术具有良好发展前景。2.6.2芬顿氧化氧化处理过程中，亚铁离子和过氧化氢会发生化学反应，形成羟基自由基。芬顿氧化法可以有效降低工业污水中有机化合物的毒性，但是芬顿氧化法的应用效果受pH的影响。而且氧化过程中产生的铁离子无法二次使用，容易产生大量污泥。因此，想要发挥芬顿氧化的去污作用，可以配合使用催化剂，取代不饱和中心铁复合材料。芬顿氧化技术对环境污染小，能降低污水中铜、铬、铝等重金属分子的含量[4]。2.6.3光分解法光分解法也是一种常见的化学氧化方法，电磁辐射分解成为水分子的过程中会成为自由基，光分解就是羟基自由基形成的过程。紫外线光分解能够去除废水的颜色。光分解法不需要使用其他催