淺談污水處理廠工藝的優化

隨著國家頒布“水10號”，污水處理、廢水處理和污染物排放進入“新狀態”，國家和地方對污水排放指標的要求也有所增加。以污水化學需氧量（COD）為例，針對不同行業的國家強制標準（石油化學工業GB31571—2015目前，針對工業有機廢水處理的工藝路線已相對成熟，大部分的處理工藝為“物化-生化-深度”3個處理步驟。經絮凝沉降、浮選等物化方法及生化工藝后，大部分COD可以被去除，但生化出口的COD仍然可達100mg/L，甚至更高，并且生化后污水中殘余的有機污染物分子尺寸更小、更加穩定，COD的處理難度增大進一步升級或建立新型污水深度處理工藝，實現工業污水的高效達標處理日漸成為業界的研究熱點。筆者在廣泛調研現有COD達標深度處理技術（即可將COD去除至低于50～80mg/L的深度處理技術）的基礎上，進一步分析對比了各類技術的處理效果及存在問題，以期為實現COD處理技術的提升尋找潛在的發展方向。1廢水來源的d值特征煤炭、石油化工、鋼鐵、煉焦、印染、造紙等各行業產生的高COD有機工業廢水，經物化及生化工藝處理后，存在的共性特點主要體現在：（1)COD值依然無法滿足國家排放需求，一般在100～300mg/L，有的甚至高達500mg/L;(2)COD組成復雜且不盡相同。有機污染物可能包含油類、酚類、多環芳烴、苯系衍生物以及含氧、氮、硫的雜環和多環化合物，同時又因廢水來源不同，各類污染物的種類及含量又不盡相同；（3）生物可降解性進一步變差。經生化處理后，基本可被去除的有機物已全部被降解，剩余的COD值雖然不高，但卻極難被生物降解，需要更高效的處理手段2cod標準深度處理技術2.1cod的去除Fenton氧化是通過H方健何曉峰羅志剛郭慶英等綜上所述，基于Fenton氧化的組合技術置于生化處理工段后，具備較好的COD去除效果，適用的進水COD質量濃度低于300mg/L，但存在藥劑加量大、酸性環境、伴隨產生大量絮渣、反應時間長等問題，當COD達到一定的去除率后，無法再繼續去除有機物，易造成H2.2污水深度處理方面，scwo的應用超臨界水氧化（SupercriticalWaterOxidation,SCWO）技術是近期發展起來的新興綠色水處理技術，其原理是水在超臨界狀態下（溫度>374℃，壓力>24MPa）兼具氣液兩重性，同時其密度連續可變，電介質常數及黏滯度降低，使超臨界水轉變為擴散能力強、溶解度高的理想反應介質。SCWO雖然需要較高的壓力和溫度，但所需停留時間很短，幾十秒時間就能完成污水的深度氧化處理，污染物的脫出消除效果很好，處理污水一般不需要進一步處理，對各種有機污染物的處理具有普適性。污水中的有機物在富氧的超臨界介質中與羥基自由基反應轉化為二氧化碳、水和鹽類等無機小分子化合物，無二次污染產生，另外在超臨界介質中，水、有機物和O尹建坤等王皤等趙朝成等閆澤等于廣欣等張春雨等SCWO技術應用于污水深度處理時，具備較徹底的COD去除效果，廢水無需經過任何預處理，適用的COD濃度可高達上萬mg/L，且處理時間較短，不失為一種卓有成效的COD去除技術。但從目前國內外的研究現狀來看，仍處于中試試驗階段，還未達成真正的工業應用，究其原因主要有2個方面：其一是腐蝕問題，由于SCWO的高溫、高壓、高溶解氧以及污水含硫、含氯、高鹽分特性，易造成嚴重的材料腐蝕問題，從而影響系統正常工作壓力，且產生的其他離子還會造成二次污染問題；其二為鹽堵塞問題，常溫下水是大多數鹽的溶劑，而在超臨界水中無機物的溶解度減小，鹽產生沉淀。某些鹽的黏度較大，有可能引起反應器的堵塞，使得污水處理無法正常操作。另外，系統的節能設計也是研究的一項重要課題，超臨界水氧化針對高濃污水具有自熱特性，商業運行時必須考慮系統熱量的獲取，以降低污水的處理費用。由此看來，SCWO技術的工業化應用還需要進一步的研究及實驗。2.3程序法氧化法電化學氧化技術是在電流作用下使廢水中的有機物在電極表面或者溶液中發生氧化反應，轉化或分解為無毒無害物質的過程。金屬氧化物吸附羥基自由基理論是被普遍接受的電化學氧化法機理，氧化途徑分為直接氧化和間接氧化2種，且一般同時存在。直接氧化是水中有機物直接與陽極接觸反應失去電子或者被高電勢產生的羥基自由基氧化為小分子化合物和二氧化碳；間接氧化過程是利用水中的陰離子與陽極接觸產生具有強氧化性的中間產物，中間產物進一步氧化有機物使之分解。電化學氧化技術作為高級氧化技術的一種，在處理造紙廢水、印染廢水、含油污水等難降解有機廢水方面都有應用研究，電化學氧化技術處理廢水時的降解效率和降解產物隨陽極材料的改變而產生變化，也就是說陽極材料是影響電化學氧化過程中有機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等電化學氧化法作為一種清潔的高級氧化技術因其用藥少、產泥少，成為最具前景的技術之一，并逐漸在工業廢水的處理中得到應用。目前可將COD處理至50～80mg/L的單一電化學技術大多為三維電極電化學技術，三維電極相比二維電極處理量大、電流效率高、比表面積大、傳質距離短、迅速氧化能力強且能量利用效率高，而該技術電極的選擇是關鍵，進水COD應小于300～600mg/L，另外，電化學技術也可作為生化處理的預處理過程，提高污水的可生化性。然而，電化學技術存在電極電阻大、電流效率低、能耗高、電極板材料成本高、選擇性不高等問題，且電解過程中還會產生氧氣、氯氣、氫氣等氣體，帶來不安全因素，因此電化學氧化技術距離大規模推廣應用依然存在較大差距。2.4微濾、超濾、反滲透ro的分離精度的確定膜過濾技術是利用具有選擇性分離功能的膜材料實現料液中不同組分的分離、純化、濃縮。其與傳統過濾的不同在于，膜可以在分子范圍內進行分離，并且該過程是一種物理過程，不需發生相的變化和添加助劑。按照分離精度不同，膜過濾可分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）及反滲透（RO）等。目前在COD深度處理中研究比較多的為“MF/UF+RO雙膜工藝”。王勇軍等姜偉立等針對生化工段出水，MF/UF+RO雙膜工藝技術可將其COD處理至低于50mg/L，但進水COD一般需控制在250mg/L以內，具備處理效果好、出水水質穩定的優點，但需對進膜水質進行嚴格控制，以避免發生膜污染現象，從而導致膜通量下降，甚至影響膜使用壽命。3微濾/超濾-反滲透雙膜工藝思考目前可實現COD提標深度處理的工藝主要包括基于Fenton氧化的組合技術、超臨界水氧化技術、電化學氧化技術以及微濾/超濾-反滲透雙膜工藝等。基于Fenton氧化的組合技術存在藥劑加量大、酸性環境、伴隨產生大量絮渣、反應時間長等問題。超臨界水氧化技術存在腐蝕及鹽堵塞問題，成本控制距離商業運行存在一定差距。電化學氧化技術存在能耗高、電極板材料成本高、電解過程中產生氧氣、氯氣、氫氣等氣體問題。微濾/超濾-反滲透雙膜工藝的膜污染及使用壽命問題仍有待