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廢水處理技術(shù)及其研究進(jìn)展

文檔作者：王瑞芬許劍軼張胤文檔來源：內(nèi)蒙古科技大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月14日
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上一篇：改性粉煤灰吸附處理含鉛廢水試驗(yàn)研究

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第29卷第3期(總第115期)
2010年9月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．29 No．3(Sum．115)
Sep．2010
廢水處理技術(shù)及其研究進(jìn)展
王瑞芬，許劍軼，張胤
(內(nèi)蒙古科技大學(xué)稀土學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014010)
摘要：綜述了幾種重要的廢水處理技術(shù)及應(yīng)用狀況，介紹了各種方法的原理，主要分類及應(yīng)用范圍，特別分析
了目前應(yīng)用較多、發(fā)展較快的化學(xué)氧化法和生物處理法的特性，提出了水處理技術(shù)研究發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：廢水處理；化學(xué)氧化法；生物氧化法；研究進(jìn)展
中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009—2617(2010)03—0147一03
我國是水資源短缺和水環(huán)境污染嚴(yán)重的國家之一。
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對水
質(zhì)和水量需求日益增加，也對水環(huán)境的污染造成了更大
壓力，水資源緊缺已成為十分普遍而嚴(yán)重的社會問題。
合理利用和研究新的水處理技術(shù)是解決日趨嚴(yán)重的水污
染的重要途徑，開發(fā)能耗低、操作簡單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、無二次
污染的方法是水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢【l。5]。
1 水處理化學(xué)方法
水的化學(xué)處理是針對廢水中可溶解的無機(jī)物和難以
生物降解的有機(jī)膠狀物質(zhì)，通過中和、氧化還原或混凝等
作用，使廢水中的污染物發(fā)生化學(xué)性質(zhì)上的變化，從廢水
中分離或無害化的處理方法。化學(xué)法常與生物法一起用
于廢水的二級處理或有機(jī)廢水的三級處理。近20多年
來，包括濕式氧化法和光化學(xué)氧化法的水處理高級氧化
技術(shù)得到發(fā)展，是目前處理難生物降解有機(jī)物的最有前
途且對環(huán)境無二次污染的重要方法【6’7]。
1．1 濕式氧化法
濕式氧化法(wA0)是在高溫高壓下，利用氧化劑將
廢水中的有機(jī)物氧化成二氧化碳和水從而去除污染物。
在國外，濕式氧化法廣泛用于處理含氰廢水、造紙黑液、
煤氣化廢水及城市垃圾滲出液，我國針對該技術(shù)在實(shí)際
推廣方面存在的局限性，在傳統(tǒng)濕式氧化法基礎(chǔ)上采取
了一系列改進(jìn)措施，提出了使用穩(wěn)定催化劑的催化濕式
氧化法(CwA0)、加入更強(qiáng)氧化劑的濕式過氧化物氧化
法(WP0)和利用超臨界水的特性加速反應(yīng)進(jìn)行的超臨界
水氧化法(SCw0)[4。6]。
1．1．1 催化濕式氧化法(CwAO)
在濕式氧化過程中加入適宜的催化劑，可使反應(yīng)在
更溫和的條件、更短的時(shí)間內(nèi)完成，近年來用于催化濕式
氧化法的催化劑研究已成為該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
CwA0中的催化劑有均相催化劑和非均相催化劑，在非
均相催化劑貴金屬、銅和稀土系列中，貴金屬催化劑已實(shí)
現(xiàn)了工業(yè)化，目前的研究重點(diǎn)是開發(fā)非貴金屬催化劑。
銅系催化劑相對貴金屬來說比較經(jīng)濟(jì)，但存在嚴(yán)重
的溶出現(xiàn)象。稀土元素可以形成特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化
物，如Ce0。就是在CWA0催化劑中應(yīng)用廣泛的稀土氧
化物，Ce0：能改變催化劑的電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)。3類
非均相催化劑中，稀土系催化劑既可以降低成本又能夠
提高催化效率，而且我國具有得天獨(dú)厚的稀土資源優(yōu)勢，
開發(fā)其他新型稀土催化劑的研究已受到廣泛重視。
1．1．2 濕式過氧化物氧化法(wPo)
濕式過氧化物氧化法是在氧化體系中加入更強(qiáng)氧化
劑的濕式氧化法，通常加入的過氧化物為H：0：。H。0z
的加入一方面取代了高壓氧或壓縮空氣，節(jié)省了高壓設(shè)
備；另一方面，液體氧化劑使反應(yīng)速度大大加快。濕式過
氧化物氧化法能在較低的反應(yīng)溫度和壓力下取得較好的
污染物去除效果，是一種很有前途的氧化工藝。然而，該
工藝中雙氧水的投入量較多，運(yùn)行費(fèi)用較高。但是對于
高濃度難降解有毒有害有機(jī)污染物的處理，該工藝仍不
失為一種高效的處理工藝。
1．1．3 超臨界水氧化法(SCWAO)
超臨界水氧化原理是利用超臨界水作為介質(zhì)來氧化
分解有機(jī)物，因?yàn)槌R界水具有極強(qiáng)的溶解能力，高的可
收稿日期：2009一09—15
作者簡介：王瑞芬(1981一)，女，內(nèi)蒙古四子王旗人。碩士，主要從事水處理技術(shù)及絮凝劑研究。
萬方數(shù)據(jù)
· 148 · 濕法冶金2010年9月
壓縮性，而且無毒、廉價(jià)，容易與多種產(chǎn)物分離。在氧化
過程中，超臨界水對有機(jī)物和氧氣都是極好的溶劑，因此
有機(jī)物的氧化可以在富氧的均一相中進(jìn)行，反應(yīng)不會因
相間轉(zhuǎn)移而受到限制。自由基是由氧進(jìn)攻有機(jī)分子中較
弱的C—H鍵產(chǎn)生的，其反應(yīng)機(jī)理可表示為：
RH+02一R·+H02·(RH為有機(jī)物)；
RH+H02·—，R·+H202。
過氧化氫被進(jìn)一步分解為羥基自由基：
H2()2+M一2H0·(M為界面)；
RH+H0·一R·+Hz0。
以上反應(yīng)中產(chǎn)生的R·能與氧氣作用生成過氧化自
由基，過氧化自由基進(jìn)一步獲取氫原子生成過氧化物：
R·+02一R00·；
R00·+RH—+R00H+R·。
已對許多化合物如硝基苯、氰化物、酚類等進(jìn)行了超
臨界水氧化試驗(yàn)，效果良好。然而，盡管超臨界水氧化法
具備了很多優(yōu)點(diǎn)，但其高溫高壓的操作條件無疑對設(shè)備
提出了嚴(yán)格的要求。
1．2光化學(xué)氧化
光化學(xué)氧化是在光的作用下，使有機(jī)物逐步氧化成
低分子中間產(chǎn)物并最終生成C02、H。0及其它如N0f、
P0：一等離子的過程。已有研究發(fā)現(xiàn)，鹵代芳烴、硝基芳
烴、取代苯胺、雜環(huán)化合物、酚類、表面活性劑等都能有效
地進(jìn)行光化學(xué)降解，最終生成無毒的無機(jī)小分子物質(zhì)[7]。
光化學(xué)氧化是通過氧化劑在光的輻射下產(chǎn)生氧化能力更
強(qiáng)的自由基而進(jìn)行的，根據(jù)氧化劑的種類不同，可以分為
UV／Fenton、UV／H202等系統(tǒng)L6．8J。
1．2．1 UV／Fenton
Fenton試劑是由H202和Fe2+組成的體系。H202
在Fe2+的催化作用下能夠產(chǎn)生具有高反應(yīng)活性的羥基自
由基HO·，當(dāng)有紫外光(UV)輻射時(shí)，F(xiàn)enton試劑的氧
化性能得到大大改善，這主要是因?yàn)樽贤夤夂褪?對Hz
02的催化分解具有協(xié)同效應(yīng)，一方面可以加速H。(]2分解產(chǎn)
生H0·，同時(shí)還可以催化Fe3+與H：02反應(yīng)產(chǎn)生H0·和
即+，維持Fe2十／Fe3+的循環(huán)。反應(yīng)可用下式表示：
H202+hv一2H0·；
Fe3++H202+hv—，H0·+Fe2++H0一；
Fe(0H)2++hv—}Fe2++H0·：
Fe(R00)2++hv—-Fe2++R++C0，。
將紫外光引入Fenton法中大大提高了有機(jī)物的降解
速率，但目前UV／Fenton法多采用人工電光源，這無疑增
加了運(yùn)行成本，在一定程度上限制了該法的大規(guī)模推廣
使用。因此，國內(nèi)外很多研究者又將太陽光引入Fenton
法作為了新的研究熱點(diǎn)。
1．2．2 UV／H2 02
H：0。作為一種強(qiáng)的氧化劑可以將水中的有機(jī)或無
機(jī)的毒性污染物氧化成無毒或較易為微生物分解的化合
物，但對于高濃度難降解的有機(jī)污染物，僅使用Hz0：效
果還不十分理想，紫外光的引入，能夠大大提高H。0：的
處理效果。一般認(rèn)為，UV／H。0：的反應(yīng)機(jī)理是：
H202+hv一2H0·，
H0·對有機(jī)物發(fā)生氧化作用：
脫氫RH+H0·一H。0+R·一進(jìn)一步氧化；
親電加成H0·+PHX一·HOPHX；
電子轉(zhuǎn)移H0·+RX一·RX++H0一。
2 水處理生物方法
生物處理過程是廢水與微生物混合接觸，利
用微生物的代謝作用分解廢水中的有機(jī)污染物或
無機(jī)毒物。生物法中具有代表性的是氧化溝法、
生物膜法和厭氧生物法。
2．1 氧化溝法
氧化溝法是好氧微生物處理廢水的重要方法，是活
性污泥法的一種改型。氧化溝中水的流速較大，廢水進(jìn)
入溝內(nèi)后能迅速與溝內(nèi)混合液混合。氧化溝法對水質(zhì)、
水量、水溫適應(yīng)性強(qiáng)，處理后的水質(zhì)良好，而且脫氮除磷
效果好，運(yùn)行可靠，投資和運(yùn)轉(zhuǎn)成本較低[9]。
由于氧化溝法在經(jīng)濟(jì)上具有強(qiáng)的競爭力，在歐洲、美
洲等地得到了廣泛應(yīng)用，在我國也廣泛應(yīng)用于城市污水、
化工廢水、印染廢水、食品加工和有機(jī)工業(yè)廢水的處理，
但該法不適用于處理漿液、焦油或黏滯性廢液。
2．2 生物膜法
生物膜法是利用附著在多孔固體支承物表面上的微
生物的生長繁殖形成的微生物膜吸附、氧化有機(jī)物，達(dá)到
污水凈化的目的。生物膜的內(nèi)外進(jìn)行著多種物質(zhì)的傳
遞，空氣中的氧溶于流動水層中并通過附著水層傳給生
物膜，供微生物呼吸用；污水中的有機(jī)物則由流動水層傳
遞給附著水層，再進(jìn)入生物膜被降解，微生物的代謝產(chǎn)物
則沿著相反的方向排出。在流水的沖刷下，老化的生物
膜脫落，新的生物膜又形成，具有很強(qiáng)的自凈化功能。所
以，生物膜法是一種很有前途的處理方法，目前廣泛用于
高濃度工業(yè)有機(jī)廢水和生活污水的處理¨?。
2．3 厭氧生物法
厭氧生物法是在厭氧條件下，利用厭氧生物的生命
活動，使有機(jī)物分解生成甲烷和二氧化碳的過程，在城市
污水及部分高濃度有機(jī)污水和有機(jī)廢料處理方面得到了
萬方數(shù)據(jù)
第29卷第3期王瑞芬，等：廢水處理技術(shù)及其研究進(jìn)展· 149 ·
有效利用。近年開發(fā)出的以厭氧顆粒污泥膨脹床
(EGSB)和厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(1C)為代表的第三代厭氧
反應(yīng)器發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)水均勻分布和污泥之間的良
好接觸，提高了處理效率。
EGSB采用回流技術(shù)，對于低溫和低負(fù)荷有機(jī)廢水，
回流可增加反應(yīng)器的水力負(fù)荷，有效解決常見的短流、死
角和堵塞問題，保證處理效果。對于超高濃度或含有毒物
質(zhì)的有機(jī)廢水，回流可稀釋進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)的濃度和
有毒物的濃度，降低對微生物的抑制和毒害。目前，國內(nèi)外
已經(jīng)將EGSB工藝廣泛用于處理酒精廢水、牛奶廢水、啤酒
廢水和城市污水。EGSB對布水系統(tǒng)要求較為寬松，但對
三相分離器要求比較嚴(yán)格，因此，三相分離器的設(shè)計(jì)成為
EGsB高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，有待進(jìn)一步開發(fā)n川。
IC反應(yīng)器是基于EGSB反應(yīng)器顆?；腿喾蛛x器
的概念而改進(jìn)的新型反應(yīng)器，由于其處理容量高、投資
少、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)可產(chǎn)生可再生能源——
沼氣而引起了各國的注意。IC反應(yīng)器是由第一厭氧反應(yīng)
室和第二厭氧反應(yīng)室疊加而成，第一厭氧反應(yīng)室處理過
的廢水自動進(jìn)入第二厭氧反應(yīng)室繼續(xù)進(jìn)行處理，使廢水
得到更好的凈化。但由于IC反應(yīng)器的高度一般較高且
內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了施工安裝和日常維護(hù)的困難，影響
了其推廣應(yīng)用Ll}13]。
總體看來，生物處理方法有需氧法和厭氧法，發(fā)展趨
勢是用厭氧法代替需氧法。由于生物處理方法常可起到
物理、化學(xué)方法難以達(dá)到的作用，所以越來越受重視。
3 結(jié)束語
從整體來看，我國的水處理技術(shù)相對來說還比較落
后，而且應(yīng)用面不夠廣闊。近年來，隨著人們對水處理認(rèn)
識的不斷提高，水處理技術(shù)的發(fā)展和更新已經(jīng)越來越受
重視?？v觀水處理技術(shù)的發(fā)展過程，水處理藥劑從低分
子到高分子、從無機(jī)到有機(jī)，水處理技術(shù)從單一方法到幾
種方法的聯(lián)合使用，正逐步系列化和多樣化，總的趨勢是
向廉價(jià)、實(shí)用、環(huán)保、無毒、高效方向發(fā)展。高級氧化法和
生物法及光催化法的聯(lián)合使用以其高效優(yōu)勢得到了迅速
發(fā)展，是今后研究的重要方向。
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Wastewater Rreatment Technology and Research PrOgress
WANG Rui—fen，XU Jian—yi，ZHANG Yin
(CoZZPg已o／RnrP Ek，．￡矗，f咒咒Pr Mo竹goZin L7ki鉚Prsi￡y o，SfiP卵fP口，zd TPc^挖oZogy，
B口o￡o“，f竹竹Pr Mo行g(shù)oZi口014010，C^i九口)
Abstract：The article suHmladzes severalimponant processes of wastewater treatment and their application
status，introducs the technologies principles，main categories and appIication scopes，analyzes specially
the characteristics of chemical oxidation method which and microbiological method which develop rap—
idly and applicate widely at present，and puts forword a reseach and development direction for
wastewater treatment technology．
Key words：wastewater treatment；chemical oxidation process；bio—oxidation process；research progress

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