高浓度有机废水处理技术进展

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　　摘 要：高浓度废水水质成分复杂，有机物含量高，如单独使用物化法或膜法等传统处理方法进行处理，往往难以达到理想的处理效果。因此研究将几种如物化处理、生物处理等方法相耦合，是目前解决此类高浓度废水污染问题的一个重要突破方向。对于高浓度有机废水的特点进行介绍，描述目前处理现状的不足之处，并对未来高浓度有机废水处理技术的发展趋势进行描述，同时介绍一种新型的多单元组合处理技术。
　　关键词：高浓度;废水处理;技术发展趋势;耦合
　　中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.03.093
　　0 引言
　　高浓度有机废水处理的问题，是当前世界污水处理的公认难题。所谓高浓度废水是指一些高浓度、高含盐、高难降解的废水。水质成分复杂，有机物含量高，COD一般在10000mg/L以上，甚至高达几万至几十万毫克每升。且一般含有毒有害物质，含盐量也极高，具有强酸强碱性，不能直接进行生化处理。这类工业废水一般产自焦化行业、制药行业、石化/油类行业、纺织/印染行业、化工行业、油漆行业等行业。此类高浓度有机废水对环境的污染较大，影响时间持久，若处理不当不但会对生态环境，也会对人类自身造成损害。且如今我国人民的环保意识不断增强，国家对于环境问题也同样日益重视，工业废水排放的水质要求比以往更加严格。因此，要選择合适合理的方法方案进行处理，使工业废水水质达到规定要求的排放标准，对其处理技术方法要求尤为重要。
　　1 技术发展方向的现状
　　对于此类有机污染物含量较高、可生化性较差的高浓度有机废水，如果单独使用物化法或膜法等传统处理方法进行处理，往往难以达到理想的处理效果。比如物化法就存在许多的缺陷和不足，目前常用的物化处理技术包括：微电解、电催化、微波催化、臭氧催化、二氧化氯氧化等传统技术。这些技术大多有着投资大、处理成本高、处理效果十分有限、抗冲击能力差等缺陷。尤其是当废水中有机污染物浓度高于20000mg/l时，传统物化法需投加大量氧化剂，致使处理成本居高不下，而COD去除率仅为10%-30%，还会产生新的物质，造成二次污染。处理常用的膜法也同样存在的局限性，水处理常规膜处理法也有相当的劣势，其对进水水质的要求极高，并且投资巨大，回收利用率较低，而且产生的浓缩液更难处理，前段生化系统对污染物处理不彻底会导致深度处理所需膜组件的污染，影响处理效果。当TDS变高时，膜处理的脱盐率会急剧的下降，同时有着膜污染、堵塞、腐蚀、使用寿命短等诸多待解决的问题。同样的，运用生化处理技术处理高浓度废水也存在一定的限制与弊端。生化处理技术的使用条件受有机物浓度所限制，只能处理有机物浓度处于中低水平范围的有机废水，对于浓度很高的焦化废水，以及富含油，酚等有机物的废水需要进行预先的稀释和前处理。而厌氧过程中微生物繁殖慢，因此反应器启动过程缓慢，需要7～13周时间，增加了工作量和运行费用。曝气池的首端有机物负荷较高，因此耗氧速率较高，为了避免由于缺氧而形成厌氧状态，进水的有机物浓度不宜过高，这导致了曝气池必须为较大容积、较大占地面积，导致基建费用较高。生物处理技术对进水水质、水量变化的适应性较低，运行结果容易受到水质、水量变化的影响，脱氮除磷效果也不太理想。
　　2 高浓度难降解有机废水处理的未来发展趋势
　　由于高浓度有机废水中大量难降解的有机污染物，会使传统的生物处理技术很难取得成果。有机污染物不能有效降解，于是导致整个处理工艺的结果达不到预期成效和目的。对此，目前的高浓度难降解有机废水处理技术研究趋势主要有以下几个方面。
　　2.1 资源化处理的研究方向
　　从目前我国走可持续发展战略的趋势来看，对于仅仅只要求处理后的废水能达到排放标准是远远不够的。未来的成熟有效的技术，需要能够将废水中有价值的物质最大化回收和利用。从某种角度看，高浓度有机废水中所含有的大量有机物未尝不是一种大量的资源，而且其中还蕴含着大量的有机盐，如果不对其进行回收利用，则会造成了许多的资源浪费。如果能做到在保证废水处理达标排放的同时，统筹兼顾资源化回收利用，不仅能使有处理成本的降低和经济效益的提高，而且也将能为高浓度有机废水处理技术的发展提供新的思路，更能够做到与可持续发展战略相呼应，为未来的技术走向提供良好的环境。
　　2.2 低成本技术的研究方向
　　随着科技的不断发展，污水处理技术也不断成熟，然而许多新型技术看似美好，实际处理成本居高不下，令人望而却步。一些较有成效的技术也由于处理成本较高使得企业运营负担变重，制约了企业的发展。因此，如何在保证水质处理要求达标的同时降低污废水处理成本成了目前工业废水处理技术发展的极其重要的方向之一。要做到低成本处理，可以从简化处理流程方面着手，也可以从处理方案上进行优化，但最主要的还是对处理技术方法进行改进和更新。如催化氧化技术，是在催化剂存在的情况下利用氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水。作为新型的污水处理工艺，催化氧化法能够加快有机污染物与氧化剂之间的化学反应，在降解反应过程中又能够产生新的氧化性更强的基团，既能高效的处理水中有机污染物，与此同时又能高效的催化活化臭氧分子。通过向反应装置内通入臭氧等气体，在填料表面产生高氧化性的羟基自由基，从而能够有效地对臭氧进行催化氧化，在提高臭氧利用率的同时，最大限度地去除有机污染物。解决了有机污染物降解得不够彻底的问题。随着研究的不断深入，催化氧化法将是一种非常有竞争力的处理技术，对于处理高浓度有机废水将会有着很好的帮助和成效。
　　2.3 组合处理技术的研究方向
　　对于单一的如物化法、生化法等传统处理方法无法奏效的问题，强调预处理技术，研究将几种如物化处理、生物处理等方法相耦合，是目前解决此类高浓度有机废水污染问题的一个重要突破方向。常见的工艺组合主要有：物化预处理+生化处理、厌氧酸化处理+好氧生化处理、电催化氧化预处理+生化处理、物理化学预处理+生化处理+深度处理。研究组合处理技术，并力争做到将处理成本降低，是目前解决此类高浓度有机废水污染问题的有效途径。 　　3 多单元组合处理技术的介绍
　　这里介绍一种高浓度有机废水处理新型技术，该技术是将多种处理方法相耦合，发挥各单元技术的优势，将预处理技术、无害化技术及资源化技术有效结合。其组件包括预处理单元、SUPER膜元件功能膜单元和蒸发单元。其反渗透膜装置结构包括圆管承压外壳、金属密封片、法兰盘、流体逆向盘、密封式圆管承压内壳、布水器、内拉杆、支撑导流盘、膜片、进液管以及出液管。
　　3.1 高浓度有机废水新型处理技术流程的介绍
　　预处理单元包括废水调节池、水泵以及过滤系统，该过滤系统可以为以下几种：超滤过滤系统、微滤过滤系统、砂滤过滤系统。工业废水通过预处理单元，去除其中的胶体和悬浮颗粒，继而成为预处理废水，接着该预处理废水再进入SUPER膜元件功能膜单元进行第二步处理。
　　第二步的SUPER膜元件功能膜单元包括水泵和反渗透膜装置，水泵的作用是将预处理废水被泵入反渗透膜装置中进行反渗透处理，处理后从反渗透膜装置中排出浓缩液与透过液，透过液直接进行排放或者进行深度处理回用，浓缩液则进入蒸发单元进行第三步处理。
　　第三步的蒸发单元采用机械蒸气再压缩技术与多效蒸发对浓缩液中的水和污染物进行再处理。单元对第一次产生的蒸汽进行机械压缩，蒸汽升温后再作为加热热源，或将第一次产生的蒸汽直接作为第二级的热源，第二次蒸汽再作为第三级热源，如此循环对浓缩液进行多次蒸发分离，使得浓缩液中的绝大部分水进入冷凝液中，大量盐分和有机物析出成为残渣，从而完成高浓度的各类污染物与水相的彻底分离;普通冷凝液直接进行排放或者进行深度处理回用，含有挥发性溶质的冷凝液将在经过生化处理或进行深度处理，残渣则进行焚烧或填埋。
　　3.2 反渗透膜装置结构的介绍
　　反渗透膜装置，包括圆管承压外壳，在该圆管承压外壳的上下两端还分别设置有金属密封片与法兰盘，在圆管承压外壳内部的上下两端紧邻金属密封片与法兰盘的位置分别设置有一个流体逆向盘，在圆管承压外壳与两个流体逆向盘之间设置有密封式圆管承压内壳，在该密封式圆管承压内壳的内部设置有支撑导流盘与膜片，在密封式圆管承压内壳下端还设置有布水器，在布水器的中央位置设置有贯穿支撑导流盘、膜片、上端流体逆向盘以及金属密封片的内拉杆，在内拉杆的两侧分别设置有进液管与出液管;至少两个导流盘与一个膜片才能配合使用，导流盘包括导流盘主体，该导流盘主体为中心位置处设置有导流盘中孔的圆盘，导流盘中空的内径与内拉杆相匹配，在导流盘主体的表面还设置有凸台，该导流盘主体上设置有两个导流夹缝，在膜片上设置有两个与该导流夹缝相匹配的定向裂口。
　　进一步的，上述密封式圆管承压内壳设置有内壁与外壁，其内壁与外壁之间的空间形成一个空腔，该空腔的下部内壁设置有开口，该开口与贯穿布水器的孔相连通;所述进液管依次贯穿金属密封片、流体逆向盘以及密封式圆管承压内壳的外壁与密封式圆管承压内壳的空腔相连接;所述出液管依次贯穿金属密片、流体逆向盘以及密封式圆管承压内壳与密封式圆管承压内壳的内部空间相连通;所述内拉杆包括设置在轴心位置的内层实心杆，在内层实心杆外侧还设置有外层空心管，该外层空心管的内径大于内层实心杆的直径，在内层实心杆与外层空心管之间还设置有加强筋;所述外层空心管的管壁上还设置有与密封式圆管承压内壳内部空间连通的小孔;所述加强筋的数量至少为两根。
　　再进一步的，上述支撑导流盘的数量至少为两个，且重叠设置在密封式圆管承压内壳的内部空间中，在每相邻两个支撑导流盘之间还设置有一个膜片;所述两条导流夹缝对称设置在导流盘主体上，且两条导流夹缝同处于导流盘主体的同一直径上，导流夹缝的长度与导流盘主体的半径相同，该导流夹缝为上下部径向延伸的以轴向相反方向突出的倾斜范围在30°-60°的倾斜滑道，上下部滑道分别位于导流盘主体的上下两面;所述导流夹缝上还垂直设置有至少一根支撑骨，即该导流夹缝被支撑骨至少分为两个通道部分，该支撑骨突出部位压紧在膜片的定向裂口的边缘部分，通过支撑骨将膜片固定在两张导流盘主体之间的中部;所述导流夹缝的外侧位置还设置有定位结构，该定位结构包括分别设置在导流盘主体上下两侧的卡槽与卡块;所述导流盘中孔的外侧有一圈沿半径方向设置的突齿，突齿固定在导流盘主体的内侧边缘，在各突齿之间设置有缝隙，该缝隙为导流缝，该突齿的上下两面的设置位置分别高于导流盘主体的上下两面，以更好的对导流盘主体进行定位;所述导流盘中孔的外侧相邻位置处设置有O型圈固定槽，该O型圈固定槽的数量为两个，分别设置在导流盘主体的上下两侧，在O型圈固定槽的外侧面上还设置有用于更好的固定O型圈的凸起。
　　该装置的凸台为凸点，该凸点按序列成一定弧度设置在导流盘主体的两侧面上。且凸台为凸条，该凸条按序列成一定弧度设置在导流盘主体的两侧面上。另外，所述膜片成圆形或正多边形，在该膜片的中间位置还设置有直径与导流盘中孔相同的膜片中孔，该膜片由上下两层过滤片以及设置在中间的支撑片组成， 过滤片与支撑片的边缘接触位置除膜片中孔以外均相互热熔成为膜边。该装置通过设置两条导流夹缝，将整个导流盘划分为左右两个部分，使其左右两侧分别形成一个半圆形的液体流道，降低了污液在流动过程中的压力损失，提高了污水净化的效率，同时还提高了使用效果;本发明设置有凸条，凸条能 够对污液进行更好的导向作用，进一步降低了污液在流动过程中的压力损失，更好的利用了生产资源，降低了生产损耗，同时该凸条跟膜片的接触面积更大，进一步降低了膜片表面的受力，更好的避免了膜片在使用过程中被破坏，提高了膜片的使用寿命，进而降低了使用时的维护频率，大大提高了使用效果。支撑导流盘利用凸线代替了现有技术中的凸点，在水流呈现涡流螺旋运动时的螺線间的转折更加平缓，减小水流转弯时的局部水力损失，又能够进一步提高了污水处理的效率与经济效益。
　　经过测试，该多单元组合技术处理废液后的有机污染物和无机盐的去除率可高达99%以上，保障污水处理系统出水水质真正能够做到处理达标排放，废水浓缩液量大大减少，产水量大，因此减少了后期浓液处理的投资，总投资减少了20%以上，且吨水的处理成本仅为传统物化法的20%-30%，有着稳定、集成度高、自动化程度高、占地面积小等诸多优点，其相比与传统处理工艺，更好的提高了企业的经济效益。
　　4 结语
　　高浓度难降解有机废水对水环境影响程度非常大，影响时间也相当持久，实际中的处理难度也较大，而传统处理工艺存在高花费、低效等诸多问题。对于解决高浓度废水的问题，需要对高浓度难降解有机废水的水质进行深入的分析和认识，加强对高浓度有机废水处理技术应用问题研究。
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