工业废水处理设备
工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液, 其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产 品以及生产过程中产生的污染物。工业废水具有排放量大,污染范围广,排放方式复杂;污染物种类繁多,浓 度波动幅度大;污染物质毒性强,危害大,污染物排放后迁移变化规律差异大;恢复比较困难等特点。
工业废水的水量取决于用水情况。冶金、造纸、石油工业、电力等工业用水量大,废水量也大,如有的炼钢 厂炼 1吨钢出废水 200~250吨。但各工厂的实际外排废水量还同水的循环使用率有关。例如循环率高的钢铁 厂,炼 1吨钢外排废水量只有 2吨左右。
工业污水水质复杂, 不能用单一流程处理, 一般采用多种方法的组合工艺。 工业废水处理途径一般有三种情 况:一是工业污水单独处理后排放,二是工业污水排入城市污水处理厂一同处理,三是工业污水预处理后进入 城市污水处理厂。管网需要进一步完善的地区的企业需要自行处理后达标排放。污水处理对于排污企业来讲是 很陌生的,他们对于什么废水,采用什么工艺处理并不了解,所以他们会选择将污水的问题交给环保企业来处 理。那去哪儿找环保企业,这些企业的实力、资质怎么样?污水处理的成本等又成为了排污企业的问题。很多 排污单位痛下决心花巨资建设污水处理站, 但建成后却发现污水处理成本太高, 导致造价昂贵的设施成为摆设。
更有排污企业因为没有找到合适的技术工艺、有经验和实力的环保企业, 导致设施建成后污水却不能处理达 标;笔者建议对污水处理工艺不太了解的排污企业,最好先通过像污水宝那样的污水项目服务平台去寻找环保 公司,能对比多家具有同类废水处理经验的环保企业,多接触几家再做决定,看看企业提供的技术、案例以及 报价等进行选择;毕竟货比三家是有道理的。排污企业可以打开污水宝的网站 bao.dowater.com 提交废水数据, 会有能处理该废水的环保企业与之联系,并可以做挑选。污水管网较完善地区的排污企业会选择污水排入城市 污水处理厂一同处理,污水厂都有一定的接管标准,有的企业也会选择将污水预处理后排入城市污水处理厂。
近年来, 不断有新的方法和技术用于处理工业废水, 但各有利弊。 单纯的生物氧化法出水中含有一定量的难 降解有机物, COD 值偏高,不能完全达到排放标准。吸附法虽能较好地除去 COD ,但存在吸附剂的再生和二 次污染的问题。催化氧化法虽能降解难以生物降解的有机物,但实际的工业应用中存在运行费用高等问题。
尤其现在的工业废水中的污染物是多种多样的,往往用一种工艺是不能将废水中所有的污染物去除殆尽的。 用物化工艺将工业废水处理到排放标准难度很大,而且运行成本较高;工业废水含较多的难降解有机物,可生 化性差,而且工业废水的废水水量水质变化大,故直接用生化方法处理工业废水效果不是很理想。
针对工业废水处理的特点, 我们认为对其处理宜根据实际废水的水质采取适当的预处理方法, 如絮凝、内电 解、电解、吸附、光催化氧化等工艺,破坏废水中难降解有机物、改善废水的可生化性;再联用生化方法,如 SBR、接触氧工业艺, A/O工艺等,对工业废水进行深度处理。
一、工业废水的分类及原则
第一种是按工业废水中所含主要污染物的化学性质分类, 含无机污染物为主的为无机废水, 含有机污染物为 主的为有机废水。例如电镀废水和矿物加工过程的废水,是无机废水;食品或石油加工过程的废水,是有机废 水。
第二种是按工业企业的产品和加工对象分类,如冶金废水、造纸废水、炼焦煤气废水、金属酸洗废水、化学 肥料废水、纺织印染废水、染料废水、制革废水、农药废水、电站废水等。
第三种是按废水中所含污染物的主要成分分类,如酸性废水、碱性废水、含氰废水、含铬废水、含镉废水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含硫废水、含有机磷废水和放射性废水等。
前两种分类法不涉及废水中所含污染物的主要成分, 也不能表明废水的危害性。 第三种分类法, 明确地指出 废水中主要污染物的成分,能表明废水一定的危害性。
此外也有从废水处理的难易度和废水的危害性出发, 将废水中主要污染物归纳为三类:第一类为废热, 主要 来自冷却水,冷却水可以回用;第二类为常规污染物,即无明显毒性而又易于生物降解的物质,包括生物可降 解的有机物,可作为生物营养素的化合物,以及悬浮固体等;第三类为有毒污染物,即含有毒性而又不易生物 降解的物质,包括重金属、有毒化合物和不易被生物降解的有机化合物等。
实际上, 一种工业可以排出几种不同性质的废水, 而一种废水又会有不同的污染物和不同的污染效应。 例如 染料工厂既排出酸性废水,又排出碱性废水。纺织印染废水,由于织物和染料的不同,其中的污染物和污染效 应就会有很大差别。即便是一套生产装置排出的废水,也可能同时含有几种污染物。如炼油厂的蒸馏、裂化、焦化、叠合等装置的塔顶油品蒸气凝结水中,含有酚、油、硫化物。在不同的工业企业,虽然产品、原料和加 工过程截然不同,也可能排出性质类似的废水。如炼油厂、化工厂和炼焦煤气厂等,可能均有含油、含酚废水 排出。
工业废水的处理原则
工业废水的有效治理应遵循如下原则:①最根本的是改革生产工艺, 尽可能在生产过程中杜绝有毒有害废水 的产生。如以无毒用料或产品取代有毒用料或产品。
②在使用有毒原料以及产生有毒的中间产物和产品的生产过程中, 采用合理的工艺流程和设备, 并实行严格 的操作和监督,消除漏逸,尽量减少流失量。
③含有剧毒物质废水,如含有一些重金属、放射性物质、高浓度酚、氰等废水应与其他废水分流,以便于处 理和回收有用物质。
④一些流量大而污染轻的废水如冷却废水, 不宜排入下水道, 以免增加城市下水道和污水处理厂的负荷。 这 类废水应在厂内经适当处理后循环使用。
⑤成分和性质类似于城市污水的有机废水, 如造纸废水、制糖废水、食品加工废水等, 可以排入城市污水系 统。 应建造大型污水处理厂, 包括因地制宜修建的生物氧化塘、污水库、土地处理系统等简易可行的处理设施。 与小型污水处理厂相
比,大型污水处理厂既能显著降低基本建设和运行费用,又因水量和水质稳定,易于保持 良好的运行状况和处理效果。
⑥一些可以生物降解的有毒废水如含酚、氰废水, 经厂内处理后, 可按容许排放标准排入城市下水道, 由污
水处理厂进一步进行生物氧化降解处理。
⑦含有难以生物降解的有毒污染物废水,不应排入城市下水道和输往污水处理厂,而应进行单独处理。
二、工业废水处理中的技术应用
2.1 活性炭
活性炭可分为粉末状和颗粒状,是一种经特殊处理的炭,具有无数细/J,?L 隙,表面积巨大,每克活性炭 的表面积为 500~l 500 m 。粉末状的活性炭吸附能力强,制备容易,价格较低,但再生困难,一般不能重复使 用;颗粒状的活性炭价格较贵,但可再生后重复使用,并且使用时的劳动条件较好,操作管理方便。因此,水 处理中较多采用颗粒状活性炭 [3]。工业废水处理中,活性炭主要应用在以下几个方面。
2.1.1 处理含氰废水
在工业生产中,金银的湿法提取、化学纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均要使用氰化物 或副产氰化物,生产过程中必然要排放一定数量的含氰废水。活性炭用于净化废水已有相当长的历史,应用于 含氰废水处理的文献报道也越来越多 。
2.1.2 处理含甲醇废水
活性炭可以吸附甲醇, 但吸附能力不强, 只适宜于处理甲醇含量低的废水。 工程运行结果表明, 活性炭用于 处理低甲醇含量的废水, 可将混合液的 COD 从 40 mg/L 降至 12 mg/L 以下, 对甲醇的去除率可达 93.16% ~ 100% ,处理后可满足回用锅炉脱盐水系统进水的水质要求 。
2.1.3 处理含酚废水
含酚废水广泛来源于石油化工厂、树脂厂、焦化厂和炼油化工厂。实验证明:活性炭对苯酚的吸附性能好, 但温度升高不利于吸附,会使吸附容量减小,但升高温度可使达到吸附平衡的时间缩短。活性炭用于处理含酚 废水时,其用量和吸附时间存在最佳值,在酸性和中性条件下,去除率变化不大,但强碱性条件下,苯酚去除 率急剧下降,碱性越强,吸附效果越差。
2.1.4 处理含汞废水
活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能,但吸附能力有限,只适宜于处理汞含量低的废水,如果是处理汞含 量较高的废水,可先用化学沉淀法处理 (处理后含汞约 1 mg /L ,高时可达 2~3mg /L ,然后再用活性炭作进 一步处理。
2.1.5 处理含铬废水
铬是电镀中用量较大的一种金属原料,废水中,六价铬随 pH 的不同分别以不同的形式存在。因此,利用活 性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中 Cr(Ⅵ 的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性
炭处理含铬废水,吸附性能稳定,处理效率高,操作费用低,经济效益明显引。 随着科学技术的进步和废水处理的特殊要求,活性炭的研究已从本身的孑 L 结构和比表面积逐步发展到研 究表面官能团对活性炭吸附性能的影响。人们发现,活性炭不仅有吸附特性,而且还表现出了催化特性,由此 而发展起来的催化氧化法现在也日益受到重视,其研究也在不断深入。
2.2 微波能
常规废水处理法存在以下共同缺点:① 工艺流程长, 废水处理过程中物化反应进程缓, 废水处理设施庞大, 占地面积大;② 废水只能集中处理,对于城市废水而言,地下排污管网工程庞大,废水处理工程总投资巨大; ③ 处理后的水质不稳定, 对难降解的可溶性有机物、磷、氮等营养性物质处理不彻底, 对某些工业废水如造纸 废
液等处理困难且运行费用高。而把微波场对单相流和多相流物化反应的强烈催化作用、穿透作用、选择性供 能及其杀灭微生物的功能用于废水处理,可以克服常规废水处理法存在的诸多缺点,并且处理工程小型化、分 散化,可省掉城市建设中现行废水处理工程长距离埋设庞大排污管网的巨大费用,堵住污染源头,从根本上消 除因人类的生活和生产活动给江河湖泊造成的污染。需特别指出的是微波对杀灭蓝藻的特殊作用,蓝藻在微波 场中只需 30S 即由微细粒汇聚成大颗粒,经过沉降与水分离,与此同时,水中的富营养物也得到了降解。废水 经微波能处理后可 100% 回用, 实现水的可持续利用, 使人类水环境步人良性循环, 为解决 2l 世纪人类将面临 的世界性“水荒”做贡献。随着物质文明建设的不断发展,淡水资源的需求量越来越大,产生的废水量也越来 越大,意味着对废水处理任务及处理深度的要求也必然加大,这就要求废水处理技术不断吸纳创新,而微波处 理技术将是废水处理技术上的一场革命。
到目前为止, 微波能污水处理技术已应了昆明盘龙江水、大观河水、滇池水、翠湖水等生活污水与日用化工 厂废水、造纸废水 (含纸浆废水、木浆废水、草浆废水、焦化厂 (上海 废水、化纤厂 (北京 废水、玉米制酒精 (吉 林 废水、制革厂 (河北、印染厂、造纸厂、强酸性矿山废水 (江西、电厂 (内蒙古 废水、黄河水、缫丝厂 (辽宁 废水、制糖酒精废醪液 (云南 等的处理,其技术的可行性和广泛适应性已得到了验证。
2.3 高级氧化法
高浓度的有机废水对我国宝贵的水资源造了巨大破坏, 然而现有的生物处理方法对可生化性差、相对分子质 量从几千到几万的物质处理较困难,而高级氧化法 (Advanced Oxidation Proce,简称 AOPs 可将其直接矿化或 通过氧化提高污染物的可生化性,同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势,能够 使绝大部分有机物完全矿化或分解,具有很好的应用前景。
常见的高级氧化技术主要包括空气湿式氧化法、催化湿式氧化法、临界水氧化法、光化学氧化法等。 2.3.1 湿式空气氧化法
湿式空气氧化法是以空气为氧化剂, 将水中的溶解性物质 (包括无机物和有机物 通过氧化反应转化为无害的 新物质,或者转化为容易从水中分离排除的形态 (气体或固体 ,从而达到处理的目的。通常情况下氧气在水中 的溶解度非常低 1 atm、20℃时氧气在水中溶解度约 9 mg/L 左右 ,因而在常温常压下,这种氧化反应速度很 慢,尤其是高浓度的污染物,利用空气中的氧气进行的氧化反应就更慢,需要借助各种辅助手段促进反应的进 行 (通常需要借助高温、高压和催化剂的作用 。一般来说,在 200~300 oC、100— 200atm 条件下,氧气在水中
的溶解度会增大,几乎所有污染物都能被氧化成二氧化碳和水。湿式空气氧化法的关键在于产生足够的自由基 供给氧化反应。 虽然该法可以降解几乎所有的有机物, 但由于反应条件苛刻, 对设备的要求很高 (要耐高温高压 , 燃料消耗大,因而不适合大水量废水的处理。
2.3.2 催化湿式氧化法
催化湿式氧化法 (Catalytic Wet OxidationProce, CWOP 是一种工业废水的高级处理方法 (属于物理化学方 法 。 它是依据废水中的有机物在高温高压下进行催化燃烧的原理来净化处理高浓度有机废水的, 其最显著的特 点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应,反应中生成的有机自由基可以继续参加·OH 的链式反应, 或者通过生成有机过氧化物自由基后进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物 CO 和 H 0,从而达到氧化 分解有机物的目的。
2.3.3 超临界水氧化法
超临界水氧化技术得益于水的超临界性能。在 374.3 c 【 =和 22 MPa 状态下,水的物理性能尤其是溶解性 能与常温下截然不同,这种状态被成为超临界状态。在超临界状态下,水如同高密度的气体一样对有机物有很 高的溶解能力,与轻的有机气体以及 CO 等能完全互溶,但无机化合物尤其是盐类难溶于其中。另外,超临界 水具有较高的扩散系数和较低的粘度。上述这些超临界性能加上较高的温度和压力使水成为有机质氧化反应的 理想介质,使氧化还原反应完全能在均相中进行,不存在界面传质阻力,而界面传质阻力往往是湿式氧化法的 控制步骤。
超 I 临界氧化技术与其他处理技术相比,具有明显的优点: (1效率高,处理彻底,有毒物质的清除率高达 99.99% 以上; (2反应速度快,停留时间短 (
时须注意一些工程方面的因素, 如腐蚀、盐的沉淀、催化剂的使用和热量传递等, 技术的应用上还存在一些 有待解决的问题。但由于其本身具有突出优势,因而如今在有害废水处理方面已越来越受到重视,是一项有着 广阔发展前景的技术。
2.3.4 光化学氧化法
光化学反应是在光的作用下进行化学反应,采用臭氧或过氧化氢作为氧化剂,在紫外线的照射下使污染物 氧化分解,从而实现污水的处理。
污水处理，就到中国污水处理工程网！ 光化学氧化系统主要有 UV／H 0 系统、UV／O，系统和 UV／O3／H202 系统 J。以 uv／H2 O2 系统为例， 该系统主要用于浓度在 10—6 级的低浓度废水的处理，而不适用于高强度污染废水的处理。能将污染物彻底无 害化，对有机物的去除能力比单独用过氧化氢或紫外线更强，是一种更经济的选择，能够在短期内装配在不同 的地点。但它不适合处理土壤，因为紫外线不能穿透土壤粒子。光容易被沉淀堵塞，降 uV 的穿透率，因而使 用中需控制污水的 pH 值，防止氧化过程的金属盐沉淀堵塞光的穿透。 用该方法去除饮用水中三卤甲烷的试验研究表明， 在去除三氯甲烷的同时可减少饮用水中的． 总有机碳含量， 使水质进一步提高。 利用 uv／H 0 系统处理受四卤甲烷污染的地下水试验表明， 其去除率可达 97． 一 99% ， 3% 而费用与活性炭处理相当。在 UV
／H 0 系统中，每一分子 H 0 可产生两分子羟基，不仅能有效去除水中的有 机污染物，而且不会造成二次污染，也不需作后续处理。 2．4 膜技术近年来，膜技术发展迅速，在电力、冶金、石油石化、医药、食品、市政工程、污水回用及海水淡化等领域 得到了较为广泛的应用，各类工程对膜技术及其装备的需求量更是急速增加。目前已经熟和不断研发出来的微 滤、超滤、反渗透、纳滤、渗析、电渗析、气体分离、渗透汽化、无机膜等技术正在广泛用于石油、化工、环 保、能源、电子等行业中， 并产生了明显的经济和社会效益， 将对 21 世纪的工业技术改造起着重要的战略作用。 同时，国家和政府相关部门的高度支持和重视也给膜行业的发展带来了前所未有的机遇 u 。微滤的分离目的是 溶液脱粒子和气体脱粒子，截留粒径为 0．02—10 m 的粒子，是所有膜过程中应用最普遍且总销售额最大的一 项技术，主要用于制药行业的过滤除菌和高纯水的制备。 超滤(包括纳滤的分离目的是溶液脱大分子、大分子溶液脱小分子、大分子分级，截留粒径为 1．0—20 nm 的粒子。超滤技术可用于回收电泳涂漆废水中的涂料，现已广泛用于世界各地的电泳涂漆自动化流水线上。日 本等国一些造纸厂的工业废液也已采用超滤技术进行处理。在采矿及冶金工业中，超滤技术的应用正日益受到 重视，采用该技术处理酸性矿物排出液，其渗透液可环使用，浓缩液可回收有用物质。同时，电子工业集成电 路生产和医药工业用水过程也已开始广泛应用超滤技术。纳滤是在反渗透基础上发展起来的新型分离技术，在 废水处理方面，用纳滤膜对木材制浆碱萃取阶段所形成的废液进行脱色，脱色率可达 98%以上。还可用纳滤膜 从酸性溶液中分离金属硫酸盐和硝酸盐，其中对硫酸镍的截留率可达 95%。 反渗透分离的目的是溶剂脱溶质、含小分子溶质溶液的浓缩，截留粒径为 0．1—1 nm 的小分子溶质。反渗 透技术已成为海水和苦咸水淡化、纯水和超纯水制备及物料预浓缩的最经济手段，而且随着性能优良的反渗透 膜及膜组件的工业化，反渗透技术的应用范围已从最初的脱盐放到电子、化工、医药、食品、饮料、冶金和环 保等领域。现正在开发反渗透技术在化工和石油化工中的应用，如：工艺用水的生产和再利用；废液处理；水、有机液体的分离；电镀漂洗水再利用和金属回收等。食品工业正用反渗透技术开发奶品加工、糖液浓缩、果汁 和乳品加工、废水处理、低度酒和啤酒的生产。 电渗析技术目前已发展成为一个大规模的化工单元过程， 广泛用于苦
咸水脱盐， 是电渗析技术应用最早且至 今仍最大的应用领域，前景极好。锅炉及工业过程用初级纯水的制备是电渗析技术应用的第二大领域。近年来， 我国废水、污水排放量以每年 1．8×10。kt 的速度增长，全国工业废水和生活污水每天的排放量近1．64×10 kt，其中约 80%未经处理而直接排人水域。因而，我国环保水处理方面对膜应用的需求量将很大，这一领域将 成为水处理工业增长潜力最大的领域。
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