日用化學(xué)品行業(yè)廢水處理論文范文

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1日化廢水的常見(jiàn)處理技術(shù)

日化廢水的處理方法很多，根據(jù)原理的不同主要分為物理化學(xué)法和生物法，物理化學(xué)法包括混凝沉淀、吸附分離［3］、氣浮、鐵碳微電解、芬頓試劑氧化、臭氧氧化、催化氧化等；生物法主要根據(jù)其微生物呼吸方式的不同分為好氧生物處理與厭氧生物處理。此外，隨著出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，以及有關(guān)處理工藝研究的不斷深入，多種新型水處理技術(shù)也在不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，如固定化微生物技術(shù)、微波技術(shù)、人工濕地技術(shù)等。

1.1物理化學(xué)方法

1.1.1混凝沉淀由于日化廢水中含有甘油、烷基苯磺酸鈉等復(fù)雜成分，通常帶有顏色且乳化嚴(yán)重，所以混凝沉淀法通常只能用于多法聯(lián)用中的預(yù)處理階段。傳統(tǒng)的混凝沉淀工藝采用鋁鹽或鐵鹽（如聚合氯化鋁、硫酸鋁、氯化鐵等）作為沉淀劑。混凝沉淀對(duì)日化廢水中COD及油類均有一定的處理效果。鑒于傳統(tǒng)混凝工藝通常存在一定的缺陷，如污染物去除率較低，沉淀或浮渣的含水率高等，影響后續(xù)處理的效果，人們不斷研發(fā)新型混凝劑。蔣貞貞等［6］分別以聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）、聚合硫酸鐵（PFS）和自制聚合硫酸鐵鋁（PAFS）為混凝劑，對(duì)印染廢水脫色和COD的去除進(jìn)行研究，結(jié)果表明各混凝劑綜合混凝效果順序?yàn)镻AFS＞PAFC＞PFS＞PAC，再選取最佳混凝劑PAFS為研究對(duì)象，考察了投加量及助凝劑投加量的混凝影響，結(jié)果表明在不調(diào)節(jié)原水pH值的條件下，PAFS投加量為0．3g／L時(shí)，COD和色度去除率分別為82．8％和86．6％。徐敏［7］使用硫酸鋁、硫酸鐵等傳統(tǒng)混凝劑，結(jié)合硅酸鈉和一些添加劑作為原料，在一定反應(yīng)條件下制備了氧化型聚硅酸鋁鐵復(fù)合混凝劑，用以石化污水廠二級(jí)出水，結(jié)果顯示該種混凝劑在100mg／L，pH值為7，慢攪20min的條件下，具有較好的混凝效果，COD的去除率為29．3％，而傳統(tǒng)混凝劑PAC僅有3．6％。混凝沉淀是日化廢水處理的一種有效的化學(xué)方法，處理成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單易操作，當(dāng)前的混凝劑向著高效、低毒、多功能的方向發(fā)展，無(wú)機(jī)復(fù)合材料將是發(fā)展的重點(diǎn)之一，它往往兼具鐵、鋁混凝劑的特點(diǎn)。

1.1.2氣浮氣浮法是一種高效的固液分離技術(shù)，最早見(jiàn)于選礦工藝［8］。它是設(shè)法在水中產(chǎn)生大量的微小氣泡，氣泡粘附在水中的微粒及絮體上形成密度比水小的浮體上浮至水面，從而達(dá)到不同相分離的目的。根據(jù)其氣泡產(chǎn)生方式的不同，氣浮可分為電凝聚氣浮、布?xì)鈿飧『腿軞鈿飧。渲屑訅喝軞鈿飧∈撬幚砑夹g(shù)中常用的技術(shù)。部分回流式壓力溶氣氣浮運(yùn)用最為廣泛，在日化廢水處理中可以代替混凝沉淀進(jìn)行預(yù)處理。在日化廢水的處理過(guò)程中，氣浮技術(shù)常用于預(yù)處理階段，可有效去除廢水中的LAS和無(wú)機(jī)懸浮物質(zhì)等，避免了后續(xù)生物曝氣時(shí)產(chǎn)生大量氣泡而影響環(huán)境。于小俸等［9］在再生花炮紙廢水處理的工程實(shí)例中，運(yùn)用氣浮法作為生物法的前處理方法。工藝投產(chǎn)后運(yùn)行效果穩(wěn)定，廢水總排口SS、COD、BOD5最大日均濃度分別為64mg／L、80．7mg／L、26mg／L，處理效率分別為96．2％、96．2％、93．1％。董守旺［10］在屠宰廢水處理中也采用氣浮法去除了大部分動(dòng)物油脂等懸浮物質(zhì)，出水SS、COD、BOD5、NH3－N平均濃度分別為45mg／L、55mg／L、15mg／L、10mg／L，平均去除率分別為92％、97％、98．5％、72％。盡管氣浮工藝已得到廣泛應(yīng)用，但其作用機(jī)理、工藝設(shè)計(jì)等方面仍須作進(jìn)一步研究與創(chuàng)新。張其殿等［11］等創(chuàng)新地將加壓溶氣氣浮與加壓曝氣生物氧化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，制備出一種可以快速處理生活污水的加壓溶氣生化氣浮反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在壓力為0．4MPa，HRT為1．5h，氣水比3∶1的條件下生活污水COD去除率可穩(wěn)定在90％左右。工程應(yīng)用中往往在氣浮過(guò)程中加入混凝劑增強(qiáng)處理效果，混凝劑的投加方式對(duì)混凝氣浮的效果也有顯著影響。

1.1.3鐵碳微電解與芬頓氧化鐵和碳的氧化還原電位相差較大，在廢水中加入鐵屑和碳粉末，即組成了腐蝕電池。具有一定比表面積且含有大量導(dǎo)電雜質(zhì)的高價(jià)金屬在酸性條件下發(fā)生電蝕反應(yīng)，在金屬與雜質(zhì)間形成微電極，由微電極電解而產(chǎn)生大量活性H，可還原高分子量有機(jī)物。它兼具氧化還原、絮凝、吸附、催化氧化、電沉積及絡(luò)合等作用。此法可有效去除廢水中的有機(jī)污染物，提高廢水B／C的值，有利于后續(xù)生物法的進(jìn)行。劉發(fā)強(qiáng)［13］采用鐵碳微電解－芬頓試劑法處理高濃度表面活性劑廢水，在鐵碳法中考察了Fe／C值、進(jìn)水pH值、反應(yīng)時(shí)間和氣水比對(duì)反應(yīng)效果的影響，結(jié)果表明當(dāng)Fe／C值為2∶1、進(jìn)水pH值3～4、水力停留時(shí)間為60min、氣水比為12∶1時(shí)，廢水中的LAS均值從2619mg／L降至1820mg／L。鐵碳微電解工藝操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行流程短且成本較低，處理日化廢水可以收到良好效果，擁有廣闊的前景。而芬頓試劑氧化法兼具氧化和混凝的作用，可氧化廢水中多種難降解有機(jī)物，從而提高廢水的B／C值，利于后續(xù)生物反應(yīng)的進(jìn)行。Bautista等［14］采用芬頓試劑氧化法研究了化妝品生產(chǎn)廢水有機(jī)物的去除，考察了溫度、H2O2和Fe2＋等的影響，結(jié)果表明經(jīng)混凝沉淀后，在pH＝3、Fe2＋濃度為200mg／L、H2O2濃度與初始COD之比為理論計(jì)量數(shù)的2．12倍時(shí)，TOC在25℃時(shí)降低超過(guò)45％，50℃時(shí)降低超過(guò)60％。因芬頓氧化與鐵碳微電解反應(yīng)機(jī)理有相似之處，目前將其與鐵碳微電解聯(lián)合去除廢水COD的研究較多。陳曉剛等［16］采用芬頓氧化與鐵碳微電解結(jié)合的方法處理含硝基苯的模擬染料廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在室溫條件下，單獨(dú)采用芬頓氧化或鐵碳微電解技術(shù)時(shí)，模擬廢水的COD去除率分別為79．07％和50．5％，而二者聯(lián)合運(yùn)用后，COD去除率高達(dá)97．80％。

1.2生物法

在日化廢水處理過(guò)程中，生物法是較為經(jīng)濟(jì)可行的方法，也是目前應(yīng)用較廣泛的方法。它利用微生物的生物降解過(guò)程，對(duì)污水中的可溶性有機(jī)物及部分不溶性有機(jī)物進(jìn)行去除。

1.2.1好氧生物處理好氧生物處理是通過(guò)不同形式的曝氣，使廢水中有足夠的溶解氧供好氧微生物通過(guò)呼吸作用生長(zhǎng)與繁殖，同時(shí)降解水中有機(jī)物。好氧生物處理主要包含活性污泥法和膜生物法兩大類，根據(jù)其供氧方式、運(yùn)轉(zhuǎn)條件及反應(yīng)器形式的不同，又可分為多種類型。（1）序批式活性污泥法（SBR法）SBR法又稱間歇式活性污泥法，它是活性污泥法的一種改進(jìn)，它的原理和污染物去除機(jī)制和傳統(tǒng)污泥法相同，只是在操作運(yùn)行上有所改變。SBR是在單一的反應(yīng)器內(nèi)，在不同時(shí)間段進(jìn)行各種不同操作，它兼具調(diào)節(jié)、曝氣、沉淀的功能，無(wú)污泥回流。它集反應(yīng)和沉淀兩道工序于一體，增強(qiáng)了反應(yīng)器的功能。SBR法具有很多明顯優(yōu)勢(shì)，如操作簡(jiǎn)單靈活，運(yùn)行費(fèi)用低，相間分離效果好，脫氮除磷效果好，防止污泥膨脹，抗沖擊負(fù)荷等。但當(dāng)進(jìn)水流量有較大波動(dòng)時(shí)，須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)會(huì)增大投資。夏良樹(shù)等［17］采用小規(guī)模的SBR生物反應(yīng)器處理日化廠廢水，分析了污泥體積指數(shù)、容積負(fù)荷、污泥負(fù)荷等微生物學(xué)的特性變化，并討論了曝氣時(shí)間、容積負(fù)荷、污泥負(fù)荷對(duì)各指標(biāo)去除率的影響。表2列出了SBR生物反應(yīng)器對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的去除情況。結(jié)果表明，利用SBR工藝降解處理日化廠廢水是可行的。當(dāng)曝氣時(shí)間為4．5h，污泥負(fù)荷為1．2kg／（kg•d）（以MLSS計(jì)的COD），容積負(fù)荷為2．1～2．3g／（L•d）時(shí)，COD、油脂、總磷、表面活性劑、SO2－4等的去除率分別可達(dá)92．3％，99．1％，99．3％，99．3％，99．0％和98．9％。（2）生物接觸氧化法生物接觸氧化法是介于傳統(tǒng)活性污泥法與曝氣生物濾池之間的膜法工藝，其特點(diǎn)是在池內(nèi)裝置填料，池底曝氣對(duì)廢水進(jìn)行充氧，使池內(nèi)污水處于流動(dòng)狀態(tài)，以保證污水與填料充分接觸。在微生物的作用下，污水中的有機(jī)物被降解為CO2和H2O。該法去除效率高，周期短，對(duì)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷的波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)也無(wú)污泥膨脹問(wèn)題，方便運(yùn)行管理。存在的主要問(wèn)題是填料間的生物膜有時(shí)會(huì)出現(xiàn)堵塞，須及時(shí)清理。

1.2.2厭氧生物處理相比于好氧生物處理，厭氧生物處理有能耗低、處理負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn)，一般用于高濃度有機(jī)廢水的處理［18］。在厭氧或缺氧的條件下，大分子有機(jī)物無(wú)法直接透過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入?yún)捬蹙w內(nèi)，在胞外酶的作用下水解成小分子，再進(jìn)一步分解成易降解的有機(jī)酸及甲烷，同時(shí)表面活性劑的發(fā)泡物質(zhì)也被分解。厭氧生物處理可在去除部分COD的同時(shí)提高B／C值，利于后續(xù)好氧反應(yīng)的進(jìn)行。王永謙等［19］利用厭氧生物濾池處理生活污水，再與氧化工藝組合，穩(wěn)定運(yùn)行后，厭氧單元COD去除率達(dá)37．8％，經(jīng)接觸氧化后和人工濕地聯(lián)用后，出水COD達(dá)39．3mg／L，平均去除率86．2％。（1）水解酸化預(yù)處理水解酸化法是介于厭氧與好氧處理方法之間的方法，通常它作為好氧處理之前的預(yù)處理，可將難降解的生物大分子、非溶解性的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成易生物降解的小分子有機(jī)物和溶解性有機(jī)酸等。考慮到后續(xù)好氧處理的能耗問(wèn)題，水解主要用于低濃度難降解廢水的預(yù)處理。（2）上流式厭氧污泥反應(yīng)床［20］（UASB）UASB被應(yīng)用于各種廢水處理的工程中。其性能穩(wěn)定、處理效率高，因此能夠適應(yīng)不同濃度與成份的多種有機(jī)廢水。胡培靖［21］采用高效厭氧池處理日用化工產(chǎn)品企業(yè)的生產(chǎn)廢水，它是一種類似UASB的反應(yīng)器，內(nèi)設(shè)新型生物填料與攪拌裝置，停留時(shí)間為18．8h，COD與LAS的去除率分別達(dá)到了90％和95％。

1.3新型水處理技術(shù)

1.3.1組合工藝技術(shù)為降低處理成本，增強(qiáng)處理效果，將生物法與混凝氣浮等物化技術(shù)結(jié)合的組合工藝［22－23］是包括日化廢水處理在內(nèi)的水處理的發(fā)展方向。在這樣的聯(lián)用技術(shù)中，通常氣浮等預(yù)處理階段可有效去除廢水中的LAS及懸浮顆粒等雜質(zhì)，提高廢水可生化性，同時(shí)保證微生物活性，為后續(xù)生化反應(yīng)提供便利。研究表明可將高級(jí)氧化技術(shù)（AOP）［24］與光催化［25］等技術(shù)結(jié)合，深度處理經(jīng)生化法處理后的廢水，滿足更高水質(zhì)要求，相對(duì)單獨(dú)氧化或催化處理可降低能耗，節(jié)約成本。李貞玉等［26］采用水解酸化－SBR－微濾組合工藝處理造紙中段廢水。結(jié)果表明：當(dāng)生產(chǎn)廢水COD為1100～1500mg／L，pH值為6．8～7．2，組合工藝COD，SS和TOC去除率分別為91．8％，100％和91．4％。陳嘉祺［27］采用生物接觸氧化工藝結(jié)合曝氣生物濾池處理洗滌劑廢水。生物接觸氧化工藝采用MBBR填料，實(shí)驗(yàn)得出該組合工藝處理該種廢水的最優(yōu)水力停留時(shí)間為接觸氧化段20h，曝氣生物濾池段1．2h，組合工藝COD和LAS去除率分別為89．8％和96．3％。在連續(xù)運(yùn)行中，組合工藝在較高污染物負(fù)荷下有負(fù)荷階段分配的現(xiàn)象出現(xiàn)，有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷和污染物去除能力。秦偉杰等在處理木材蒸煮廢水時(shí)，利用水解酸化池作為MBR膜生物反應(yīng)的預(yù)處理，池中掛有兼性微生物為主的生物膜，生物膜上的水解和產(chǎn)酸微生物，將污水中的固體、大分子和不易生物降解的有機(jī)物降解為易于生物降解的小分子有機(jī)物，使得污水在后續(xù)的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時(shí)間下得到處理。如表3所示，經(jīng)酸化水解－MBR生化連續(xù)運(yùn)行2個(gè)月后，COD平均去除率達(dá)98．6％，考察的各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明組合工藝對(duì)實(shí)際木材蒸煮廢水具有較好的處理效果。

1.3.2固定化微生物技術(shù)固定化微生物技術(shù)利用物理和化學(xué)方法將游離的細(xì)胞定位在限定的空間，使其不懸浮于水中但仍保持生物活性，并可反復(fù)利用［29］，包括固定化細(xì)胞技術(shù)、固定化酶技術(shù)和固定化藻技術(shù)。在處理某些水相污染物［30］時(shí)，固定化微生物技術(shù)已顯示了明顯優(yōu)勢(shì)，如難降解有機(jī)廢水、重金屬?gòu)U水、制藥廢水、印染廢水、生活污水等眾多領(lǐng)域。李端林等［31］運(yùn)用固定化微生物技術(shù)處理印染廢水時(shí)，用海藻酸鈉與活性污泥混合，再用CaCl2交聯(lián)，將其制成固定化的微生物小球，以NaCl洗凈即可使用。當(dāng)pH值為7，進(jìn)水濃度為300mg／L，停留時(shí)間為16h時(shí)，COD和色率的平均去除率分別大于90％和70％。固定化微生物技術(shù)在處理時(shí)間和廢水濃度兩方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的活性污泥法工藝。

1.3.3微波技術(shù)微波是一種具有很強(qiáng)穿透能力的電磁能，且具有深層加熱作用。利用它的加熱特性用于有機(jī)物的去除是20世紀(jì)80年代興起的一項(xiàng)新技術(shù)。微波對(duì)流經(jīng)微波場(chǎng)的廢水中的吸波物質(zhì)的物化反應(yīng)具有很強(qiáng)的催化作用，同時(shí)可使固相顆粒迅速沉降，因此可以處理包括日化廢水在內(nèi)的各種工業(yè)廢水。Chih等利用低能度的微波輻射，對(duì)污水中吸附在活性炭表面的二甲苯、三氯乙烯等進(jìn)行解吸并消解，分解率達(dá)100％。Hamer等研制了一種微波加熱解吸固定床裝置，實(shí)現(xiàn)了從活性炭高分子和沸石中解吸回收乙醇和有機(jī)脂，驗(yàn)證了微波加熱解吸回收高純度有機(jī)物的可行性。劉宗瑜等［34］以活性炭為催化劑，考察了微波輻射處理酸性印染廢水的影響因素，并對(duì)比了微波輻射與水浴加熱的處理效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)微波輻射功率為800W，反應(yīng)時(shí)間為6min時(shí)，400mg／L的酸性大紅溶液去除率達(dá)98．25％。而在76℃水浴條件下，需要5h才能達(dá)到相同的去除效果。體現(xiàn)出了微波輻射的高效性能。

2結(jié)語(yǔ)

日用化學(xué)品行業(yè)生產(chǎn)廢水成分復(fù)雜、污染物濃度高、可生化性差，屬較難處理的工業(yè)廢水。目前對(duì)于日化廢水的處理方法較多，物理化學(xué)法中混凝沉淀和氣浮是很好的預(yù)處理手段，其中混凝沉淀應(yīng)朝著多功能復(fù)合材料的方向發(fā)展；對(duì)于難降解污染物，鐵碳微電解、芬頓試劑、臭氧、光催化等多種高級(jí)氧化技術(shù)有良好效果。但單純采用物化法處理成本較高，而生物法占地面積較大，運(yùn)營(yíng)管理較為復(fù)雜。此外，多種新型水處理技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)：固定化微生物技術(shù)反應(yīng)迅速，微生物流失少且高效低耗；微波技術(shù)可節(jié)省能源與空間，簡(jiǎn)化操作程序；人工濕地技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、投資少、能耗低。盡管這些新型處理技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用于日化廢水的處理，但也引起了人們的重視。目前，日化廢水處理的主要思路為物化法和生物法聯(lián)用，以增強(qiáng)處理效果，降低處理成本，具體處理方法的選擇應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廢水自身的特點(diǎn)和實(shí)際工程的具體情況，將環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益結(jié)合起來(lái)，利用多種處理方法多級(jí)處理。此外，僅有日化廢水的末端處理是不夠的，應(yīng)大力提倡清潔生產(chǎn)，從源頭上實(shí)現(xiàn)日化廢水的防治。

作者：戴亮賀文智李冰璟徐竟成李光明單位：同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院上海輕工業(yè)研究所有限公司