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十种先进的工业废水处理技术
 

导读
中国对废水污染的治理起步比西方发达国家晚,在借鉴国外先进处理技术经验的基础上,以国家科学技术攻关课题为平台,引进开发了大量废水处理新技术,一些项目已经达到国际先进水平。这些新技术的生产运行为缓解了中国严峻的水污染现状,改善水环境发挥了重要作用。
一、我国工业废水的现状:
1.排放情况。

近年来,中国工业废水排放情况(单位:亿吨)

近年来,中国工业废水排放比例发生了变化。
近年来,我国工业废水排放总量呈逐年下降趋势。2010年,工业废水排放量为237.5亿吨,2015年下降到199.5亿吨。
2.2015年我国重点行业废水排放情况。


2015年,在我国工业废水排放量中,化工、造纸、纺织和煤炭行业废水排放总和几乎占一半,是工业废水排放大户。
3.近年来我国工业废水处理情况。

近年来,我国工业废水处理量达300-370亿吨,处理率约为62%,取得了显着进步,但仍有很大的提高空间。
二、以下是10种最新工业废水处理技术的介绍和分析。
1.膜技术。


膜分离法常用的有微滤、纳滤、超滤和反渗透等技术。膜技术在处理过程中不引入其他杂质,可实现大分子和小分子物质的分离,因此常用于各种大分子原料的回收。
例如,利用过滤技术回收印染废水的聚乙烯醇浆料等。目前,限制膜技术工程应用普及的主要难点是膜成本高、寿命短、易受污染和污垢堵塞等。随着膜生产技术的发展,膜技术在废水处理领域得到越来越多的应用。
2.铁碳微电解处理工艺。


铁碳微电解法是利用Fe/C原电池的反应原理处理废水的好技术,也称为内电解法、铁屑过滤法等。铁炭微电解法是电化学氧化还原、电化学电对絮凝体的电富集作用、电化学反应产物的凝聚、新生絮凝体的吸附和床层过滤等作用的综合效果,其中主要是氧化还原和电聚集和凝聚作用。
铁屑浸入含有大量电解质的废水中时,形成了无数微小的原电池,在铁屑中加入焦炭后,铁屑与焦炭粒接触,进一步形成大原电池,铁屑在微原电池腐蚀的基础上,被大原电池腐蚀,加快了电化学反应的进行。
该方法具有适用范围广、处理效果好、寿命长、成本低、操作维护方便等诸多优点,使用废铁屑作为原料,无需消耗电力资源,具有废弃的意义。目前,铁炭微电解技术广泛应用于印染、农药/制药、重金属、石油化工和油分等废水和垃圾渗滤液处理,取得了良好效果。
3.Fenton和类Fenton氧化法
典型的Fenton试剂由Fe2+催化H2O2分解产生OH,引起有机物氧化分解反应。Fenton法处理废水需要很长时间,所以使用的试剂量很多,过剩的Fe2+增加处理后废水中的COD,产生二次污染。
近年来,人们将紫外光、可见光等引入Fenton系统,研究采用其他过渡金属代替Fe2+,这些方法显着提高Fenton试剂对有机物的氧化分解能力,减少Fenton试剂的使用量,降低处理成本
Fenton法的反应条件温和,设备简单,适用范围广的单独处理技术的应用,也可以与其他方法相结合,如混凝沉淀法、活性碳法、生物处理法等,作为难以分解的有机废水的预处理和深度处理方法。
4.臭氧氧化

某制药废水项目臭氧工艺流程
臭氧是一种强氧化剂,与还原态污染物反应时速度快,使用方便,不产生二次污染,可用于污水消毒、除色、除臭、有机物去除、COD降低等。单独使用臭氧氧化法成本高,处理成本高,氧化反应有选择性,对卤代烃和农药等氧化效果差。
因此,近年来发展了提高臭氧氧化效率的相关组合技术,其中UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等组合方式不仅可以提高氧化速率和效率,还可以氧化臭氧单独作用时难以氧化分解的有机物。臭氧在水中的溶解度低,臭氧生产效率低,能源消耗大,因此臭氧在水中的溶解度增大,臭氧的利用率提高,能源消耗高的臭氧生产装置开发成为研究的主要方向。
5.磁分离技术

磁分离技术是近年来发展起来的新型利用废水中杂质粒子的磁分离的水处理技术。对于水中非磁性或弱磁性颗粒,利用磁性接种技术可以使其具有磁性。
磁分离技术应用于废水处理有直接磁分离法、间接磁分离法和微生物磁分离法三种方法。
目前研究的磁性化技术主要包括磁性团聚技术、铁盐共沉技术、铁粉法、铁氧体法等,具有代表性的磁性分离设备是圆盘磁性分离器和高梯度磁性过滤器。目前,磁分离技术仍处于实验室研究阶段,不能应用于实际工程实践。
6.等离子水处理工艺
低温等离子水处理工艺,包括高压脉冲放电等离子水处理工艺和辉光放电等离子水处理工艺,是利用放电直接在水溶液中产生等离子,或者将气体放电等离子中的活性颗粒引入水中,使水中的污染物彻底氧化、分解。
水溶液中的直脉冲放电能够在常温常压下操纵,在放电全过程中无需添加催化剂就能够在水溶液中产生原位的化学氧化性物种氧化降解有机物,这种技术性对低浓度有机物的处理经济有效。此外,应用脉冲放电等离子体水处理技术的反应器形式能够灵活调节,操作流程简易,相应的维护保养费用也较低。受放电设备的限制,该技术降解有机物的能源利用率低,等离子体技术在水处理中的应用还处于研究开发阶段。
7.电化学(催化)氧化
电化学(催化)氧化技术通过阳极反应直接分解有机物,或者通过阳极反应产生羟基自由基(臭氧等氧化剂分解有机物。
电化学(催化)氧化包括二维和三维电极系统。由于三维电极系统的微电场电解作用,目前受到高度评价。三维电极是在传统二维电解槽的电极间填充颗粒状或其他碎屑状的工作电极物料,使填充物料表面带电,成为第三极,而且在工作电极物料表面会产生电化学反应。
与二次元平板电极相比,三次元电极具有较大的比表面,可以增加电解槽的面体比,可以以较低的电流密度提供较大的电流强度,颗粒间距小,物质传质速度高,时空转换效率高,因此电流效率高,处理效果好。三维电极可用于处理生活污水、农药、染料、制药、含酚废水等难以分解的有机废水、金属离子、垃圾渗透液等。
8.辐射技术
从上世纪70年代开始,随着大型钴源和电子加速器技术的发展,辐射技术应用中的辐射源问题逐渐改善。利用辐射技术处理废水中污染物的研究引起了各国的关注和重视。
与传统化学氧化相比,利用辐射技术处理污染物,无需添加或少量添加化学试剂,无二次污染,具有分解效率高、反应速度快、污染物分解彻底等优点。此外,当电离辐射与氧气、臭氧等催化氧化手段联合使用时,会产生协同效应。因此,辐射技术处理污染物是清洁可持续利用的技术,被国际原子能机构列为21世纪和平利用原子能的主要研究方向。
9.光化学催化氧化
光化学催化氧化技术在光化学氧化的基础上发展起来,与光化学法相比,具有更强的氧化能力,可以使有机污染物更彻底地分解。光化学催化氧化是有催化剂的条件下的光化学分解,氧化剂在光的辐射下产生氧化能力强的自由基。
催化剂有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2和Fe3O4等。分为均相和非均相两种类型,均相光催化降解是以Fe2+或Fe3+及H2O2为介质,通过光助-Fenton反应产生羟基自由基使污染物得到降解;非均相催化降解是在污染体系中投入一定量的光敏半导体材料,如TiO2、ZnO等,同时结合光辐射,使光敏半导体在光的照射下激发产生电子—空穴对,吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子—空穴作用,产生˙OH等氧化能力极强的自由基。TiO2光催化氧化技术在氧化降解水中有机污染物,特别是难降解有机污染物时有明显的优势。
10.超临界水氧化(scwo)技术
SCWO是以超临界水为介质,均相氧化分解有机物。可以在短时间内将有机污染物分解为CO2、H2O等无机小分子,而硫、磷和氮原子分别转化成硫酸盐、磷酸盐、硝酸根和亚硝酸根离子或氮气。美国把SCWO法列为能源与环境领域最有前途的废物处理技术。
SCWO反应速率快、停留时间短;氧化效率高,大部分有机物处理率可达99%以上;反应器结构简单,设备体积小;处理范围广,不仅可以用于各种有毒物质、废水、废物的处理,还可以用于分解有机化合物;不需外界供热,处理成本低;选择性好,通过调节温度与压力,可以改变水的密度、粘度、扩散系数等物化特性,从而改变其对有机物的溶解性能,达到选择性地控制反应产物的目的。
超临界氧化法在美国、德国、瑞典、日本等欧美国家已经有了工艺应用,但中国的研究起步较晚,还处于实验室研究阶段。

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