工业污水处理厂二级出水深度处理工艺分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：杜会璞（1989），汉族，河北元氏人，硕士研究生，工艺工程师，中级职称，研究方向工业污水处理。-43-工业污水处理厂二级出水深度处理工艺分析 杜会璞1 王雯婷2 1.中持水务股份有限公司，北京 100192 2.南京万德斯环保科技股份有限公司河北分公司，河北 石家庄 050000 摘要：摘要：随着工业化的快速发展，工业污水的排放量正在呈现持续增加的趋势，工业污水中成分较为复杂，且含有大量高浓度的污染物，因此，大量排放将会对环境构成十分严重的威胁。基于这一现状，我们需要提高对工业污水处理厂二级出水深度处理的重视，在改善水质的同时实现水资源的循环利用以及生态环境的有效保护。本文分析了物理方法、化学方法和生物方法等几类常用的深度处理工艺，并在此基础上探讨了不同处理方法的优势、适用条件以及经济效益，希望能够为工业污水处理工作提供一些可参考的内容。关键词：关键词：工业污水处理厂；二级出水；深度处理 中图分类号：中图分类号：X703 二级处理通常是指常规污水处理过程中的生物处理阶段，该步骤的主要目的是去除污水中的溶解性有机物和悬浮物，然而对于工业污水而言，经过二级处理后的出水中仍然含有难以降解的有机物、营养盐、重金属等污染物，无法满足高标准的排放要求或再利用的需求，基于这一特点，二级处理出水后，仍然有必要对其实施进一步的深度处理，这样才能更充分地去除其中含有的有机物、营养盐、重金属等污染，从而确保污水处理具有较好的效果。1 工业污水的特点 1.1 成分较为复杂性 工业污水通常来源于各种工业生产过程，包括但不限于石油化工、制药、印染、电镀、采矿等，这些不同的工业过程产生的废水在成分上有着显著的差异性，从简单的无机盐溶液到复杂的有机物混合液，都可能存在于工业废水中1。例如，在石化行业中，废水可能含有烃类、酚类和硫化物；而在印染工业中，则可能含有多种有机染料和助剂。1.2 重金属含量较高 重金属是工业污水中的主要污染物之一，这些金属元素如铅、镍、铜、锌、汞等，不仅对水体的生物有毒害作用，而且能通过食物链积累，对人类健康造成长期威胁，众所周知，重金属在自然环境中难以降解的，因此对它的处理尤为重要。1.3 含有有毒有害物质 除了重金属，工业废水还可能含有多种有毒有害的有机物质，如多环芳烃、酚类、苯及其衍生物等，这些物质的生物降解性差，毒性大，容易在环境中长期残留，对生态系统和人类健康构成严重威胁。1.4 含有高浓度有机物 高浓度有机物是工业废水中的常见污染物，特别是来自食品加工、造纸、屠宰等行业的废水，它的生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）值通常很高，这些有机物负荷的高低将会直接提高污水处理的难程以及处理成本。1.5 pH 值、温度和流量具有变动性 工业污水的 pH 值、温度和流量变动性大，这些因素也对处理设施的稳定运行构成了挑战。pH 值的变化会影响生物处理过程中微生物的活性，进而牵动到化学处理过程中的反应，而温度波动可能会影响生物活性和化学的反应速率，流量不稳定则会导致处理设施时而超负荷运行时而闲置，造成资源浪费。2 深度处理工艺的分类与分析 2.1 物理处理方法的深度分析 物理处理方法在工业污水深度处理中的应用非常广泛，它的优势在于相对简单、直接，并且不会产生二次污染2。其中，深度过滤技术，包括砂滤、活性炭滤床、多介质过滤等，通过精细的物理屏障去除悬浮物和较大的有机分子。例如，对于颗粒大小在 10 微米以上的悬浮物，深度过滤可实现高达 90%以上的去除效中国科技期刊数据库 工业 A-44-率。然而，深度过滤对于微小悬浮颗粒和溶解性污染物的去除能力有限，因此，通常与其他深度处理技术联用。吸附法，特别是利用活性炭的吸附法，因比表面积（500-1500 m/g）和多孔结构方面的优势使得该方法在去除色度、臭味以及有机污染物方面表现卓越。在处理某些特定工业废水时，活性炭可以去除高达 85%的有机物质，但活性炭的使用需要定期的再生或更换，以维持其吸附能力，这也就表明了要处理或处置已饱和的活性炭，可能带来额外的环境问题和经济负担。膜分离技术是物理深度处理中的一个革新点，尤其是纳滤（NF）和反渗透（RO）膜技术。纳滤膜的孔径通常在 1-10 纳米之间，能够有效去除多种溶解性有机物、部分重金属和硬度成分，去除率可达到 90%至99%，尤其适用于分子量介于 200 至 1000 的有机污染物。而反渗透技术，以其孔径通常小于 0.1 纳米的特性，是最细致的过滤方法，能够去除包括盐类在内的大多数溶解性物质，有时去除率甚至可以接近 100%。然而，这种高效的处理性能背后是相对高昂的运行和维护成本，以及膜污染和结垢问题，这些都需要通过预处理和适当的操作策略来管理3。超滤（UF）技术则专注于去除更大的分子和悬浮颗粒，其孔径在 1-100 纳米之间。UF 对于保护后续纳滤或反渗透膜免受大颗粒污染物的影响非常有效，通常作为前处理步骤来提高系统的整体效率和寿命。例如，在一些应用中，超滤可以有效去除高达 99.5%的悬浮固体和微粒，从而显著提高下游 RO 膜的处理效果和寿命。2.2 化学处理方法的深入探讨 化学处理方法在去除某些特定污染物，尤其是那些生物难降解或在物理处理过程中难以去除的物质上，高级氧化过程（AOPs）中的臭氧和过氧化氢在紫外线的激活下可以产生强氧化性的羟基自由基，这些自由基能够矿化大多数有机污染物，将它们分解为水、二氧化碳和其他无害物质。例如，一些相关研究表明4，通过 AOPs 处理染料废水可以达到 90%以上的色度去除率，然而高级氧化过程的操作成本较高，需要精确的控制反应条件，并且对于能源的需求也相对较大。电化学处理方法，如电絮凝、电氧化等，利用电流通过废水以去除污染物，特别是重金属。在电絮凝过程中，电极反应产生的金属离子可以与水中的污染物形成不溶性的絮状物，这些絮状物随后可以通过沉降或浮选技术去除。对某些工业废水中的重金属采用电化学处理技术，去除率可高达 95%以上。但是，我们也需要考虑到该方法的经济性，例如关注它的能耗和电极材料的消耗情况。Fenton反应通过氢过氧化物和Fe2+的作用产生羟基自由基，它具有强氧化能力，因此能够有效降解有机物，尤其是那些难降解的有机物。虽然 Fenton 反应在处理有机污染物方面非常有效，但受到它作成本较高的影响，需要对反应条件（pH、温度和 Fe2+/H2O2比例）实施严格的控制。2.3 生物处理方法的进阶分析 生物处理方法，尤其是微生物作用，在深度处理工业废水中发挥着核心作用。微生物能够利用有机物作为能量和营养的来源，从而将复杂的有机物质转化为简单的无机物。生物膜法，如移动床生物膜反应器（MBBR）、生物滤床和生物转盘，以其高效的生物降解能力和较低的运营成本，在工业污水处理中得到了广泛应用5。例如，MBBR 系统可以去除高达 80%-90%的 COD 和 BOD，且对于流量和负荷波动具有较强的适应性。人工湿地系统模拟自然湿地的净化作用，通过植物和微生物共同作用，有效地去除有机物、悬浮固体和营养物质。它们的优点在于低能耗、低运营成本和生态友好性，但是其占地面积大，处理效率较低，且对环境条件敏感。生物活性炭（BAC）是一种结合了吸附和生物降解的复合深度处理技术。活性炭为微生物提供了大量的附着表面，增强了对难降解有机物的去除能力。在 BAC系统中，有机物的去除率可高达 90%，并且该技术对于去除余氯和微量有机污染物也非常有效。然而，BAC系统的挑战在于活性炭的再生和微生物活性的维持，这需要细致的操作管理。3 深度处理工艺的选择 3.1 考虑污水特性 污水特性是指导深度处理工艺选择的关键因素，不同行业产生的污水差异性主要表现在污染物的种类、浓度以及污水的基本物理化学特性上。例如，食品加工厂产生的污水富含有机物质，而其大部分为生中国科技期刊数据库 工业 A-45-物可降解物，适宜采用厌氧消化、好氧处理等生物处理方法。这些方法利用微生物将有机物分解为二氧化碳和水，能够有效降低化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）。然而，生物处理法在处理含有抗生素、农药等难降解有机物或重金属等无机污染物时的效率并不高。针对含有难降解有机物或高浓度重金属的工业污水，可能需要采用化学氧化、高级氧化过程（AOPs）、化学沉淀或吸附等物理化学方法来进行深度处理，这些方法能够将污染物转化为无害物质或将其从水中分离出来。例如，高级氧化过程可以通过产生羟基自由基来矿化有机污染物，而化学沉淀可以利用絮凝剂将溶解的重金属离子转换为不溶的固态形式。此外，污水的 pH 值、温度、悬浮固体（SS）、溶解固体（DS）等物理化学参数也会对工艺的选择产生影响。比如，pH 值的极端高低都会影响微生物的生物活性及某些化学反应的进行，而适宜的温度可以提高生物处理效率。悬浮固体的存在可能会对膜处理技术产生堵塞，影响膜的通透性和处理效率，因此在采用膜技术之前可能需要进行预处理以去除这些固体。3.2 明确处理目标 明确的处理目标为深度处理工艺的选择提供了方向和依据。不同地区的环保法规对工业污水排放有不同的要求。深度处理工艺需要根据这些排放标准来设计，确保出水水质能够达到或超过要求。在某些情况下，出水水质的要求可能远高于普通的排放标准，特别是当污水被回用作为工业用水或者其他特定用途时。例如，如果处理后的水被用作工业冷却水，对悬浮固体和微生物的控制标准就会非常严格。在处理目标中，除了法规要求的最低标准之外，还应该考虑长期的经济和环境影响。如果污水经处理后用于农业灌溉，其对营养盐的要求会有所不同，可能需要去除氮、磷等营养物质以避免水体富营养化。另外，水资源的可持续利用也越来越受到重视，因此污水处理技术也在向更加节能减排和循环利用的方向发展。这就要求深度处理工艺不仅要高效，而且应当是节能的，并能够尽可能多地回收资源。3.3 运行成本的估算 运行成本是深度处理工艺选择中的一个重要经济指标。在考虑不同工艺的能耗方面，例如膜技术，尤其是反渗透系统，由于其高压泵的运行，能耗相对较高。再比如高级氧化过程，它们需要消耗大量的电力或化学试剂来产生足够的氧化能力，以分解难以生物降解的有机污染物。这两种工艺虽然效果显著，但在能耗上的代价不容忽视。相对而言，生物处理工艺，如活性污泥法或生物滤池，依赖于微生物的新陈代谢来去除有机物质，通常情况下能耗较低。然而，生物处理系统仍需考虑到曝气系统的能耗，特别是在需求氧量较高的场合。此外，许多化学处理方法，如 Fenton 反应和絮凝沉淀，需要大量的化学试剂，这不仅增加了直接的材料成本，还可能涉及到存储和安全处理这些化学品的额外费用。例如，Fenton 试剂需要大量的过氧化氢和铁盐，而絮凝剂的选择和剂量又直接影响到处理效果和成本。3.4 维护难度的权衡 工艺的选择还应该考虑到技术的成熟度和维护的难易程度。一般来说，技术成熟的处理方法，如活性污泥法，有着较为成熟的维护体系和广泛的市场支持，这使得问题诊断和解决相对容易，降低了人力成本和意外停机的风险。而新兴的或复杂的技术，如某些特定类型的膜生物反应器(MBR)，可能会因为技术本身的复杂性和对操作人员技能要求较高而增加维护难度。设备的耐用性和可靠性也是一个关键考虑因素，设备易损坏或需频繁更换的部件会带来额外的维护成本和潜在的运行风险。3.5 环境影响的考虑 在选择深度处理工艺时，我们必须要考虑道工艺对环境造成的影响，这是一个不容忽视的因素，一些工艺可能会在处理过程中产生二次污染，例如，在化学沉淀法处理后会产生含有大量化学物质的污泥，需要对其实施进一步处理，从而大大增加了处理成本，对环境所造成的负担也难以规避。生物处理工艺通常被认为是对环境较为友好的处理工艺，这种方式主要依赖于微生物的自然生物降解来实现，并且相对于化学处理方法而言产生的副产品较少，更易于管理。尽管如此，生物处理工艺在使用时也需要足够的空间来建立反应器或池塘，且耗费的处理时间可能会比化学方法更长。中国科技期刊数据库 工业 A-46-在考虑环境影响时也应当对工艺的碳足迹进行评估，尤其是处理过程中使用的能源类型和消耗量。在当前的环境法规下，绿色可持续的污水处理工艺受到了较广泛的青睐，并且在未来也可能会成为一种强制性要求，因此在工艺选择时我们需要从长远视角来考虑这一问题。4 结论 综上所述，工业污水的深度处理是一个复杂且多变的领域，它所涉及的技术多种多样，且每一种技术都有自己独特的适用范围和局限性。在实践过程中需要根据具体情况设计组合工艺，从而实现成本效益和处理效率的最优化，展望未来，我们应着重于开发集成化、高效、低成本且环境友好的深度处理技术，以此来应对日益严峻的水资源和环境问题。参考文献 1高颖.五段 AO-MBR 工艺应用于工业污水处理厂升级改造J.辽宁化工,2023,52(05):678-680 2陈建昌,袁国光,李虹,韩向红,关 赛赛.工业污水处 理厂功能恢复及提标实 例分析 J.科技资讯,2023,21(10):117-120.3余琴芳,余太平,刘琪,刘海燕,镇祥华.印染工业园区污水处理厂深度处理工艺应用综述J.净水技术,2023,42(05):29-35.4康芳芳,李默,陈志强,温沁雪.3 种组合工艺深度处理污水处理厂二级出水的研究 J.给水排水,2018,54(2):64-71.5金伟,丁洁然,董亚荣.电混凝-微滤工艺深度处理污水厂二级出水J.环境工程,2018,36(08):60-64.