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【中國(guó)環(huán)保在線 技術(shù)前沿】近年來(lái)，工業(yè)廢水處理工藝不斷革新，在改善我國(guó)水環(huán)境方面發(fā)揮了重要作用?？傮w而言，膜技術(shù)、鐵碳微電解處理技術(shù)、Fenton及類Fenton氧化法、臭氧氧化、磁分離技術(shù)、等離子水處理技術(shù)、電化學(xué)(催化)氧化、光化學(xué)催化氧化、超臨界水氧化(scwo)技術(shù)頗受青睞。
工業(yè)廢水技術(shù)不斷革新 這10大工藝備受青睞
中國(guó)對(duì)廢水污染的治理與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步較晚，在借鑒國(guó)外先進(jìn)處理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以國(guó)家科技攻關(guān)課題為平臺(tái)，引進(jìn)和開(kāi)發(fā)了大量的廢水處理新技術(shù)，某些項(xiàng)目已達(dá)到先進(jìn)水平。這些新技術(shù)的投產(chǎn)運(yùn)行為緩解中國(guó)嚴(yán)峻的水污染現(xiàn)狀，改善水環(huán)境發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
一、我國(guó)工業(yè)廢水現(xiàn)狀
近些年來(lái)，我國(guó)工業(yè)廢水排放總量呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)。2010年，工業(yè)廢水排放量為237.5億噸；2015年降低至199.5億噸。
2015年，在我國(guó)工業(yè)廢水排放量中，化工、造紙、紡織及煤炭行業(yè)廢水排放總和幾乎占到一半，是工業(yè)廢水排放大戶。
近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)廢水處理量達(dá)到300-370億噸，處理率約為62%，雖然已取得顯著進(jìn)步，但仍有很大提升空間。
二、以下是10種新的工業(yè)廢水處理技術(shù)介紹與分析
1.膜技術(shù)
膜分離法常用的有微濾、納濾、超濾和反滲透等技術(shù)。由于膜技術(shù)在處理過(guò)程中不引入其他雜質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)大分子和小分子物質(zhì)的分離，因此常用于各種大分子原料的回收。
如利用超濾技術(shù)回收印染廢水的聚乙烯醇漿料等。目前限制膜技術(shù)工程應(yīng)用推廣的主要難點(diǎn)是膜的造價(jià)高、壽命短、易受污染和結(jié)垢堵塞等。伴隨著膜生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，膜技術(shù)將在廢水處理領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
2.鐵碳微電解處理技術(shù)
鐵碳微電解法是利用Fe/C原電池反應(yīng)原理對(duì)廢水進(jìn)行處理的良好工藝，又稱內(nèi)電解法、鐵屑過(guò)濾法等。鐵炭微電解法是電化學(xué)的氧化還原、電化學(xué)電對(duì)對(duì)絮體的電富集作用、以及電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的凝聚、新生絮體的吸附和床層過(guò)濾等作用的綜合效應(yīng)，其中主要是氧化還原和電附集及凝聚作用。
鐵屑浸沒(méi)在含大量電解質(zhì)的廢水中時(shí)，形成無(wú)數(shù)個(gè)微小的原電池，在鐵屑中加入焦炭后，鐵屑與焦炭粒接觸進(jìn)一步形成大原電池，使鐵屑在受到微原電池腐蝕的基礎(chǔ)上，又受到大原電池的腐蝕，從而加快了電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。
此法具有適用范圍廣、處理效果好、使用壽命長(zhǎng)、成本低廉及操作維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，并使用廢鐵屑為原料，也不需消耗電力資源，具有“以廢治廢”的意義。目前鐵炭微電解技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于印染、農(nóng)藥/制藥、重金屬、石油化工及油分等廢水以及垃圾滲濾液處理，取得了良好的效果。
3.Fenton及類Fenton氧化法
典型的Fenton試劑是由Fe2+催化H2O2分解產(chǎn)生˙OH，從而引發(fā)有機(jī)物的氧化降解反應(yīng)。由于Fenton法處理廢水所需時(shí)間長(zhǎng)，使用的試劑量多，而且過(guò)量的Fe2+將增大處理后廢水中的COD并產(chǎn)生二次污染。
近年來(lái)，人們將紫外光、可見(jiàn)光等引入Fenton體系，并研究采用其他過(guò)渡金屬替代Fe2+，這些方法可顯著增強(qiáng)Fenton試劑對(duì)有機(jī)物的氧化降解能力，減少Fenton試劑的用量，降低處理成本，統(tǒng)稱為類Fenton反應(yīng)。
Fenton法反應(yīng)條件溫和，設(shè)備較為簡(jiǎn)單，適用范圍廣；既可作為單獨(dú)處理技術(shù)應(yīng)用，也可與其他方法聯(lián)用，如與混凝沉淀法、活性碳法、生物處理法等聯(lián)用，作為難降解有機(jī)廢水的預(yù)處理或深度處理方法。
4.臭氧氧化
臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，與還原態(tài)污染物反應(yīng)時(shí)速度快，使用方便，不產(chǎn)生二次污染，可用于污水的消毒、除色、除臭、去除有機(jī)物和降低COD等。單獨(dú)使用臭氧氧化法造價(jià)高、處理成本昂貴，且其氧化反應(yīng)具有選擇性，對(duì)某些鹵代烴及農(nóng)藥等氧化效果比較差。
為此，近年來(lái)發(fā)展了旨在提高臭氧氧化效率的相關(guān)組合技術(shù)，其中UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等組合方式不僅可提高氧化速率和效率，而且能夠氧化臭氧單獨(dú)作用時(shí)難以氧化降解的有機(jī)物。由于臭氧在水中的溶解度較低，且臭氧產(chǎn)生效率低、耗能大，因此增大臭氧在水中的溶解度、提高臭氧的利用率、研制低能耗的臭氧發(fā)生裝置成為研究的主要方向。
5.磁分離技術(shù)
磁分離技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展的一種新型的利用廢水中雜質(zhì)顆粒的磁性進(jìn)行分離的水處理技術(shù)。對(duì)于水中非磁性或弱磁性的顆粒，利用磁性接種技術(shù)可使它們具有磁性。
磁分離技術(shù)應(yīng)用于廢水處理有三種方法：直接磁分離法、間接磁分離法和微生物—磁分離法。
目前研究的磁性化技術(shù)主要包括磁性團(tuán)聚技術(shù)、鐵鹽共沉技術(shù)、鐵粉法、鐵氧體法等，具有代表性的磁分離設(shè)備是圓盤磁分離器和高梯度磁過(guò)濾器。目前磁分離技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，還不能應(yīng)用于實(shí)際工程實(shí)踐。
6.等離子水處理技術(shù)
低溫等離子體水處理技術(shù)，包括高壓脈沖放電等離子體水處理技術(shù)和輝光放電等離子體水處理技術(shù)，是利用放電直接在水溶液中產(chǎn)生等離子體，或者將氣體放電等離子體中的活性粒子引入水中，可使水中的污染物徹底氧化、分解。
水溶液中的直接脈沖放電可以在常溫常壓下操作，整個(gè)放電過(guò)程中無(wú)需加入催化劑就可以在水溶液中產(chǎn)生原位的化學(xué)氧化性物種氧化降解有機(jī)物，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)低濃度有機(jī)物的處理經(jīng)濟(jì)且有效。此外，應(yīng)用脈沖放電等離子體水處理技術(shù)的反應(yīng)器形式可以靈活調(diào)整，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，相應(yīng)的維護(hù)費(fèi)用也較低。受放電設(shè)備的限制，該工藝降解有機(jī)物的能量利用率較低，等離子體技術(shù)在水處理中的應(yīng)用還處在研發(fā)階段。
7.電化學(xué)(催化)氧化
電化學(xué)(催化)氧化技術(shù)通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)直接降解有機(jī)物，或通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基(˙OH)、臭氧等氧化劑降解有機(jī)物。
電化學(xué)(催化)氧化包括二維和三維電極體系。由于三維電極體系的微電場(chǎng)電解作用，目前備受推崇。三維電極是在傳統(tǒng)的二維電解槽的電極間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料，并使裝填的材料表面帶電，成為第三極，且在工作電極材料表面能發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。
與二維平板電極相比，三維電有很大的比表面，能夠增加電解槽的面體比，能以較低電流密度提供較大的電流強(qiáng)度，粒子間距小而物質(zhì)傳質(zhì)速度高，時(shí)空轉(zhuǎn)換效率高，因此電流效率高、處理效果好。三維電極可用于處理生活污水，農(nóng)藥、染料、制藥、含酚廢水等難降解有機(jī)廢水，金屬離子，垃圾滲濾液等。
8.輻射技術(shù)
20世紀(jì)70年代起，隨著大型鈷源和電子加速器技術(shù)的發(fā)展，輻射技術(shù)應(yīng)用中的輻射源問(wèn)題逐步得到改善。利用輻射技術(shù)處理廢水中污染物的研究引起了各國(guó)的關(guān)注和重視。
與傳統(tǒng)的化學(xué)氧化相比，利用輻射技術(shù)處理污染物，不需加入或只需少量加入化學(xué)試劑，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，具有降解效率高、反應(yīng)速度快、污染物降解徹底等優(yōu)點(diǎn)。而且，當(dāng)電離輻射與氧氣、臭氧等催化氧化手段聯(lián)合使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“協(xié)同效應(yīng)”。因此，輻射技術(shù)處理污染物是一種清潔的、可持續(xù)利用的技術(shù)，被原子能機(jī)構(gòu)列為21世紀(jì)和平利用原子能的主要研究方向。
9.光化學(xué)催化氧化
光化學(xué)催化氧化技術(shù)是在光化學(xué)氧化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，與光化學(xué)法相比，有更強(qiáng)的氧化能力，可使有機(jī)污染物更徹底地降解。光化學(xué)催化氧化是在有催化劑的條件下的光化學(xué)降解，氧化劑在光的輻射下產(chǎn)生氧化能力較強(qiáng)的自由基。
催化劑有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2和Fe3O4等。分為均相和非均相兩種類型，均相光催化降解是以Fe2+或Fe3+及H2O2為介質(zhì)，通過(guò)光助-Fenton反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基使污染物得到降解；非均相催化降解是在污染體系中投入一定量的光敏半導(dǎo)體材料，如TiO2、ZnO等，同時(shí)結(jié)合光輻射，使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧、水分子等與電子—空穴作用，產(chǎn)生˙OH等氧化能力極強(qiáng)的自由基。TiO2光催化氧化技術(shù)在氧化降解水中有機(jī)污染物，特別是難降解有機(jī)污染物時(shí)有明顯的優(yōu)勢(shì)。
10.超臨界水氧化(scwo)技術(shù)
SCWO是以超臨界水為介質(zhì)，均相氧化分解有機(jī)物。可以在短時(shí)間內(nèi)將有機(jī)污染物分解為CO2、H2O等無(wú)機(jī)小分子，而硫、磷和氮原子分別轉(zhuǎn)化成硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸根和亞硝酸根離子或氮?dú)狻Ｃ绹?guó)把SCWO法列為能源與環(huán)境領(lǐng)域有前途的廢物處理技術(shù)。
SCWO反應(yīng)速率快、停留時(shí)間短；氧化效率高，大部分有機(jī)物處理率可達(dá)99%以上；反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備體積?。惶幚矸秶鷱V，不僅可以用于各種有毒物質(zhì)、廢水、廢物的處理，還可以用于分解有機(jī)化合物；不需外界供熱，處理成本低；選擇性好，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度與壓力，可以改變水的密度、粘度、擴(kuò)散系數(shù)等物化特性，從而改變其對(duì)有機(jī)物的溶解性能，達(dá)到選擇性地控制反應(yīng)產(chǎn)物的目的。
超臨界氧化法在美國(guó)、德國(guó)、瑞典、日本等歐美國(guó)家已經(jīng)有了工藝應(yīng)用，但中國(guó)的研究起步較晚，還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
(來(lái)源：德國(guó)化學(xué)工程與生物技術(shù)協(xié)會(huì)、環(huán)保部)
原標(biāo)題：先進(jìn)10種工業(yè)廢水處理技術(shù)詳解 值得學(xué)習(xí)和收藏！
