我國化工廢水特性、治理重點及微電解工藝可行性探討

趙岳陽 錢丹丹 秦樹林

（1.杭州市蕭山區環境保護局，浙江 杭州 311201；2.煤炭科學研究總院杭州環保研究院，浙江 杭州 311201）

1 概述

化工廢水在我國工業廢水排放量中占有很大的比重。隨著化學工業的迅速發展和規模的擴大，對環境造成的危害也在逐漸加深。據國家統計局最新環境統計數據，2011年我國各地區廢水排放總量為659.2億t，而工業廢水排放量為212.9億t[1]，其中化工行業（包括化學原料和化學制品制造、醫藥制造及化學纖維制造業）廢水排放總量為37.8億t，占全國工業廢水排放量的17.8%，僅比造紙及紙制品行業廢水排放量38.2億t少0.4億t，而成為工業廢水排放量第二大的行業?；U水特別是生物難降解化工廢水，是目前國內外污水處理界公認的難題[2]，其對環境造成了嚴重的污染。由于這類廢水處理難度大，投資及運行費用較高，并且有效和成熟的處理技術難以尋求，很多企業沒有采取有效的處理措施，使大量未經有效處理的難降解有機物進入水體環境后極大地影響了水生態環境，威脅人體健康。鑒于此，國家環保部科技標準司不斷地對化工行業廢水排放標準進行重新制訂及修訂，各省市加緊制訂整治提升方案，排放標準越來越嚴格，生物難降解化工廢水的處理也因此成為現階段環境保護技術領域亟待解決的一個難題[3]。

2 我國化工廢水污染特征及行業特點

我國化學工業排放的廢水——化工廢水中生物難降解有機物具有四個典型污染特征：①長期殘留性，一旦排放到環境中，它們難于被分解，因此可以在水體、土壤和底泥等環境介質中存留數年或更長的時間，如全氟辛酸(PFOA)和氯苯；②生物積累性，難降解有機物一般具有低水平性、高脂溶的特性，所以能夠在生物體內的溶解度不斷增大；③半揮發性，有的難降解性有機物具有半揮發性，可以在大氣圈、水圈、生物圈之間循環轉化，可控性差；④高毒性，難降解有機物一般具有致癌、致突變、致畸的“三致”作用或毒性，如致癌芳香胺、硝基苯、二氯乙烷和氯苯，還有公認具有生殖毒性的全氟辛酸 (PFOA)和一種塑化劑(DBP)。對微生物有較強抑制作用，對人體健康和生態環境構成潛在威脅。正因為如此，化工廢水表現出了典型的行業特點而成為公認的難題。

（1）有機污染物濃度高?；ば袠I主要生產工段的出水COD濃度一般均在3000 mg/L～5000 mg/L以上，有的工段出水甚至超過10000 mg/L，甚至有高達10萬mg/L，即使是各工段的混合水，一般也均在2000 mg/L以上，不考慮廢水對微生物的毒性，若只需通過生物方法或預處理+二級生化工藝，使處理后的出水水質達到國家排放標準，其去除率理論上將高達99.8%以上，在實際操作中是很難實現的。

（2）水質成份復雜、對微生物有較強毒害作用。如比較典型的制藥抗生素廢水，則含有較高濃度的SO42-、殘留的抗生素及其中間代謝產物、表面活性劑及有機溶媒等；又如化學合成廢水中，除含有較高濃度的氨氮外，還有苯酚、酚的同系物以及萘、蒽、苯并芘等多環類化合物，以及氰化物、硫化物、硫氰化物等。從毒害作用機制分析：該類廢水含有能延緩或完全抑制微生物生長的有毒有害物質，有的在低濃度（劑量）時能被生物去除、轉化，有的卻不能被生物處理段去除、轉化。如青霉素便是通過干擾細胞壁的合成從而達到抑制微生物生長的效果。生物毒害作用是造成難降解化工廢水二級生化菌種難以培養、生化效果差、出水超標，以及生物深度處理效率不高的重要原因之一。

（3）水質穩定、生物降解性能差。難降解化工廢水水質很穩定，生化性能較差，有的甚至不被微生物降解，在實際工程中經常出現常規二級生化處理后出水再難生物降解，出水中有機物濃度超標，給穩定達標排放或提標升級工作帶來了難度，同時對中水處理膜件造成嚴重堵塞，影響中水回用。該類廢水難于生物降解的原因除對微生物正常新陳代謝有抑制作用外，就是廢水中有機物的化學結構穩定，含有多個苯環。廢水中B/C比值很小，一般低于0.2，但往往都在0.1以下，可生化性差，難以生物降解。難生物降解特性也正是其環境風險的主要原因，此類廢水迫切需要通過有效的深度處理實現有機污染物的開環斷鏈，破壞其現有結構，并將其氧化成二氧化碳和水，實現減排的目的。

（4）廢水中含鹽量較高。生物難降解化工廢水除上述特點外，此類廢水往往含有較高的含鹽份，致使常規二級生化處理菌種難以培養，生化效果不穩定，給達標排放增加了難度。

3 我國化工廢水治理重點

通過調研發現，化工廢水采用常規方法處理不達標的主要原因是前端缺乏有效的預處理措施，未能對生化系統起到水質把關作用，結果毒性難降解有機污染物進入生化工序后致使微生物難以培養和正常生長，直接導致出水有機物嚴重超標，進入地表水體或土壤中將給環境造成持久污染。為保證難降解化工廢水穩定達標處理，其預處理工藝效果的好壞在一定程度上決定了整個系統能否達標，目前化工廢水治理的重點如下。

（1）加強廢水分類收集與管理，對高濃度難降解化工廢水采取針對性的分質預處理，減輕后續處理系統的壓力，降低處理負荷；

（2）因化工廢水來源廣、成份復雜，有機負荷和水量的波動較大，考慮到處理系統的水力負荷均衡，設置足夠的水量調節容量以利于污水處理設施的運行穩定，建議高、低濃度化工廢水停留時間不小于24 h；

（3）因廢水中含有大量的難生物降解、對微生物有一定的抑制和毒性的物質，必須采用措施、降低生物毒性；

（4）廢水可生化性較差，常規預處理如混凝沉淀或氣浮等工藝難起到有效的把關作用。采用成熟、且大規?；瘧眠^的實用工程技術，特別是氧化類預處理技術，充分利用同類廢水的處理經驗，通過中試試驗，驗證優化設計參數，提高處理系統的抗風險能力。

4 擬解決的關鍵問題

針對化工廢水行業水質特點及生物難降解共性的分析，化工廢水預處理急需解決的技術關鍵：（1）采取預處理工藝必須具有廣譜性，適應范圍及能力強，具有破壞污染物結構、降低毒性和去除COD等多種功效；（2）工藝操作簡便、易掌握，管理方便；（3）對配套設施或設備材料要求低，無需高溫高壓；（4）投資及運行成本相對較低，具有良好的經濟性。

5 微電解工藝的可行性分析

化工廢水處理無論技術上還是經濟上都存在較大困難，一般采用焚燒法或經簡單的物化處理后大倍數稀釋后生化處理，此類方法處理往往投資高、占地面積大、運行費用高、浪費水資源，用戶難以承受，濕式催化氧化需要高溫高壓條件，難以大規模應用。

微電解技術是目前處理難降解化工廢水一種較為理想的工藝，它是在不通電的情況下，通過填充在廢水中的微電解填料產生無數個原電池，利用自身產生1.2 V電位差對廢水進行電化學腐蝕（微電解反應），并通過氧化、還原、吸附及絮凝等共同作用，以達到去除有機污染、降低毒性、改善出水水質等目的。微電解處理過程中將產生新生態 （還原）[H]、Fe2+等能與廢水中許多組份發生氧化還原反應，比如能破壞有色廢水中有機物的發色基團或助色基團，甚至斷鍵，達到降解脫色的效果；生成的亞鐵進一步氧化成三價鐵，它們的水合物具有較強的吸附-絮凝活性，特別是加堿回調pH值后生成的氫氧化膠體絮凝劑，其吸附容量遠高于一般混凝劑水解得到的氫氧化鐵膠體，能大量吸附廢水中分散的微小顆粒、金屬粒子及有機大分子。該方法具有適用范圍廣、處理效果好、成本低、可操作性強、維護方便，無需消耗電能（能電電解）等優點，并已大量應用于各類難降解有機化工廢水治理工程中。目前主要是解決好微電解填料的問題，傳統微電解填料存在電極分離、板結與失效等瓶頸問題。但新型可投加式多元氧化微電解填料的問世，較好的解決上述問題，該填料采用粉末冶金工藝將多元活性材料高溫燒結而成多孔合金結構，實現鐵炭電極間的一體化架構，不消耗電能，具有低碳節能的特點，該技術已廣泛應用于高濃度有機化工廢水中。

6 結語

（1）化工廢水成份復雜、有機物含量高、含鹽量高、色度和毒性大，對環境污染也日益加??；隨著節能減排的要求越來越高，行業排放標準日趨嚴格，化工、制藥、電鍍、合成革與人造革等十三類行業提高了水污染物排放標準，如何將毒性難降解化工廢水進行有效治理、使之達標排放或優于標準排放，減輕環境污染，掌握水質特征及治理重點，并采取經濟實用的節能減排技術是重中之重。

（2）微電解工藝作為一種經濟、實用的高級氧化技術，無需高溫高壓，能較好地解決難降解有機化工廢水治理中存在的諸多難題，具有降低生物毒性、開環斷鏈、提高廢水可生化性，同步大幅去除廢水中的有機污染物，并減輕對后續生物單元的沖擊負荷，建議作為化工廢水生化前預處理手段，加以推廣應用。

[1]國家統計局環境統計數據，2011.

[2]趙月龍,祁佩時,楊云龍.高濃度難降解有機廢水處理技術綜述[J].四川環境,2006，25(4)：98-103.

[3]任南琪.高濃度難降解有機工業廢水生物處理技術關鍵[J].給水排水,2010,36(9):1-3,58.