精细化工废水预处理工艺研究进展

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[摘要]随着我国对精细化工行业的废水排放标准不断提高，企业依托现有的废水处理设施难以达到排放要求，主要原因是由于精细化工行业废水毒性强、可生化性差，传统的生化处理工艺难以将此类废水处理达标，因此需要通过物化工艺预处理。本文介绍了部分物化预处理工艺，并就单一物化预处理工艺和组合与处理工艺的优劣做了简要的探讨。

[关键词]精细化工废水；物化预处理工艺；可生化性

1引言

近年来随着我国农业和工业的迅速发展，人民的生活中涉及到精细化工用品的使用也愈发频繁。随着社会需求的不断提高，精细化工企业近年来也不断发展，而我国新兴的精细化工企业在“十二五”的推动下快速涌现，现有企业也逐步推进产业结构优化升级改造，实现了产品精细化率稳步提升和产业集中度提高。精细化工产品在不断改善群众生活，但伴随而来的是精细化工企业生产过程中造成的环境污染日益严重，尤其是生产过程中排放的废水对生态环境造成极其严重的影响[1]。由于精细化工生产过程中产品的多样性和精细性，其生产废水具有成分复杂、色度大、毒性较强、盐分较高以及成分不易鉴别等因素，从而导致其可生化性较低，直接进入生化系统容易导致生化系统崩溃[2]。因此，在精细化工废水预处理阶段，不仅要有效的去除废水中的污染物，还要进一步提高废水的可生化性，以便后续废水的生化降解。近年来，精细化工废水的处理技术在不断的摸索与创新中前行，在众多精细化工废水处理研究中多采用物化处理工艺对高浓度有机废水预处理后，再进行后续的生化处理。

2单一物化预处理工艺

2.1电催化氧化法。电催化氧化作为工业废水处理领域的一种有效的方法，能够通过自动化的方法有效降解和氧化机化合物。电催化氧化的优点是使用了清洁的试剂-电子，处理过程中不需要添加化学物质，因此不产生二次污染。HongWang[3]等采用TiO2/碳电催化膜为阳极，不锈钢网为阴极的电催化膜反应器处理含酚废水。以苯酚和浓度为15g/L的电解质(Na2SO4)混合制备合成苯酚废水为原料。采用FESEM、XPS、循环伏安法(CV)和高效液相色谱(HPLC)对电催化膜、苯酚浓度和降解中间体进行了表征和分析。结果表明，反应器处理2.0mM含酚废水2h后，苯酚的去除率约为99.4%，TOC的去除率约为86.3%。YonghaoZhang[4]采用新型多孔管电极电催化反应器对含5-氟-2-甲氧基嘧啶的实际抗癌药物废水进行处理。通过单因素实验研究运行参数对反应器性能的影响，研究结果表明，最优条件是流量的0.31L/min，pH值5.0，电流密度5mAcm-2。此时废水中COD和5-氟-2-甲氧基嘧啶去除率分别为84.1%和100%。同时废水的BOD5/COD值和EC50,48h分别从0.14和16.4%提高到0.53和51.2%，可生化性明显提高。综上，采用电催化氧化法对精细化工废水处理，不仅能有效去除废水中的特征污染物，同时也可以提高废水的可生化性。

2.2铁碳微电解法。铁碳微电解，又称内电解、零价铁法，是一种有效的难降解有机污染物预处理技术。其基本原理是利用铁屑内部含有的铁和炭形成微原电池，从而将难降解有机物还原成易降解有机物[5]。HefaCheng[6]等对铁碳微电解法处理三嗪浓缩废水的参数选择问题进行了研究。研究结果表明，采用铁屑和颗粒活性炭进行内部微电解，当含铁量/含气量/废水体积比为3︰2︰490，喷雾比(空气流量与废水体积之比)为2︰490min-1时，废水中的COD去除率高达60.5%，同时废水的可生化性也较大幅度提高，为后续的生化系统的运行提供了保证。2.3芬顿氧化法芬顿氧化法是一种高级氧化技术，在处理难降解和外源有机化合物的废水中得到了广泛的研究。连续运行的芬顿氧化过程中废水中的有机物发生的反应如下所示[7]。H2O2+Fe2+→Fe3t+OH-+OH•k=70M-1s-1(1)OH•+RH→CO2+H2Ok=109-1010M-1s-1(2)R•+Fe3+→R++Fe2+(3)H2O2+Fe(OH)3→H2O+O•+Fe(OH)3(4)S.Karthikeyan[8]等研究尝试用均相和非均相Fenton系统降解纺织废水中的有机污染物。在间歇和连续操作条件下进行单因素实验。考察了时间、pH、H2O2浓度、FeSO4.7H2O浓度和介孔活性炭质量等因素对废水中有机物降解的影响。测定了废水中有机物氧化的动力学常数和热力学参数。研究了废水中COD、BOD和TOC的定量去除效果。通过FT-IR、紫外-可见光谱和循环伏安法证实了对纺织废水中大分子有机物的降解，降低废水的毒性，从而使得废水的可生化性得到提高。综上所述，采用物化预处理工艺可以明显提高废水的可生化性，降低废水的毒性，避免浓度过高或者毒性过强的废水进入生化系统，从而导致生化系统不正常运行及出水指标过高等问题。

3组合物化预处理工艺

随着国家对废水排放标准提高，单一的废水预处理技术已经逐渐满足不了精细化工企业的生产要求。针对水质复杂、有机负荷高、难降解物质多的精细化工废水，现阶段一般采用组合工艺对该类进行物化预处理。从而削弱废水中有毒有机物对微生物的抑制能力，提高废水的可生化性，节省废水处理成本。

3.1铁炭微电解法和芬顿氧化组合工艺铁炭微电解具有应用范围广、操作成分低等优点，但同时微电解的出水中往往含有Fe2+离子容易造成二次污染[9]，此时，在微电解的出水中加入H2O2，发生芬顿反应产生羟基自由基，能够达到降解有机废水的目的。因此可以将微电解和芬顿氧化串联使用，不仅可以在很大程度上减少废水中的污染物，还能降低处理的成本。

3.2铁炭微电解和电催化氧化组合工艺。单一铁炭微电解处理高浓精细化工废水时，铁屑的表面经过长时间浸泡容易产生一层氧化膜，从而使得铁炭微电解处理效果不佳，此时可以引入电催化氧化，进一步去除废水中的COD并提高废水的可生化性[10]。程鹏[11]通过单因素和正交实验对铁炭微电解和电催化氧化的组合工艺进行工艺条件的筛选，研究表明当铁炭量为80g/L、槽间电压为20V、反应时间为60min、电解质用量为1g/L以及pH=2时，化工清洗废液COD去除率达58%左右。因此，采用铁炭微电解和电催化氧化组合工艺可以明显改善水质，将高浓度的有机废水处理成为低浓废水，使其能在生化系统进一步处理，从而达到达标排放的目的。综上所述，采用组合物化预处理可以避免部分单一预处理所来来的二次污染以及长时间运行处理效率不佳等问题，并且能够进一步去除废水中大分子有机污染物，提高废水的可生化性，使得物化出水满足生化系统运行要求。

4现状与展望

在全球的新形势下，人们的生产生活越来越离不开精细化工用品，但同时也面临着精细化工产品生产所带来的的废水污染问题。由于精细化工多使用化学合成技术，因此精细化工废水存在毒性强、COD浓度高及色度较大等特点，直接采用生化处理易造成生化系统崩溃，从而导致处理效果不佳，影响出水水质。目前，国外已普遍通过物化的方法对精细化工废水进行预处理，去除大分子有机污染物，提高废水可生化性，使得废水能够进一步通过生化处理达到排放标准。而在我国随着国家和社会对环保问题的不断重视，对于化工废水的排放标准一再提高，企业面临着对污水站提标改造的问题。单一的物化预处理系统已较难满足现有的排放标准，因此需要使用组合物化处理工艺对原水进一步处理，去除特征污染物，提高其可生化性，为后续的生化系统正常运行打下坚实的基础。

作者:周腾腾 费凡 王俊 戚永洁 徐成飞 单位:南京大学盐城环保技术与工程研究院 江苏南大华兴环保科技股份公司