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工業廢水處理基本方法——化學法（二）

文章出處：未知發表時間：2021-05-14 15:41:42

工業廢水處理基本方法——化學法

工業廢水處理在基本方法，就是采用各種技術與手段，將廢水中所含的污染物質分離去除、回收利用，或將其轉化為無害物質，使水質得到凈化。
工業廢水處理技術，按原理可分為物理處理法、化學處理法和生物化學處理法等。

化學處理法
化學處理法是通過化學反應使廢水中呈溶解狀態的無機物和有機物被氧化或還原為微毒、無毒的無機物的物質，或者轉化成容易與水分離的形態，從而達到處理的目的。化學處理法是轉化廢水中污染物的有效方法，其實質是通過采取不同的方法（包括投加藥劑法、電化學法和光化學法三大類）而實現電子的轉移。

5、離子交換法
離子交換是利用帶有可交換離子（陰離子或陽離子）的不溶性固體與溶液中帶有同種電荷的離子之間置換離子而除去水中有害離子的單元操作。含有可交換離子的不溶性固體稱為離子交換劑，其中帶有可交換陽離的交換劑稱為陽離子交換劑；帶有可交換陰離子的交換劑稱為陰離子交換劑。
離子交換的實質是離子交換劑的可交換離子與廢水中的其他同性離子的交換反應，是一種特殊的吸附過程，但與吸附相比，離子交換法主要吸附水中的離子化物質，并進行等物質的量的離子交換。
離子交換分離技術與其他分離技術相比具有如下特點：
（1）離子交換操作是一種液－固非均相擴散傳質過程，所處理的溶液一般為水溶液；
（2）離子交換是水溶液中的被分離組分與離子交換劑中可交換離子進行離子置換反應的過程，且離子交換反應是定量進行的，即有1mol的離子被離子交換劑吸附，就必然有1mol的另一同性離子從離子交換劑中釋放出來。
（3）離子交換劑在使用后，其性能逐漸消失，需經酸、堿再生而恢復使用，同時也將被分離組分洗脫出來。
（4）離子交換分離技術具有優勢的分離選擇性和很高的濃縮倍數，操作方便，效果突出。
在工業用水處理中，通過離子交換可以抽取軟化水、脫鹽水和純水；在工業廢水處理中，離子交換法主要用于回收有用物質和貴重、稀有金屬，如金、銀、銅、鎘、鉻、鋅等，也用于放射性廢水和有機廢水的處理。

離子交換法處理工業廢水的特點
工業廢水水質復雜，常含有各種懸浮物、油類和溶解鹽類，在采用離子交換法處理前需要進行適當的預處理。
離子交換法的處理效果受pH和溫度的影響較大。pH會影響某些離子在廢水中的形態，并影響樹脂交換基團的離解。必要時需預先進行pH的調整。溫度高有利于交換速率的增加，但過高的水溫對樹脂有損害，應適當降溫。
高價金屬離子會引起離子交換樹脂的中毒，即由于高價離子與樹脂交換基團的結合能力極強，再生下來極為困難。因此，對于處理含有Fe³⁺等高價離子的樹脂，需要定期用高濃度的酸再生。
對于含有氧化劑的廢水，應盡量采用抗氧化性好的樹脂。
對于同時含有有機污染物的廢水，可以采用大孔型樹脂對有機物進行吸附。

廢水處理的再生殘液中污染物的含量很高，應考慮回收利用。再生劑的選擇要便于回收。離子交換處理只是一種濃縮過程，并不改變污染物的性質，對再生殘液必須進行妥善處理。

6、常溫化學氧化
化學氧化法是處理各種形態污染物的有效方法，通過化學反應，可以將液態可氣態的無機物和有機物轉化成微毒、無毒的物質，或將其轉化成易于的狀態。與生物氧化法相比，化學氧化法的運行費用較高，但通過選擇氧化劑，控制接觸時間和氧化劑投加量等條件，化學氧化法幾乎可以處理所有的污染物，因此常常用于生物難降解的污染物的去除。化學氧化劑的強氧化性對微生物、細菌、病毒具有滅活作用，因此它們往往也是良好的消毒劑。
化學氧化是指通過向水中加入適當的化學氧化劑而使水中的有毒有害污染物發生氧化反應而得以處理或分離。投加化學氧化劑可以處理廢水中的CN^-、S^2-、Fe²⁺、Mn²⁺等離子。采用的氧化劑包括以下幾類：
a、在接受電子后還原成負離子的中性分子，如Cl₂、ClO₂、O₂、O₃；
b、非正電荷的離子，接受電子后還原成負離子，如漂白粉和次氯酸中的Cl+變為Cl^-；
c、帶正電荷的離子，接受電子后還原成帶較低正電荷的離子，如MnO4-中的Mn7+變為Mn²⁺，Fe³⁺變為Fe²⁺等。
根據所選擇的氧化劑，對應的氧化過程分別稱為空氣氧化、臭氧氧化、過氧化氫氧化、氯氧化、高錳酸鹽氧化、高鐵酸鉀氧化。因這些氧化過程一般都在常溫條件下進行，所以又稱之為常溫化學氧化。
空氣氧化法：就是向廢水中鼓入空氣，利用空氣中的氧氣氧化水中的有害物質。
臭氧氧化法：利用臭氧的強氧化性去除水中有害物質的方法。在工業廢水處理中，可用臭氧氧化多種有機物和無機物，如酚、氰化物、有機硫化物、不飽和脂肪族以及芳香族化合物等。除鉑、金、銥、氟以外，臭氧幾乎可以與元素周期表中的所有元素反應。臭氧可以將過渡金屬元素氧化到較高或最高氧化態，形成更難溶的氧化物，常利用此性質把污水中的Fe²⁺、Mn²⁺及Pb、Ag、Cd、Hg、Ni等重金屬離子除去。
水經臭氧處理，可達到降低COD濃度、殺菌、增加溶解氧、脫色除臭、降低濁度等幾個目的。將混凝或活性污泥法與臭氧氧化法聯合，可以有效去除色度和難降解有機物。此外線照射可以激活O₃分子和污染物分子，加快反應速率，增強氧化能力，降低臭氧消耗量。在工業廢水處理中，臭氧主要用于煉油廢水酚類化合物的去除，電鍍含氰廢水的氧化，含染料廢水的脫色，洗滌劑的氧化以及廢水中合成表面活性物質的處理等。
過氧化氫氧化法：是利用過氧化氫為氧化劑氧化廢水中有害物質的方法。芬頓（Fenton）法就是利用過氧化氫的氧化性進行水處理的一種方法。
氯氧化法：是以具有強氧化劑的含氯藥劑為氧化劑，去除水中有害物質的方法。氯氧化法廣泛用于廢水處理，如處理含氰廢水、含硫廢水、醫院污水、含酚廢水等，常用的含氯藥劑有液氯、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯等。
高錳酸鉀氧化法：利用高錳酸鉀的強氧化劑，對廢水進行處理的方法。高錳酸鉀在水中遇到還原性物質分解釋放出新生態氧，可以使微生物的組織受到破壞，因此，高錳酸鉀具有極強的滅菌能力，在醫療和某些特殊環境消毒時普遍采用。

7、濕式空氣氧化法
濕式空氣氧化法（Wet Air Oxidation，簡稱WAO法）是以空氣為氧化劑，將水中的溶解性物質（包括無機物和有機物）通過氧化反應轉化為無害的新物質，或者轉化為容易從水中分離排除的形態（氣體和固體），從而達到處理的目的。通常情況下氧氣在水中的溶解度非常低，因而在常溫常壓下，氧化反應的速度很慢，尤其是對高濃度的污染物，利用空氣中的氧氣反應更慢，需借助各種輔助手段促進反應的進行（通常借助高溫、高壓和催化劑的作用）。一般來說，在10～20MPa、200～300℃條件下，氧氣在水中的溶解度會增大，幾乎所有污染物都能被氧化成二氧化碳和水。
濕式空氣氧化是針對高濃度有機廢水（含有毒有害物質）處理的一種污水處理技術，因而有其獨特的技術特點和運行要求。

WAO法的主要特點有：
（1）它可以有效地氧化各類高濃度的有機廢水，特別是毒性較大、常規方法難降解的廢水，應用范圍較廣；
（2）在特定的溫度和壓力條件下，WAO法對COD處理效率秀高可達到90%以上；
（3）WAO法的處理裝置較小，占地少，結構緊湊，易于管理；
（4）WAO法處理有機物所需的能量幾乎就是進水和出水的熱焓差，因此可以利用系統的反應熱加熱進料，能量消耗少；
（5）WAO法氧化有機污染物時，C被氧化成CO₂，N被氧化成NO₂，鹵化物和硫化物被氧化為相應的無機鹵化物和硫氧化物，因此產生的二次污染較少。
因此，WAO法在處理濃度太低而不能焚燒、濃度太高又不能進行生化處理的有機廢水時具有很大的吸引力。
但是，濕式氧化法的應用也存在一定的局限性：
a、WAO法要求在高溫、高壓條件下進行，系統的設備費用較大，條件要求嚴格，一次性投資大；
b、設備系統要求嚴，材料要耐高溫、高壓，且防腐蝕性要求高；
c、僅適用于小流量的高濃度難降解有機廢水，或作為某種高濃度難降解有機廢水的預處理，否則很不經濟；
d、對某些有機物如多氯聯苯、小分子羧酸難以完全氧化去除。

應用范圍
濕式氧化技術廣泛用于各類高濃度廢水及污泥的處理，尤其是毒性大，難以用生化方法處理的農藥廢水、染料廢水、制藥廢水、煤氣洗滌廢水、造紙廢水、合成纖維廢水及其他有機合成工業廢水處理，也用于還原性無機物（如CN^-、SCN^-、S^2-）和放射性廢物的處理。

8、催化濕式氧化技術
由于傳統的濕式氧化技術需要較高的溫度和壓力，相對較長的停留時間，尤其是對于某些難氧化的有機化合物反應要求更為苛刻，致使設備投資和運行費用都較高。為降低濕式空氣氧化的反應溫度和反應壓力，同時提高處理效果，在傳統的濕式氧化技術的基礎上進行了一些改進。
催化濕式氧化技術是使用高效、穩定的催化劑降低濕式氧化反應的活性能，從而在不降低處理效果的情況下，降低反應濕度和壓力。
催化濕式氧化法是依據廢水中的有機物在高溫高壓下進行催化燃燒的原理來凈化處理高濃度有機廢水的，其最顯著的特點是以羥基自由基為主要氧化劑與有機物發生反應，反應中生成的有機自由基可以繼續參加羥基的鏈式反應，或者生成有機過氧化物自由基后進一步發生氧化分解反應直至降解為最終產物CO2和H2O，從而達到氧化分解有機物的目的。
催濕式氧化法在各種有毒有害和難降解的高濃度廢水處理中非常有效，具有較高的實用價值。

9、焚燒法
焚燒法處理廢水是在高溫條件下，使有機廢液中的可燃組分與空氣中的氧進行劇烈的化學反應，將其中的有機物轉化為水、二氧化碳等無害物質，同時釋放能量，產生固體殘渣。焚燒也是利腹膜空氣中的氧來氧化廢水的一種方法，與濕式氧化不同，它只是提高反應溫度，并不提高壓力。焚燒法用于處理難生化處理、濃度高、毒性大、成分復雜的有機廢液。
有機廢液的焚燒過程是集物理變化、化學變化、反應動力學、催化作用、燃燒空氣動力學和傳熱學等多學科于一體的綜合過程。有機物在高溫下分解成無毒、無害的CO₂、水等小分子物質，有機氮化物、有機硫化物、有機氯化物等被氧化成SO_x、NO_x、HCl等酸性氣體，但可以通過尾氣吸收塔對其進行凈化處理。同時，焚燒產生的熱量可以回收或供熱。
焚燒法是一種使有機廢液實現減量化、無害化和資源化的處理技術，一般有機廢液焚燒處理的工藝流程為：
預處理→高溫焚燒→余熱回收→煙氣處理→煙氣排放
預處理主要包括廢液的過濾、蒸發濃縮、調整黏度等，其目的是為了后續的焚燒過程提供最優的條件。
不同有機廢液焚燒處理的工藝流程根據廢液性質的不軸而有所不同：對于COD值很高、熱值也很高的有機廢液，可以直接進入焚燒爐進行焚燒處理，而對于熱值不是很高的廢液，則可以添加輔助燒料幫助廢液進行焚燒；對于含水分比較高的有機廢液，可以先進行蒸發濃縮，然后再進行焚燒。當廢液中不含有害的低沸點有機物時，可考慮采用高溫煙氣直接濃縮的方法，但對于含有有害的低沸點組分的有機廢液應采和間接加熱的濃縮法。

10、電化學法
電化學法是利用直接流來進行化學反應，將電能轉化為化學能的方法。將含有電解的廢水通過電解槽，在直流電場的作用下，使其中的有害成分或在陽極氧化或在陰極還原或發生二次反應，即電極反應產物與溶液中某些成分發生作用，使污染物分別生成不溶于水的沉淀物，或生成氣體從水中逸出，從而使廢水得以凈化。
電化學法的優點：
（1）在廢水處理過程中，主要試劑是電子，不需要添加氧化劑，沒有或很少產生二次污染，可難廢水回用創造條件。
（2）能量效率高，反應條件溫和，一般在常溫常壓下即可進行。
（3）兼具氣浮、絮凝、殺菌作用，可通過去除水中懸浮物和選用特殊電極來達到去除細菌的效果，可以使處理水的保存時間持久。
（4）反應裝置簡單，工藝靈活，可控制性強，易于自動化，費用不高。
用于廢水處理的電化學技術，按除去的雜質及產生的電化學作用，可分為電化學氧化法、電化學還原法、電氣浮法、電絮凝法、微電解法等。
電化學法可用于污水凈化、垃圾滲濾液、制革廢水、印染廢水、石油和化工廢水處理中。

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