废水处理应用

　　废水是指居民活动过程中排出的水及径流雨水的总称。它包括生活污水、工业废水和初雨径流入排水管渠等其它无用水，一般指经过一定技术处理后不能再循环利用或者一级污染后制纯处理难度达不到一定标准的水。

氨氮废水处理

　　氨氮是以游离氨(NH₃)和铵离子(NH₄⁺)形式存在于水中的氮。水中的氨氮来源有很多，除生活污水和垃圾渗滤液外，还来源于钢铁、炼油、化肥、鞣革、石油化工、玻璃制造、饲料生产等工业废水的排放。

　　氨氮是导致水体富营养化的主要因素，会引起水体中的藻类及微生物大量繁殖，使水体中的溶解氧急剧下降，导致鱼类及其他水生生物缺氧死亡。对水质造成严重影响。另外，氨氮在水体中经过硝化作用会产生亚硝酸盐和硝酸盐，长期饮用这类水会诱发高铁血红蛋白症;当水中的亚硝酸盐氮含量过高时，能够与蛋白质结合形成一种强致癌物质——亚硝胺，对人体造成严重危害。

　　过量的氨氮对废水的处理及回用造成了严重影响，寻求经济GX的去除氨氮方法对人类生活及生产具有重大意义。

　　1、生物法

　　生物法是利用各种微生物的协同作用，通过氨化、硝化、反硝化等一系列反应使废水中的氨氮Z终转化为氮气排放从而去除氨氮的方法，主要包括传统硝化反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化等工艺。高浓度的氨氮对硝化过程有YZ作用，因此生物法常用来处理含有机物较多但氨氮浓度相对较低的废水，对采用生物法处理高浓度废水的研究较少。

　　生物法处理氨氮废水结果稳定、处理费用较低、不产生二次污染，但受温度影响较大，低温情况下处理效率低，同步硝化反硝化和厌氧氨氧化等工艺对高浓度氨氮废水的处理效果较好，但其作用机理尚不明确。需对其工艺条件进行进一步研究。

　　2、吹脱法

　　吹脱法利用碱性条件下水中氨氮主要以游离氨存在的特性，向水体中通入气体使气液之间充分接触，水中的游离氨穿过气液界面向气相转移，从而达到脱除水中氨氮的目的，通入的气体常用空气和蒸汽，常见设备为吹脱塔。

　　吹脱法主要用于对高浓度氨氮废水的预处理，其脱氮效率较高，但处理过程中需要通入大量蒸汽，能耗大;释放出的氨气会造成二次污染，需强酸吸收废气;设备易结垢。

　　为解决这一系列问题，在吹脱工艺中引入了超声波技术。超声辐射与水体作用能够产生空化效应。游离氨在这一特殊作用下热解为氮气和氢气，空化效应下水处于超临界状态，使氨气的传质速度加快，更易从废水中吹脱去除;吹脱产生的气泡亦可促进卒化效应。

　　3、化学沉淀法

　　化学沉淀法是20世纪90年代兴起的一种处理氨氮废水的方法，通过向水中加入化学药剂，使氨氮转化为沉淀物质，比较成熟的一种技术为MAP法，即磷酸铵镁法。主要用于处理高浓度氨氮废水，其反应原理为：

Mg²⁺+NH₄⁺+PO₄^3-+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓

　　化学沉淀法操作简单易懂，对氨氮的去除率高，沉淀物不仅是一种农业肥料。还可作为灭火剂进行灭火，但沉淀剂在水体中引入的余磷易造成二次污染。化学沉淀法的主要影响因素为pH，在处理废水时需根据实际情况进行pH调节，增加了处理成本。

　　化学沉淀法主要用于处理可生化性差的高浓度氨氮废水，但近几年的研究表明，此方法对低浓度氨氮也有一定去除能力，但受初始氨氮浓度的影响较大。

　　4、折点氯化法

　　折点氯化法是将氯气通入氨氮废水中，利用次氯酸将氨氮转化为氮气排放，从而去除氨氮。在通氯过程中，水体中氨氮的浓度随着氯气通入量增加而降低，将氨氮浓度降为0的一点称为折点，此时水体中的游离氯离子的含量也Z低。其反应方程式：

2NH₄⁺+3HCIO→N₂+3H₂O+5H⁺+3CI^-

　　折点氯化法处理效果稳定，不受水温影响，适用于较低浓度氨氮废水的处理，常作为深度处理方法与其他氨氮废水处理方法联用，但液lv储存和使用的要求较高。同时产生的副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。

　　5、膜分离法

　　膜分离法是利用特定膜的透过性能对溶液中的某种成分进行选择性分离，可在室温、无相变的条件下进行，主要包括电渗析、反渗透、超滤及渗析等工艺。

　　膜分离法处理氨氮废水效率高、耗能少、处理结果稳定，但在处理过程中膜易被污染，使系统处理压力过高，出现渗漏等问题，需定期对膜进行反洗，增加了处理成本，针对这一问题，如何开发耐污染性强、产水性能优、使用寿命长的膜材料将是未来研究的基本方向。

　　6、离子交换法

　　离子交换法是利崩固相对水中的氨氮进行吸附并释放出等价离子的原理进行氨氮脱除。常用的同相有沸石、树脂、活性炭等。斜发沸石是一种天然的硅铝酸盐矿物质，对氨氮具有很高的吸附性能和离子交换性能，在我国分布广、储量大、成本低廉，常用于处理氨氮废水。

　　离子交换法工艺简单、操作方便、占地面积小，但在处理过程中，需对原水进行预处理、并对吸附相进行解吸再生，产生的再生液也必须进行处理。否则会造成二次污染。

　　7、氧化法

　　①催化湿式氧化法

　　催化湿式氧化法(CWAO)是在传统湿式氧化法中加入适宜的催化剂。使废水中的氨氮氧化分解为CO₂、H₂O和N₂等无害物质，达到去除氨氮的目的，常用于对较高浓度氨氮废水的处理。

　　催化湿式氧化技术的核心是催化剂的选用。多组分复合催化剂对氨氮的脱除率高，非贵金属催化剂在处理过程中易溶出造成二次污染。贵金属催化剂没有这一问题，但价格高，因此，如何制备GX经济的催化剂是催化湿式氧化技术亟需解决的问题。

　　②电化学氧化法

　　电化学氧化法利用电能使游离氨转化为氮气排放，有直接氧化和间接氧化两种方式，影响电化学氧化法的因素主要为电流密度和氯离子浓度。

　　电化学氧化法处理氨氮废水不产生二次污染、操作简单，但在处理过程中消耗大量电能，处理成本较高。

　　③光催化氧化

　　光催化氧化利用光敏半导体作为催化剂。光辐射可以激发半导体产生电子一空穴，空穴与O₂和H₂O共同作用产生羟基白南基，对氨氮进行氧化。常用的半导体材料为TiO₂。

　　电催化氧化法反应条件温和、选择性好、不受氨氮浓度限制，技术难点在于如何控制氧化生成N₂，避免氧化产物NO₂^-和NO₃^-的生成，具体的机理和反应影响冈素仍在进一步研究之中。

造纸废水处理

　　一、造纸废水概述

　　造纸行业排放的废水含有大量的纤维素，木质素，其COD值很高，非常难进行降解。其废水还同时含有各种各样的化学物质，成分十分复杂，造纸废水属于难处理的特种废水。

　　在我国，造纸行业排放的工业废水量占全部工业废水量的1/6，由此可见我国的造纸废水污染极为严重。根据造纸工艺，在不同的阶段产生的废水不同，制浆造纸废水大致可分为蒸煮废液、制浆中段废水和抄纸废水三大类。

　　二、造纸废水特点

　　1、蒸煮废液

　　蒸煮废液是制浆蒸煮过程中产生的超高浓度废液，该段废液十分难以处理，其包括碱法制浆的黑液和酸法制浆的红液。我国现阶段大部分造纸厂都采用的是碱法制浆，所排放的黑液在整个制浆过程中排放的污染物中属于浓度Z高、色度Z深的废水，呈棕黑色。

　　蒸煮废液几乎集中了制浆造纸过程中产生的90%的污染物，其中含有大量木质素和半纤维素等的降解产物、色素、戊糖类、残碱及其它溶出物，其排放量相对其他两种废液较小，每生产1 t 纸浆大约能够排黑液10 t，但是该种废液难以进行处理。

　　2、制浆中段废水

　　制浆中段废水是经黑液提取之后，是蒸煮浆料在洗涤、筛选、漂白以及打浆中所排出的废水。这部分废水水量较大，每吨浆大约能够产生50～200 t的中段废水。中段废水的污染量约占8%～9%，COD负荷310 kg左右，含有较多的木质素、纤维素等十分难以降解的产物、还包括有机酸等有机物，大部分有机物都属于可溶性的COD。

　　3、抄纸废水

　　抄纸废水又称白水，是在纸的抄造过程中产生，主要含有细小纤维和抄纸时添加的填料、胶料和化学品等，这部分废水的水量较大，每吨纸产生的白水量100～150 t，但是该种废水的污染物负荷较低，其有机物难溶于水，以不溶性COD为主，易于处理，在回收纤维的同时可以回用处理后的水。

　　三、造纸废水的主要处理方法

　　根据造纸废水的特点，其处理工艺主要采用物化法和生化法，采用化学的方法主要采用一些絮凝沉淀及膜过滤工艺，化学方法主要采用高级氧化技术。生物的方法包括好氧生物处理法和厌氧生物处理法，其中好氧生物处理法主要包括活性污泥法，生物膜法。

　　厌氧处理主要包括厌氧生物滤池、上流式厌氧滤池、升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧流化床(AFB)、厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)以及厌氧浮动生物膜反应器(AFBBR)和厌氧折流板反应器(ABR)等。

　　对于造纸废水，由于其自身性质复杂，难以降解，因此单一的处理方法不能达到很好的效果，因此在实际应用中多采用组合工艺的形式，将不同的处理方法进行组合，能够得到较好的处理效果。

　　MBR作为一种组合工艺，将传统的生物处理技术巧妙的与膜过滤处理工艺相结合，通过膜过滤技术可以很好的将微生物截留在反应器内，防止生物处理过程中生物的流失，同时通过膜过滤技术，可以很好的提高出水水质，基本能够实现造纸废水的达标排放。

　　造纸废水中的有机物主要被微生物消耗利用转化成小分子的无机物，而反应器中的膜则可以将大分子的生物难以降解的物质进行截留去除。

电镀废水处理

　　一、电镀废水的来源及分类

　　电镀废水的主要来源有：

　　1、各类镀件漂洗废水，约占车间废水排放量的80%。在清洗镀件表面的附着液时，会将污染物带入水中。

　　2、镀液过滤用水和废镀液，约占车间废水的10%，浓度高，污染大。

　　3、由于设备渗漏、工艺操作管理不善以及工艺流程的安排等原因造成的“跑、冒、滴、漏”的各种废水。

　　4、冲洗废水，冲刷地坪、设备和地板等。

　　5、化验室的废水以及废水处理过程中的自用水。

　　根据电镀的种类以及不同的电镀工艺，常把电镀废水分为几类：①前处理废水;②含铬废水;③含氰废水;④混排废水;⑤综合废水。

　　二、电镀废水的危害

　　重金属废水主要来自于镀层漂洗废水、过滤的镀液和废弃的电镀液。重金属废水主要分为含铬废水、含镍废水、含铜废水和含锌废水，它们有以下危害。

　　1、铬离子

　　含铬电镀废水中主要有三价铬和六价铬。

　　三价铬(Cr³⁺)是生物必须的微量元素，能够激活胰岛素，但如果存积在肺里，则会对肺产生损害，三价铬毒性是六价铬的1%。但是三价铬镀液在电镀过程中不稳定，因此很难被广泛应用，而在废水处理中要先将六价铬还原成三价铬。

　　六价铬对人体的危害更大，其毒性是三价铬的一百多倍，可以在人、动物和植物体内累积并富集。六价铬接触皮肤后会有过敏反应，会损害呼吸系统，会造成咽喉充血，引起萎缩性咽喉炎，还会损伤内脏。

　　2、镍离子

　　镍主要损害人体的大脑、脊髓以及五脏器官等，其毒性主要表现为YZ酶系统的活性，皮肤过敏的人长期接触镍盐会产生皮疹，甚至出现溃疡症状。电镀工人受到镍及镍盐的危害主要表现为镍皮炎。

　　镍被广泛的应用到电镀行业中，镀液中主要成分是氯化镍和硫酸镍等，属于贵重金属，所以电镀车间回收使用镍电镀液的次数较多，导致排放的含镍废水中镍离子浓度较高。

　　3、铜离子

　　铜是人体所必需的微量元素之一，但体内的铜超过一定量时会导致铜中毒，会损害消化系统，导致意识不清。

　　人体接触高浓度铜化合物时，可出现皮炎和湿疹等症状，人一次误服2～4g 可溶性铜盐会导致死亡，铜盐对肝肾和静脉的损害很大，还能使红细胞损伤而导致血管溶血。若含铜废水进入农田后，铜也会在土壤中富集，使土质恶化，还会被植物吸收，污染作物，Z终通过食物链传到人体中。

　　4、锌离子

　　锌是人体必需微量元素之一，人体每天从食物中摄取10～15mg 锌，会形成锌蛋白贮存在肝里，供给肌体生理反应。但误食过量的锌会引发肠胃炎、腹膜炎等，严重的就会导致休克、死亡。用含锌废水灌溉农田，会导致土壤中的微生物数量减少、作用减弱。锌是电镀中使用Z广泛的金属之一，已经基本能实现无氰镀锌，危害性大大降低。

　　三、电镀废水处理技术

　　电镀废水的处理在国内外普遍受到重视，下面对我国目前电镀行业采取的废水处理方法技术进行简要的介绍。

　　1、化学沉淀法

　　化学沉淀法是向废水中加入沉淀剂，使废水中的游离或络合重金属离子转变为不溶于水的沉淀物，从而达到重金属与废水分离的目的。其中包括氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法。

　　2、化学氧化法

　　化学氧化法处理重金属废水主要用于破除重金属络合物，使用氧化剂破除络合剂对重金属的络合作用，使络合态的重金属离子变成离子态，再进行下一步的处理方法。

　　3、化学还原法

　　治理含铬废水时Z常用到化学还原法，是用化学还原剂将高价金属离子还原为没有毒性或毒性较低的低价金属离子或者单质，并使重金属离子以沉淀的形式与废水分离。其方法就是在废水中加入焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁等还原剂使六价铬离子还原成三价铬离子，然后再加入NaOH 或石灰乳沉淀分离。

　　4、吸附法

　　吸附法的原理是采用活性炭、硅藻土等多孔性固体物质将重金属离子吸附在其表面而从废水中去除的一种方法。这些吸附剂具有较强的吸附能力，同时还有一定的过滤能力，主要用于含氰废水和含铜废水的处理。

　　5、膜分离法

　　膜分离法是指通过特定膜的渗透作用，借助外部能量或化学位差对不同组分的混合液进行分离或富集，因膜孔径和耐压性能不同，分别处理含不同颗粒大小杂质的废水。膜分离法常分为微滤法(MF)、超滤法(UF)、纳滤法、电渗析法(ED)和反渗透法(RO)等技术。

　　6、离子交换法

　　离子交换法是利用离子交换树脂( 或是其他材料合成的离子交换剂) 对重金属离子进行置换，去除重金属离子达到纯化的目的。Z常见的阳离子交换树脂是带有磺酸基(-SO₃H)的强酸型交换树脂和带有羧酸基(-COOH)的弱酸型交换树脂。

　　7、生物法

　　电镀前处理废水和部分重金属废水中含有有机污染物，需要利用生物法降解有机物。常用厌氧处理技术、膜生物反应器联合去除COD和氨氮等。该方法在国内得到了较大的推广和应用，并逐步应用到了工业废水处理领域。

电镀废水处理工艺

　　电镀废水的成分非常复杂，不同企业，其电镀液配方、产品及其他生产原料均有区别，使得排放的废水水质不尽相同，但是，就一般电镀企业而言，其排放的生产废水水质大致相同。

　　电镀废水中主要污染物有铜、镍、锌等金属及其络合物、F^-、SS、酸、碱、有机物等，个别电镀企业废水中还含有Cr⁶⁺、CN^-等危害性极大的污染物。电镀企业除了正常的生产废水外，还有少量高浓度废液或母液需要处理，其污染物的成分与生产废水类似。

　　综合分析电镀企业废水、废液的水质及排放情况，电镀废水处理一般按同类合并、分类收集、分别处理的思路进行，分类明细见下表。

　　1、络合废水

　　络合废水中主要污染物为铜离子的络合物，如Cu²⁺与NH₄OH、EDTA等形成稳定的络合铜，一般靠投加酸碱中和的方法不能去除。对络合废水的处理首先要破坏络合物，采用溶度积比络合物稳定常数更小的沉淀剂，使其与金属离子形成更稳定的沉淀物，从废水中分离出来，达到去除的目的。

　　常用破络的化学药剂有Fe盐、Na₂S等，因为S^2-属于排放标准中严格控制的污染物，因此Na₂S只能作为辅助的破络剂，严格控制其投加量。

　　常用络合废水处理工艺见下图。

　　2、含氟废水

　　电镀企业Pb-Sn废水中含有大量的氟硼酸根(BF₄^-)、Pb²⁺和Sn²⁺，其中Pb²⁺和Sn²⁺，通过投加碱液，调节pH值生成沉淀物去除，氟硼酸根形成氟化物沉淀去除。

　　常用含氟废水处理工艺见下图。

　　3、含氰废水

　　含氰废液一般都回收处理，只有清洗废水中含有少量氰(CN^-)，常用碱性氯化法破氰(络合氰)。

　　常用含氰废水处理工艺见下图。

　　4、含铬废水

　　含铬废水中，铬主要以Cr⁶⁺的形式存在，在酸性的条件下，投加还原剂将Cr⁶⁺还原成Cr³⁺，然后调节pH至碱性，生成氢氧化铬沉淀去除，常用的还原剂有亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁等。

　　常用含铬废水处理工艺见下图。

　　5、高浓度有机废水

　　化学清洗、显影、脱膜等工序排放的废水中COD含量很高，甚至达到10～20g/L，显影和脱膜废水呈碱性，pH≥13，一般呈现蓝色，该部分高浓度有机废水通常采用酸析法处理。

　　在酸性条件下，废水中的感光膜、清洗剂会析出，形成浓胶状聚合物，经固液分离去除，再把pH调至弱碱性，加入混凝剂，经沉淀进一步降低废水的COD值。

　　常用高浓度有机废水处理工艺见下图。

　　6、废液或母液

　　一般电镀企业产生的废液，约占总废水量的0.5%左右。废液中大部分具有回收利用价值，例如浓酸、浓碱可用来调节废水处理中废水的pH值，节省运行费用，其他废液及预处理产生的污泥，由专业公司回收再利用。

　　7、低浓度清洗废水

　　低浓度清洗废水一般占总水量的85%左右，因此，该部分废水是电镀废水处理的主体，其他种类废水经预处理后，与低浓度清洗废水混合再处理，达标排放出厂或回用。

　　常用混合废水处理工艺见下图。

　　设置离子交换工段主要是考虑到电镀药剂配方复杂且保密，络合剂和表面活性剂对氢氧化铜的沉淀有影响，增加离子交换柱，可进一步去除废水中的铜离子，尤其是络合铜离子，确保排放水质达标。

　　8、废水处理工艺的自动化

　　自动控制在电镀废水处理中起着重要作用，电镀废水处理操作工序复杂、投加药品众多，采用自动化控制程序，可以避免一些人为的不利因素、可以准确控制投加的药剂量而不造成浪费、可以减少操作人员节省运行费用，因此，电镀废水处理应尽可能的采用自动化程序控制，确保整个处理工艺流程正常运行。

　　电镀废水成分复杂，不同电镀企业其产生的废水水质均有差异，因此，在进行电镀废水处理设计时，应详细分析废水水质，有条件的情况下，可先进行小试或中试，确保采用的处理工艺可行、可靠。