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化学工艺在废水处理的应用

2018-12-18 09:34 来源:废水处理论文 人参与在线咨询

摘要:废水是社会经济发展、生产生活进步的产物,其对生态环境造成了严重的破坏。废水中的病原体污染、耗氧污染物、有毒污染物都会对生产生活造成威胁。利用化学工艺进行废水处理可以高效地降低污染废水的排放量,保护生态环境。化学工艺处理废水的技术类型多样,电化学技术、声化学技术、微波化学技术都能够对废水进行高效处理,且不容易形成二次污染。主要针对化学工艺在废水处理中的应用进行研究。

关键词:化学工艺;废水处理;低碳环保

生产废水、生产污水是废水的主要种类,废水对生态环境的危害十分严重,需要选择科学高效的方式对废水进行处理,降低废水对生态环境的危害。其中,化学工艺就是处理废水的主要技术之一。在进行废水处理时根据废水不同的状态与性质选择合适的化学工艺处理技术。

1废水的种类与危害

废水主要是指人们在生活生产中排水的水体以及径流雨水的总称,废水包括生活污水、工业废水与流入排水管渠等其他无用水。通常是指经过一定技术处理后无法再次循环利用的水体。生活污水是人们生活中使用过并且被生活废料所污染的水质,生活污水通常不具有有毒物质,但是却十分适合微生物的繁殖,带有一定的病原体,对人体有一定的危害;工业废水是在经济生产行为中所形成的废水,包括生产废水、生产污水,其中生产废水是在工业生产过程中没有直接参与生产工艺,没有被生产原料、半成品等原料污染的水体。生产污水是指在工业生产中直接参与形成,并且被生产原料、半成品等原料污染的水体。废水对生态环境有着严重的威胁,主要表现在以下几个方面。

1.1病原体污染

生活污水、屠宰场、医院等场所排出的废水往往带有大量的病原体,例如病毒、寄生虫等。水体在遭受病原体的污染后则会传播疾病,霍乱、病毒性肝炎等都是病原体传染的常见疾病。病原体污染物在水体中数量庞大、存活时间长、繁殖速度快、容易产生抗药性,难以彻底灭绝。

1.2耗氧污染物

工业废水中常常含有大量的碳水化合物、蛋白质、油脂等,这些物质漂浮或溶解在废水中,可以通过微生物的生物化学作用进行分解,而在分解中需要耗费氧气,因此被称为耗氧污染物。这一污染物会导致水中溶解氧含量降低,对鱼类和其他生物的正常生长造成影响。如废水中的溶解氧被消耗完毕,则有机物进行厌氧分解,形成硫化氢、硫醇等异味气体,造成水质进一步恶化。

1.3有毒污染物

有毒污染物主要是指进入生物体后能够累积到一定数量并且使得水体组织出现生化与生理功能变化,导致病理状态,甚至威胁到生命。有毒污染物主要包括:(1)重金属汞、镉、铅、钴、钡等元素,其中重金属汞、镉、铅的危害极大,并且不易在自然界小时,会被食物链吸收富集,甚至直接作用于人体引发疾病;(2)无机阴离子中的亚硝酸根离子;(3)有机物质,如酚类化合物、苯酚等,毒性极高。

1.4石油污染物

石油污染物的污染是水体污染的重要原因之一,尤其是近海水域和河口水域。石油是烷烃、芳香烃的混合物,进入水体后会产生多方面的危害。例如,在水体上形成油膜,影响水体复氧作用进行。如黏附在鱼鳃上会导致鱼类窒息;如黏附在藻类、浮游类生物上会导致生物死亡。

2化学工艺在废水处理中的应用

2.1化学工艺在废水处理中的原则

废水类型多样,在运用化学工艺进行废水处理时需要严格遵循相关原则,以保证化学技术应用的合理性与科学性,避免造成废水的二次污染。

2.1.1要遵循条件利用原则

在运用化学工艺进行废水处理时要了解废水的构成、废水的性质、主要污染物的化学性质、具体含量,并且在这一基础上对企业排放的废水进行分流处理,利用现有条件尽可能地提升废水处理效果。

2.1.2废水分类处理原则

不同类型废水中所含的物质均有所不同。如不同种类的废水进行混合则会产生不同的化学反应,造成二次污染。基于此,为了避免废水混合造成的二次污染,在废水出来的过程中需要对废水进行分类处理,针对不同类别的废水选择合适的化学工艺进行处理。

2.1.3废水分离处理原则

在利用化学工艺处理废水时,需要将废水与居民生活用水进行严格的独立分离处理,避免在废水排放处理的过程中对居民生活用水造成污染。

2.2化学工艺在废水处理中的应用

2.2.1电化学技术在废水处理中的应用

电化学技术即为在特定的电化学反应设备中,通过设计得出的电极反应以及由此出现的一系列化学反应、电化学过程,使得废水中的污染物进行降解转化。电化学技术处理废水的装置设备相对简易,占地面积小,日常使用维护成较低,能有效避免废水处理后的二次污染,可控性良好,十分适合工业自动化过程。电化学处理技术不会受到生物毒性的影响,因此可以作为高毒性、高腐蚀性有机物的处理技术,也可以作为生物处理技术的预处理,使得高毒性的大分子化解为小分子有机物,提高生物处理技术效率。电化学技术还可以将电子作为化学反应剂,以电场能为反应推动力,不需要额外使用化学试剂,从而避免二次污染的出现[2]。常见的电化学处理技术主要有:①电絮凝法。利用废水在直流电的影响下,铁或铝阳极失去电子后溶解在水中形成铁离子或铝离子,经过水解后形成氢氧化铁与氢氧化亚铁等微絮体就能够起到絮凝的作用,吸附水中的污染物。在电解过程中阳极所形成的中间产物,如原子态氧、羟自由基等,对废水的有机污染物也能够起到一定的降解作用。废水中污染物质颗粒被极化、电泳,并且在两极形成强氧化与强还原反应,使得水溶性污染物被还原或氧化为低毒、无毒物质。②电化学氧化法。电化学氧化法使得废水在电极上形成直接或间接的电化学反应,从而消除废水中的有害物质。电化学氧化法可以分为直接电解与间接电解:直接电解是指污染物在电极上直接被化学氧化或还原能去除。直接电解包括阳极过程与阴极过程,阳极过程是指废水中污染物在阳极表面氧化、转化为低毒性的物质,去除污染物。阴极过程即为废水中的污染物在阴极表面还原被去除;而间接电解则是电化学形成的氧化还原物质作为反应剂,使得污染物转化成为低毒性物质[3]。间接电解分为可逆过程与不可逆过程。可逆过程是指氧化还原物在电解过程中可以通过电化学再生以及循环利用;而不可逆过程是指通过不可逆电化学反应所形成的物质,例如强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、过氧化氢等物质氧化的过程。例如,在印染废水的处理中电化学氧化法就有着无可比拟的优势。印染废水的水量大、色度深、水质复杂,同时其中的高浓度悬浮物质与胶质固体会阻碍电化学反应,使得电化学反应困难。而使用电化学氧化法则能够有效处理印染废水。Kim[1]所设计的流化床生物膜-化学絮凝-电化学氧化法的化学工艺组合能够有效处理印染废水,COD去除率高达95.6%,色度去除率高达98.6%。

2.2.2声化学技术在废水处理中的应用

声化学主要是运用超声波加速化学反应,提升产率的一项技术。声化学技术处理废水是利用超声空化效应所带来的高温高压,使得污染物在这一状态下全部氧化降解。生化学技术处理废水的效率优势明显,但反应装置较为复杂,并且有高温引起废水温度上升,使得声化学技术废水处理的冷却系统复杂,从而提升了废水处理成本。超声技术处理废水中的有机污染物的整体反应过程与有机物高温焚烧处理过程十分接近,但该技术会把污染物从水中进行富集处理,也不会被有机物种类与品种所影响,是一种处理废水有机污染物的高效方法。例如,声化学技术在处理油气田废水时就是在频率处于16~100MHz的声波影响下,液体在极端状态下形成自由基,在对废水污染物进行氧化破坏的同时超声波在液体介质中形成“空化现象”,“空化现象”即为超声波的周期性波动,对液体介质产生收缩舒张作用,使得空化气泡出现、增大最后崩溃,“空化现象”的过程在10μs内全部完成,气泡在崩溃的瞬间周围空间形成瞬间高温与高压,释放巨大能量以消除废水中的有害物质[4]。声化学技术降解消除废水中的有害物质十分有效,尤其对于高浓度难降解的,有机污染浓度高的废水能够起到理想的作用。声化学技术不仅可以单独使用还能够与其他废水处理工艺结合使用,具有良好的发展前景。然而声化学技术处于废水仍然处理初步研究阶段,还需要进一步考虑其实用性与协同性。

2.2.3微波化学技术在废水处理中的应用

微波化学技术是废水处理中的创新技术之一,是一种可以广泛应用的废水处理技术。微波化学废水处理技术相对于传统废水处理技术其创新之处在于“极性分子理论”,利用微波对水中的不同物质进行选择性分子加温,使得水中物质的分子被选择性的加温,直至超过1400℃高温,进而有力推动废水中物质的催化、固体的凝聚作用,以达到处理废水污染物质的目的。微波对废水中的重金属分子具有强烈的吸附与凝聚作用,对水中的有机物质具有一定的氧化破坏效果、还原效果以及灭菌效果[5]。微波化学技术的优势在于水中的物质分子在被微波处理后能够把微波能直接转变为热能,同时不会将新的污染物带入废水中,进一步节约了微波化学处理技术的综合耗能。微波化学处理后的废水可以全部实现回收使用,从而全面实现废水处理的高效性、环保性与节能性。

3结束语

总的来说,在未来社会经济发展过程中,废水处理技术的发展方向必然是低碳环保节能。如何进一步提升废水处理的技术,实现绿色、高效、环保、节能是废水处理中需要高度关注的问题。只有做到绿色低碳废水处理才能够使得废水处理更好的服务生产生活。化学工艺凭借着其技术优势已经被普及应用在废水处理中,电化学技术、声化学技术、微波化学技术都能够对废水进行高效处理,保护生态环境。

参考文献

[1]张铭栋,顾平,董丽华,等.新型吸附材料在放射性锶废水处理中的应用进展[J].化工进展,2017,36(11):4142-4150.

[2]赫国胜,李勇,孙慧,等.超滤在镀铜漂洗废水回用处理中应用的工程实例[J].电镀与涂饰,2017,(23):1278-1283.

[3]牛友德,张敏,任备战.电石法PVC含汞废水处理工艺的开发研究与应用[J].中国氯碱,2017,(11):34-36.

[4]殷维.高中理化反应在污水处理中的应用—以大连市东达集团马栏河污水处理厂为例[J].工程技术:全文版,2016,(11):282.

作者:王金辉 单位:南水北调中线干线工程建设管理局河南分局

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