水基清洗剂废水的处理技术应用研究进展

季瑞武 周利 朱佳 冉治霖

摘 要：介绍了水基清洗剂（WBD）的主要成分、特点及其危害，对国内外已经应用或处于研究阶段的物理分离法、催化氧化法和生物处理法等处理WBD废水的方法进行了综述，并分析和评价了各类方法的应用现状和优缺点。提出了水质透析器处理WBD废水的发展方向。

关键词：废水；水基清洗剂；处理技术

引言

水基清洗剂（WBD）是ODS类清洗剂的替代品，广泛应用于机械、化工、石油、冶金、电力、纺织等各行业[1]。但WBD废水是一种较难处理的有机工业废水，若不经处理，直接排放，将会对日益恶化的生态环境造成更加严重的危害。

目前国内外处理WBD废水的方法主要有物理分离法、催化氧化法和生物处理法。文章对我国WBD废水的处理技术现状作了简要总结，并提出了全基质生活污水共代谢降解的新思路。

1 WBD废水的主要成分、特点及其危害

1.1 主要成分

WBD废水的主要污染物为阴离子表面活性剂，以直链烷基苯磺酸钠（简称LAS）为主[2]。阴离子表面活性剂是具有阴离子亲水性基团的表面活性剂，它能够减小表面张力，分散、起泡、润滑、洗涤和乳化的作用十分明显。

1.2 主要特点[3]

WBD废水的成分十分复杂，LAS和其乳化作用产生的胶体性污染物是WBD废水的主要成分，此外，废水中还含有漂白剂和油类等物质；WBD废水的 pH值约为8～11，呈碱性；由于使用功能不同，LAS的含量差异很大，含量有高达上千毫克/升，也有十几毫克/升的WBD废水；废水中的LAS易起泡。

1.3 危害

当土壤中吸附了大量表面活性剂，土壤的物理化学性质会发生显著改变，当LAS浓度高于50mg/L时，还会降低土壤中镉的可移动性和生物有效性；LAS的浓度超过1mg/L时，会产生大量的泡沫，阻碍空气与水体的气体交换过程，致使水体自净能力下降，环境中微生物受到抑制，从而影响其他有毒物质的降解；WBD废水中的LAS毒性很大，会对水生植物、动物和造成重大危害[4]。

2 WBD废水处理技术

处理WBD废水，既要求去除LAS，同时需要降低化学需氧量和生物需氧量等[5]。目前，对于WBD废水的处理，国内外已经使用或处于研究阶段的方法主要有物理分离、催化氧化和生物处理。

2.1 物理分离法

（1）泡沫分离法

泡沫分离也称为泡沫分馏，是指向废水中曝气而产生大量气泡，使表面活性剂能够吸附于气泡表面，借助浮力上升与溶液主体上方形成泡沫层，通过去除泡沫层从而达到分离LAS的目的。泡沫分离法应用较早，工艺设备简单，能够低能耗的长期稳定运行，对低浓度的WBD废水有较好的处理效果，但COD去除率低。李青娟等[6]通过泡沫分离塔对表面活性剂进行分离，结果表明，在最佳实验条件下，富集比最高可达到12.36，回收率最高可达到84.07%。

泡沫分离法的缺点是处理高浓度废水效果差，而且凝聚脱水的泡沫液所产生的残渣容易对环境造成二次污染，给环境带来负担。

（2）吸附分离法

吸附分离法是利用活性炭、硅藻土等多孔性固体吸附剂将目标污染物分离。活性炭是一种高效吸附剂，对WBD废水有很好的处理效果，常温下对表面活性剂的吸附容量可达55.8mg/g[7]。马晓春[8]利用粉煤灰作为吸附剂，研究了表面活性剂浓度为20-120mg/L的模拟废水中LAS去除的一般规律；结果发现，以CaO为改性剂的粉煤灰对LAS废水有较高去除率，处理200ml浓度为20～120mg/L的LAS废水需要改性粉煤灰20-25g，LAS的去除率可高达98%以上。

吸附分离法能够快速、稳定的处理废水，设备占地少，但处理费用比较高，吸附剂再生技术要求高，再生后吸附性能降低，对高污染负荷的废水处理效果差

（3）混凝沉淀法

混凝沉淀法是利用混凝剂使胶体失去稳定性，脱稳胶体粒子和悬浮物凝聚，然后分离去除的方法[9]。混凝剂分为无机混凝剂和有机混凝剂，在水处理中应用最多的是无机混凝剂，主要包括铁盐和铝盐及其聚合物；有机混凝剂应用较少，主要是一些高分子物质，如聚丙烯酰胺等。目前有关LAS的混凝机理还不明确，研究的重点是对现有的混凝剂进行复配使用和开发新型混凝剂。

混凝沉淀法的优点是成本低，工艺成熟，可以作为高浓度WBD废水的预处理工艺；缺点是混凝剂的投加量大，占地面积往往比较大，而且处理后的污泥和废渣量大，要彻底去除LAS需与其他方法联用。

（4）膜分离法

反渗透、电渗析、微滤、超滤、纳滤是常用的膜分离技术，其中后两者对WBD废水有较好的处理效果。薛罡[10]采用微絮凝纤维过滤-超滤-纳滤组合工艺处理洗浴废水，有效降低了废水中超标的COD、浊度、LAS，在滤速为40m/h，PAC投加量为30mg/L的实验条件下，组合工艺对废水中COD、阴离子表面活性剂LAS、去除率分别为99.2%、92.4%。

膜分离法的优点是低能耗，高效率，易于实现自动控制，缺点是膜容易受到污染，造价高。

2.2 催化氧化法

催化氧化法是一种可以快速处理WBD废水的高级氧化法，包括均相催化氧化法、光催化氧化法和多相催化氧化法[2]。

均相催化氧化法中最常见的即Fenton试剂氧化法。孙红杰等[11]采用功率超声与Fenton试剂联合的新方法降解十二烷基苯磺酸钠（SDBS），在最佳实验条件下，SDBS的降解率可达80%。

光催化氧化法是指利用光与催化剂的作用产生的·OH等自由基离子来氧化分解LAS。单建国[12]采用太阳光作光源，以TiO2/GA作光催化剂催化降解洗涤剂模拟废水，结果表明，每克TiO2/GA可以使初始浓度为150mg/L的LAS降至20mg/L。光催化氧化法能够彻底地将LAS分解为CO2和H2O，消除了二次污染，并且降解速率快，是一种行之有效的处理方法。

催化氧化法的主要缺点是催化法设备投入大，难以工业化运行且费用高。目前，催化氧化研究的关键是寻找价格低廉、性能优越的催化剂，并考虑与其它技术联合使用来处理WBD废水。

2.3 生物处理法

生物处理法是指利用微生物以WBD废水中的表面活性剂为碳源的特性来降解LAS，主要包括土壤自净法、活性污泥法和厌氧处理法。生物法的优点是耐冲击负荷能力强，设备简单，废水处理规模大，应用很广泛，一般条件下对LAS的去除率在80%以上[13]。

（1）土壤自净法

它指污染物在土壤的吸附、分解、迁移作用下通过细菌、真菌等微生物得以降解和转化。张金炳[14]以人工砂和天然砂作为渗滤介质建立复合系统，对洗浴污水进行了5个月的室内试验研究，结果表明，复合系统对化学需氧量、LAS都有较好的去除效果，其中LAS去除率达到90.86%。

活性污泥法是最普遍的好氧生物处理法。黄满红等[15]在厌氧-缺氧-好氧条件下，对LAS废水进行了相应的序批式试验，结果表明，不同泥龄条件下，A2/O系统中LAS的降解率高达99%，出水中只含0～20？滋g/L的LAS，厌氧池、缺氧池及好氧池LAS污泥吸附量分别为490～710、280～390、69～109？滋g/g。

（2）厌氧处理法

它指废水中LAS在兼性厌氧菌和专性厌氧菌作用下被分解为甲烷、二氧化碳和水等。Mariana，F·C.[16]等人利用AFBR反应器分两个阶段处理LAS废水，第一阶段反应器的运行底物不含LAS，只包括酵母提取物和乙醇，第二阶段通过投加肥皂粉使LAS浓度为14±3mg/L，经过156天反应，LAS的去除率达到48±10%。DagobertoY·Okada[17]等人利用UASB反应器对LAS进行降解，结果表明，当LAS浓度低于25mg/L时，其对产甲烷过程的抑制作用减弱，反应器中LAS的最大降解率可达76%，当污水中LAS浓度低于50mg/L时，LAS对微生物的毒害抑制作用减弱。DagobertoY·Okada[18]等人通过UASB和EGSB两种反应器研究了挥发性脂肪酸浓度对厌氧降解LAS稳定性的影响。结果发现，挥发性脂肪酸浓度越低，LAS去除率越高，在EGSB反应器中，当VFA浓度低于22mg/L时，LAS的去除率可达80%。

厌氧处理法的优点是可以避免LAS在污泥曝气池中产生大量泡沫从而导致污泥絮凝沉降力降低，缺点是不适于处理高浓度的LAS废水。处理时可以考虑与其他技术联用，以取得更好的去除效果，如已经报道的不完全厌氧-好氧法等。

3 WBD废水处理新技术探讨

水质透析器是一种多效复合式的高级膜生物反应器，它的原理是将膜分离技术中的膜组件与生物反应器相结合。水质透析器的优点是投资成本低，占地面积小，可以实现全自动无人值守运行。

生物试验证明在反应器中起主要作用的功能菌是利用共代谢机制来降WBD废水，以生活污水为初级基质，对WBD废水可获得约90%的去除率。共代谢过程最早于1959年由Leadbetter和Foster[19]提出，将其定义为在生长基质存在时微生物对非生长基质的氧化。许多研究表明总降解菌中具有完全矿化污染物能力的降解菌还不到10%[20]，因此利用微生物的共代谢过程来实现芳香化合物、卤代烃、农药等难降解有机污染物的降解是今后研究的重点。

非专一性关键酶是促进难降解有机物降解的关键因素，研究结果表明，通过选择合适的菌种和生长基质、控制生长基质和目标污染物的投加比、优化反应条件等能够提高共代谢反应的处理效果[21]。Khaled M·Khleifat[22]从污水处理厂分离出两种细菌成团泛菌和沙雷氏菌，通过加入其它碳源和氮源，两种细菌可以在72h内完全降解200mg/L的LAS废水。I.C.S.Duarte[23]等人发现，在ASBR反应器中存在共基质时，微生物对LAS的降解率可达37%。

目前关于WBD共代谢降解的研究只停留在基于宏观降解效果的推断解释中，尚未深入到细胞层面，对生物反应器中降解WBD功能菌的酶学调控机制进行系统识别是今后的主要研究方向。

参考文献

[1]曹宝成，于新好，马瑾，等.用含表面活性剂和螯合剂的清洗液清洗硅片的研究[J].半导体学报，2001，22（9）：1226-1229.

[2]冯辉霞，张娟，张婷.表面活性剂废水处理技术应用研究进展[J].应用化工，2011，40（10）：1828-1832.

[3]李轶，王栋，周集体.我国表面活性剂LAS废水的处理技术进展[J].环境污染治理术与设备，2000，l（1）：65-70.

[4]王宝辉，张学佳，纪巍，等.表面活性剂环境危害性分析[J].化工进展，2007，26（9）：1263-1266.

[5]张学佳，纪巍，康志军，等.水环境中表面活性剂的危害及其处理方法[J].石化技术与应用，2008，26（6）：581-586.

[6]李青鹃.泡沫分离法分离水中表面活性剂的研究[D].天津大学，2008，6

[7]蒋洪静，郭满囤.我国表面活性剂LAS废水的处理技术进展[J].山西化工，2008，28（1）：28-31.

[8]马晓春.改性粉煤灰处理含阴离子表面活性剂LAS废水的研究[J].城市建设，2010，（32）：384-385.

[9]姜波.表面活性剂废水处理技术的研究进展[J].黑龙汀环境通报，2010，34（1）：72-75.

[10]薛罡，高品，代学民，等.微絮凝纤维球过滤-超滤-纳滤组合工艺处理宾馆洗浴废水[J].水处理技术，2008，34（3）：57-59.

[11]孙红杰，孙道玮，孙天竹，等.超声-Fenton试剂联合降解水中十二烷基苯磺酸钠的研究[J].大连民族学院学报，2005，7（3）：54-57.

[12]单建国，朱元春，何亚明，等.阳光下TiO2/GA光催化处理洗涤剂废水的研究[J].环境科学与管理，2004，27（4）：28-31.

[13]Terzic S，Hrsak D，Ahel M. Primary biodegradation kinetics of line aralkylbenzene phonates in estuarine water [J].Wat Res，1992，26（5）：585-591.

[14]张金炳，陈鸿汉，钟佐 ，等.人工快速渗滤复合系统处理洗浴污水的试验研究[J].水文地质工程地质，2001（6）：30-32.

[15]黄满红，李咏梅，顾国维.直链烷基苯磺酸钠在厌氧-缺氧-好氧污水处理系统中的迁移转化规律[J].环境科学，2007，28（7）：1502-1506.

[16]Mariana， F. C.， Dagoberto， Y. O.， Isabel， K. S.， et al. Microbial characterization and degradation of linear alkylbenzene sulfonate in an anaerobic reactor treating wastewater containing soap powder [J]. Bioresource Technology， 2014， 167： 316-323.

[17]Dagoberto Y. Okada，Tiago P. Delforno，Andressa S. Esteves. Optimization of linear alkylbenzene sulfonate （LAS） degradation in UASB reactors by varying bioavailability of LAS， hydraulic retention time and specific organic load rate [J]. Bioresource Technology，2013 ，128：125-133.

[18]Dagoberto Y. Okada，Tiago P. Delforno，Andressa S. Esteves. Influence of volatile fatty acid concentration stability on anaerobic degradation of linear alkylbenzene sulfonate [J]. Journal of Environmental Management，2013，128：169-172.

[19]Leadbetter E R， Foster J W. Oxidation products formed from gaseous alkanes by the bacterium Pseudomonas methanica[J]. Archives of Biochemistry and Biophysics，1959，82（2）： 491-492.

[20]罗讳.难降解污染物微生物共代谢作用研究进展[J].土壤通报，2012，43（6）：1515-1521.

[21]张为，罗建中，苏德强，等.微生物共代谢降解难降解废水影响因素的研究进展.[J].2013，33（3）：9-13.

[22]Khaled M.Khleifat. Biodegradation of linear alkylbenzene sulfonate by a two-member facultative anaerobic bacterial consortium [J].Enzyme and Microbial Technology 2006，39：1030-1035.

[23]I.C.S. Duarte，L.L. Oliveira，M.S. Mayor. Degradation of detergent （linear alkylbenzene sulfonate） in an anaerobic stirred sequencing-batch reactor containing granular biomass [J].2010，64：129-134.

作者简介：季瑞武（1991-），男，山东临沂人，青岛理工大学硕士，市政工程。