浅论能源富集区工业污水的处理及水污染防治

杭思宇

（榆林学院，陕西榆林719000）

浅论能源富集区工业污水的处理及水污染防治

杭思宇

（榆林学院，陕西榆林719000）

能源富集区能源的开采、能源化工企业的生产作业是该区域水污染的主要因素.本文以榆林地区为例，简单阐述能源富集区污水的来源、成因、主要污染物的成分等，针对该地区的污水特点，提出了水解—好氧生物处理工艺和高级氧化的污水处理方法，简单分析了不同处理方法的特点；最后结合能源密集区的实际情况，提出针对该区域的水污染防治对策，力求能源富集区走上可持续发展道路.

能源富集区；工业污水；水污染防治；可持续发展

1 引言

陕北地区是我国黄土高原的中心部分，主要包括陕西省的延安市和榆林市，因地处陕西北部而称之为陕北，东临黄河，西接甘肃、宁夏地区，北部是毛乌素沙的南缘，并且是我国能源资源的主要富集区域之一，石油、天然气、煤炭等储量非常丰富，其中神木府谷境内的“神府侏罗纪煤田”被称为世纪第七大煤田.30多年以来，榆林地区源源不断地向全国各地贡献自己的资源而成为产能大市，在“一带一路”这一伟大经济发展战略的影响下，其将会成为“丝绸之路”经济带上最有影响力的城市之一，西气东输，西煤东运等国家战略将会进一步带动该地区的经济发展.然而该地区自然生态环境非常脆弱，加之国家在能源密集区的重工业崛起使得该地区的生态环境被严重破坏，表现出生态脆弱区域和能源密集区域的空间重叠性.

陕北能源密集区域主要集中在干旱和半干旱地区，其年均降水量基本小于500mm，极度缺乏水资源.然而煤矿中的岩溶水作为主要的水资源之一，已经遭受了不同程度的破坏.并且随着煤化工产业的发展，该地区的工业污水和废水排放量急剧增加，约占总污水排放量的90%左右，境内大大小小的河流，如洛河、无定河、延河等也遭受不同程度的水质污染，主要流域的水质基本被评定为Ⅲ类，部分较为严重的断面已经出现了Ⅳ、Ⅴ类水质[1].由于石油的过度开采，造成石油开采污水的不达标排放甚至危及某些地区的地下水水质安全；大量的泥浆水和钻井废水基本都是简单处理后排放附近的低洼处，开采结束的开挖基坑仅仅经过简单掩埋，暴雨冲刷后大量的污水涌入附近河流或渗入地下水，对当地的水资源造成极其巨大的破坏.因此，采用经济、合理的资源开发技术，坚持环保和发展同时进行的理念，积极采用高效、节能的处理技术是在环境脆弱地区发展能源工业的必经之路.本文主要以榆林地区为典型，简单阐述能源富集区工业污水的处理及水污染防治.

2 污水处理技术及防治方法

根据文献报道，山西大同、保德、河曲、偏关，陕西榆林的神木、府谷，内蒙古的乌海、鄂尔多斯、准格尔旗、乌兰察布以及宁夏石嘴山等地区，位于黄河流域周边的区域均被称为“污染黑三角”地带，这些区域严重威胁当地生态环境系统以及人身健康[2].能源富集区工业污水的主要来源主要包括以下三个方面：（1）煤矿开采期间，各种废物堆放以及开矿过程中地质环境的变换所带来的污染物下渗而引起的地下水污染；（2）气体、液体以及固体污染物在处置过程中带来的环境污染；（3）一些污染物如硫化物、氟化物等原先就存在于矿产中，在开采过程中溶于水中而成为污水.根据污水的特性以及来源分析，污水中主要成分为：氟化物、挥发性酚类化合物、硫化物、铁离子、亚硝酸盐、TDS、COD、亚氯酸盐、镁离子，此外Pb、Hg、As、铵盐、硝酸盐以及Cu也出现在某些污染地区[3].

2.1 工业污水处理技术

工业污水处理主要可分为物理法、化学法、物理化学法以及生化法.污水处理方法的选择是污水经济、高效处理的关键所在.在选择污水处理方法之前必须充分了解污水成分以及污染物的形态.污水中污染物的形态的无非是悬浮状态、溶解状态、胶体状态三种，一般来讲，悬浮态较容易去除，只需要简答的格栅或其他物理方法就可达到较高的去除效果，而胶体和溶解态的污染物较难处理.而对于污水成分的分析，则需要借助仪器如GC-MS、荧光分析、分光光度计等手段确定污水中污染物的成分，从而找到合适的处理方法.一般来说，对于有机污水先过滤去除悬浮物质以及部分的COD、BOD，再通过好氧生物处理去除污水中大部分COD、BOD，而对于节能以及能够回收沼气的时候，一般采用厌氧法，特别是针对高浓度的有机废水，厌氧法表现出极其惊人的去除率；对于一些B/C比较低的污水，一般采用高级氧化的方法作为污水处理的首选.下面针对能源密集区的污染特点，简述几种常用的污水处理方法.

2.1.1 水解（酸化）—好氧生物处理工艺

水解-好氧工艺主要分为水解厌氧段和好氧段，两者的结合与传统的好氧生物处理相比，具有能耗低、停留时间短和污泥产量少的特点[4].水解反应将大分子物质，难生化降解的物质降解为易生化降解的物质，其主要分为两个阶段：（1）水解阶段，在发酵菌所分泌的胞外酶参与下，有机颗粒物转变为低分子溶解性化合物，蛋白质降解为氨基酸，碳水化合物转变为溶解性糖等；（2）酸化阶段，在水解阶段产生的溶解性化合物被发酵细菌所吸收，经过酸化经过酸化被分解成简单的有机物，如挥发性脂肪酸、乙酸、乳酸和无机物CO2、H2、NH3、H2S等.酸性发酵由很广的细菌种进，大部分是专性厌氧菌，也有兼性的，并可通过氧化途径代谢有机物.水解（酸化）反应器集沉淀、吸附、网捕和生物絮凝等物理化学过程，以及水解、酸化等生物降解过程于一体，这些过程在水解酸化反应器中得到了强化.其工艺还可分为以下几种：水解（酸化）—活性污泥工艺；水解（酸化）—接触氧化工艺；水解（酸化）—氧化塘工艺；水解池内加填料和好氧软性填料相结合的接触氧化工艺；水接触—A/O或A2/O工艺等

水解工艺对后续好氧工艺具有重大的影响，产物基本为小分子有机物，改变了原污水的可生化性，减少了后续反应时间和能耗，并且污泥量相对传统活性污泥法大大减少，该阶段的COD平均去除率能够达到40%-50%.厌氧水解酸化反应与好氧工艺结合在一起，与传统好氧生物处理相比较，具有能耗低、停留时间短和污泥产量少的特点.该工艺已经广泛应用于城市污水和工业废水.针对能源密集区环境较为脆弱的特点，采用这种低能耗、低污染、高效的处理方法是改善能源密集区水污染现状的选择之一.

2.1.2 高级氧化处理工艺

高级氧化技术又可称之为深度氧化技术，主要的技术方法主要有Fenton法、臭氧氧化法、光催化法、超临界氧化法、超声氧化法以及电催化氧化法等.该技术主要是利用具有强氧化能力的羟基自由基（·OH）直接与污染物发生反应将其氧化成小分子，最后继续氧化成二氧化碳和水.Fenton法现如今已广泛应用于高浓度有机废水的处理，随着H2O2的加入，在Fe2+的催化作用下产生大量的羟基自由基（·OH），虽然羟基自由基（·OH）的寿命比较短，但其超强的氧化能力和效率已经足够产生一系列的链式反应，从而达到降解有机物的目的[5-7].目前国内外学者一直在致力于寻找一种更为高效的过渡金属来替代Fe，从而获得更为高效的催化能力，考虑到H2O2的价格问题，一般将Fenton法与其他方法联用，在高效处理污染物的同时能够最大程度地控制成本.

半导体光催化法近几年已经逐步应用于实际的工程案例中，该处理方法采用无毒无害的半导体金属，通过紫外光或者太阳光的照射产生大量的羟基自由基（·OH），同样也是利用羟基自由基（·OH）的强氧化性达到处理污水的目的.目前应用最为广泛的是TiO2金属，其可应用在污水的处理、空气的净化、玻璃幕墙的防尘等，已经在日本等国家大范围推广使用.其作为一种新型的处理手段，能够很好地适应资源节约、无二次污染的处理理念，是一种值得推广的处理方法.

臭氧氧化法主要有两种途径处理污水中的有机物，一种是类似于其他的高级氧化技术，利用其产生的羟基自由基（·OH）与污染物发生反应，将大分子有机物降解为小分子；另一种是臭氧的直接氧化.有研究表明臭氧在氧化过程中的反应速率与羟基自由基（·OH）的浓度有着直接关系，及羟基自由基（·OH）氧化是臭氧氧化的主要途径[7].然而臭氧发生器价格较高并且易发生损坏，因此处理成本较高.目前应用较多的是将臭氧氧化与其他技术联合使用，如紫外光—臭氧氧化，该联合技术比单独的臭氧氧化表现出更高的处理效率，并且大大降低了处理的成本.还有一些其他的高级氧化技术由于存在着运行不稳定、运行成本高昂等问题而没有大范围的推广使用.总的来说，针对能源富集区的污染特点，采用多种工艺联合处理的方法，有目标的去除水中的污染物，将能够更经济、高效的处理污染物.

2.2 水污染防治要点

针对榆林地区水污染现状，在采用经济、高效的污水处理技术的同时，更为重要的是要从根源上改变目前的水污染现状，主要的防治要点有：（1）提高企业的环保意识，必须做到环保配套设施和生产工艺的同时设计、同时施工和同时投产使用，适度改革生产工艺，节约水资源，最大限度地减少污染物的排放，通过生产工艺的改革，企业产生的废水和废物大幅度减少，充分体现了发展和环保两不误的理念；（2）针对目前能源密集区粗放型的发展方式，改变为集约型的发展方式，试验区域企业的可持续发展；（3）发展循环经济理念，大力发展废水资源的循环利用是水资源匮乏区域可持续发展的必由之路；（4）必须综合协调和系统优化各种水污染防治措施，用系统分析的方法，整体布局的理念，实现工艺改革和无害化处理、分散处理和集中处理、自然净化和人工处理的原则.

3 结论

主要针对能源密集区域水污染现状，指明经济、高效以及无二次污染的水处理技术是该区域应积极倡导的处理技术，并且水污染防治的主要思想应从末端治理转移至源头控制，通过采用系统分析的方法，整体布局的理念，工艺改革和无害化处理、分散处理和集中处理、自然净化和人工处理，最终实现能源密集区域的经济可持续发展.

〔1〕郭军权,杨治国.陕北地区能源开采与生态环境可持续发展中存在的问题与对策[J].安徽农业科学,2011,39(19):11674-11675.

〔2〕李忠峰,蔡运龙.榆林市土地治理成效与面临问题分析[J].干旱区资源与环境,2007,21(12):151-155.

〔3〕唐健生，韩行瑞，时坚，刘德深.黄河中上游能源基地岩溶水污染特征与防治对策[J].中国岩溶,1996,15(1-2):102-108.

〔4〕排水工程（第四版）—下册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

〔5〕丁正丹，张洪林.高级氧化技术在难降解有机废水中的研究及应用[J].化学与黏合,2010,32(2):72-75.

〔6〕李花,沈耀良.废水高级氧化技术现状与研究进展[J].水处理技术,2011,37(6):6-9.

〔7〕吴晴，刘金泉，王凯，张景志，邢林林.高级氧化技术在难降解工业废水中的研究进展[J].水处理技术,2015,41(11):25-29.

〔8〕卢炎秋，等.恩施市水环境容量确定研究[J].湖北民族学院学报(自然科学版)，2013（01）.

〔9〕徐明.用于水处理的纳米技术和纳米材料[J].西南民族大学学报(自然科学版)，2015（04）.

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