化工废水的处理及研究进展

周 彤，马健伟，张赛男

（1.东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318；2.大庆油田第八采油厂 第二油矿,黑龙江 大庆163000）

1 处理化工废水的重要性

在我国现阶段的经济建设中工业的发展尤为重要，在发展工业的过程中会产生很多环境问题，如果化工废水随意排放会造成我国环境的污染，不利于社会的可持续发展。因此，在化工废水的处理尤为重要，国家必须加大力度，才有可能保证生态环境的优态，实现稳定的发展。

1.1 水资源利用率

化工废水的处理不只能保证环境的维持，还能提高对水资源的利用率，以此解决我国水资源短缺的问题[1]。处理化工废水包括过滤，净化以及控制废水中的微生物种类和有害物质的去除，实现水资源的重复利用。重复利用的水可以用于施肥，浇花，冲洗厕所等，使水资源发挥出更大的价值，以此提高水资源的利用率。

1.2 保护农作物及水生物

化工废水是由于工业生产而产生的废水。因此，化工废水有很多是具有强酸性或者强碱性的。当化工废水直接排入环境会导致环境的急剧恶化，同时会使土地出现结块等现象，严重危害农作物和水生物的生长健康。对化工废水进行处理能降低化工废水的酸性或碱性，起到对土地和水体的保护作用。所以想要使农作物以及水生物健康的生长，必须要加强处理化工废水的意识。

1.3 推动社会的发展

处理化工废水能减小对环境的危害和污染。想要保护生态环境必须及时对化工废水进行处理，清理化工废水中所含的有害物质，才能逐渐实现人与自然的和谐相处。处理化工废水同时还能筛选出有用或者有价值的物质进行二次利用，能提高我国的经济，推动社会的发展。

2 化工废水的类型及特点

化工产业是一个多样、复杂的产业，因此，化工废水一般都成分复杂，有机物浓度高。化学化工的不同分类主要是由于原材料来源的不同。其来源大体分为煤化工，石油化工和其他行业。行业之间也是相互交叉的。化工废水主要来源为以下几点[2]：

（1）冷却水使用后的排污水。

（2）冷凝水、回用水和除盐水等等。

（3）某特定工艺中排放的废水。

（4）生产和运输过程中化学物质流失，形成废水。

各个行业的化工废水除了有成分复杂，难降解的共性外，还各有特点。煤化工[3]产生的化工废水是由于气化、焦化和液化中的冷凝，分馏以及洗涤。这种废水的特点是水量比较大，硫化物、杂环烃和芳香烃较多；石油化工产生的化工废水是天然气或者石油通过催化裂解、重整、合成和精制等工艺得到原料的过程中产生的。石化废水大[4]部分含有有毒有害的有机物，成分复杂、浓度高而且难降解，生物表面会有浮油的附着，导致生物缺氧，污染环境；精细化工是[5]化学和石油工业的深加工，种类较多、用途广、附加值高而且产业的关联度也高，领域广阔包括日化用品、医药、农药、食品添加剂等日常用品和新材料、航空航天等高新技术。精细化工产生的废水中污染物很多都是毒性高、难降解的，比如氯代硝基苯、杂环有机物以及氯代苯胺，容易在生物体内富集，对生物系统产生抑制作用，是一种典型的化工废水。

3 常见的处理方法及进展

一般来说，化工废水由于其成分复杂性和难降解性，使用单一的处理方法处理后的废水难于达到排放标准，经常需要与其他工艺进行耦合。一般情况下，处理化工废水主要包括物理法、化学法、生物法和物理化学法。

3.1 物理法

用物理法处理化工废水主要包括离心分离、重力沉淀和过滤等方法。物理法的目的是通过一些物理作用分离化工废水中不溶于水的物质，并且在这个过程中物质的化学性质没有变化。离心分离是由于物质密度不同，受到的离心力不同，沉降效果也会有所不同，从而达到分离的目的，这种方法处理的水量较大、密封性好而且占地面积小[6]；重力沉淀是向化工废水中加入沉淀剂，让废水中的悬浮小颗粒发生凝结，然后因为重力作用发生自发的沉降，以此达到分离效果，操作方便、工艺简单；过滤是通过外力作用使化工废水固液分离。根据拦截的物体颗粒物的原理不同，分为表面过滤和深层过滤。过滤常用的材料主要有石英砂、核桃壳、橡胶颗粒和金刚砂等[7-9]。

用物理法处理化工废水操作方便、效果稳定、设备简单又造价低廉，被用于去除废水中的悬浮物、油类物质及漂浮物。但是物理法并不能很好地去除化工废水中的可溶性有机物，因此，物理法一般被当做预处理技术置于处理前期[10]。传统方法的这些弊端，近些年研究者的研究也有所避免，磁分离技术、非平衡等离子体技术。声波技术等相继出现，丰富了处理化工废水的方法。

3.1.1 磁分离技术 近几年磁分离技术作为新兴技术被人们所关注。在处理废水时加入混凝剂和磁种，在两者的协同作用下，反应生成颗粒，颗粒迅速凝结，使密度差增大，由此加速悬浮物的分离。通过外加的磁场吸引有磁性的物质，实现分离[11]。Yasuzo Saka[12]等人利用磁分离技术改善污泥沉降，在处理废水的过程中加入Fe3O4粉末，使活性污泥带有磁性，以此对污泥进行回收利用。

3.1.2 膜分离技术 膜分离技术是指选择透过性膜在外力或者化学位差的作用下，分离提纯不同粒径的混合物[13]。这种技术应用面款，适应性较强。Pi[14，15]等人用纳滤膜提取麻黄素，经过处理后的废水COD在100mg·L-1左右，此时的溶液就可以被直接回收了。

3.2 化学法

用化学法处理化工废水包括电化学氧化、混凝、高级氧化、中和等方法。主要机理是利用化学反应去除化工废水中溶解态的有机物和污染物。电化学氧化法是在有电流作用时氧化有机物，或者利用阳极反应产生的物质间接氧化。这种方法的操作简单、占地面积小，但是耗能大效率低[16，17]；混凝是指向化工废水中加入某些药剂使胶粒凝聚，在吸附架桥等作用下形成稳定的大颗粒，由重力作用实现固液分离[18，19]；中和法是向化工废水中加入药剂使废水的酸碱性降低，转成中性。

不同于其他方法，用化学法处理化工废水能快速的去除废水中的有机物、重金属离子、色度、污染物等，但是化学法的成本较高而且会有可能发生其他副反应，可能会发生二次污染。近些年利用湿式催化氧化、芬顿法等高级氧化处理有机物，效果明显[20，22]，但是目前还是实验室研究，还没有投入于正式工程。

3.2.1 化学氧化法 向废水中投加氧化剂比如HClO、Cl2、O3等来氧化难降解有机物，以此达到处理目的的方法是化学氧化法。于秀娟等人用O3-生物活性炭的工艺处理废水，处理结果较为理想。Shang[23]等人分别利用O3、O3/紫外的方法处理含有甲基丙烯酸甲酯的半导体废水，实验发现，O3处理对去除率的提高有明显的效果。

3.2.2 电化学氧化法 用电、磁、声、光等无毒试剂通过催化氧化来处理废水的方法是电化学氧化法。这种方法在生物难降解领域非常有效，是水处理领域热门的研究方向。Zhou[24]等人把含镍的纳米TiO2当做催化剂处理甲基橙废水，实验结果发现，效果较好。在紫外光照射2h后，甲基橙废水的色度去除达到了96.3%。

3.3 生物法

用生物法处理化工废水是通过微生物的代谢繁殖将废水中的有机物转化为CH4、CO2和H2O等无害的物质，可以分为好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术。不同于其他处理方法，生物法处理化工废水在技术高效性、资源回收性、经济可行性等方面优势都较为明显，因此，生物法是现在国内外最常用的处理方法[25-28]。

3.3.1 好氧生物法 好氧生物法主要包括生物膜法和活性污泥法。生物膜法是指生物膜和废水接触，利用生物膜对废水中有机物的吸附作用和氧化作用对废水进行处理。活性污泥法是利用活性污泥中含有的悬浮生长的微生物对无废水进行处理。褚兆晶[29]等人利用好氧生物法对高浓度有机废水进行处理，COD的去除率非常高，达到99%，取得的效果理想。相比之下，生物膜法的处理效果没有活性污泥法的处理效果好。但如果把两个方法联合使用，对水处理的效果应该有个较大的提升。

3.3.2 厌氧生物法 厌氧生物处理主要是利用厌氧微生物对废水中有机物的降解作用去除废水中的污染物。Santos[30]等人利用生物法处理印染废水。试验后得出结论，COD 从 634mg·L-1降到 2.790mg·L-1，BOD 则从 360mg·L-1升为 972mg·L-1，B/C 大大提高，生物的可生化性变高，处理效果比较理想。

3.3.3 固定化生物技术 利用化学法或者物理法把游离态微生物固定，以此保持微生物的活性和生长繁殖条件，这种技术就是微生物固定技术[31]。刘荣荣[32]等人研究了固定化生物技术对印染废水的处理，发现微生物能保持较高的生物活性，能高强度的固定细胞，使废水的固液分离效果变好。刘春芳[33]通过调查发现在焦化废水和高NH3-N废水的处理中，固定化细胞技术已经在工业试验和中试试验中应用。

3.4 物理化学法

物理化学法处理化工废水有膜分离、萃取、吸附等方法。膜分离中又包括反渗透作用和超滤。反渗透是根据压力差的不同分离污染物和废水；超滤的作用主要为筛选和截留。膜分离法没有二次污染，但是对膜的清洗是一个问题，因此，这种方法的成本比较高，在国内应用并不广泛[34]；萃取是指由于化合物在两种不相溶的溶剂中溶解度不同，将其中一种溶剂的化合物转移到另一种溶剂中，重复操作多次可提取出绝大部分的化合物；吸附法是在化工废水中应用最广泛的一种方法。使用的吸附剂都有较高的表面活性和较大的比表面积，废水中的一些污染物通过吸附。沉降从废水中分离。常用的吸附剂有粉煤灰、膨润土、活性炭等[35]。

4 问题与展望

最近这些年国内外的研究学者对处理化工废水方面进行了大量的研究，也取得了较多的进展。有些处理技术在实验室阶段显示出了较好的处理效果，但是由于其实验研究和实践脱节或者成本高的其他原因还暂时无法运用到实践上。例如光催化氧化技术就由于其载体的选择困难、运营成本高、MBR技术的能耗高、氧化剂分离等原因而无法应用到实践；超临界技术由于对材料、设备和工艺的要求很高以至于现阶段只能在实验室实现。化工废水的成分复杂、生物难降解而且水量很大。面对越来越严格的水质达标的要求，只借助一种水处理技术处理废水很难达到标准。因此，想要搞笑的处理化工废水可以考虑联合其他学科。我国在研究时可以吸收国外的一些先进的技术，把光、电、、化学、物理、生物、声等学科上的技术运用起来。

从社会的发展趋势以及社会的效益出发，推进节水和清洁生产型工艺，加强水的循环，增多水的二次利用率，实现废水的零排放是一种发展趋势。建议政府也能在环保理念宣传、企业治理监管、法制制定以及资金方面加强工作，加大支持，这样才能逐渐实践经济与环境、人与自然的协调发展。