有机废水处理技术概述

张嫱嫱

(天津长芦海晶集团有限公司，天津 300450)

随着科技水平的不断提高，我国工业化水平大幅提升，社会经济呈现出欣欣向荣的发展态势，然而在这样美好的发展前景下却隐藏着许多隐患。连续的生产过程会用到大量的水，这些水资源经过工业使用后往往含有许多难处理的有机物，当这些有机废水必须要被排入外界环境中时，很可能就会因为处理不彻底而引起严重的污染问题，严重的甚至还会对人体健康造成负面影响。为此，发展高效有机废水处理技术对于环境保护和社会进步有着十分重要的意义。

1 有机废水的来源、组成及危害

有机废水主要来源于印染、造纸、制药、焦化、金属冶炼、石油加工等行业生产过程，主要污染物包括卤代烃、芳香族化合物、杂环化合物以及部分硫化物、氮化物、重金属和一些有毒物质。这类废水具有成分复杂，污染物浓度高、毒性大，可生化性差、COD值高、含盐量高、酸碱性强等特点[1]，极易引起水体和土壤污染，破坏自然生态平衡，危害人体健康，影响社会可持续发展。

2 有机废水处理技术

现阶段针对有机废水的处理技术有许多种，按照处理原理的不同，主要分为三类：物化法、化学法和生化法。

2.1 物化法

物化法主要包括吸附法、萃取法、膜分离法、混凝法、气浮法、离子交换法、电解法等。

2.1.1 吸附法

吸附法利用多孔固体材料吸附废水中的污染物，常用的吸附剂包括活性炭、粉煤灰、硅藻土、膨润土、沸石、大孔吸附树脂和一些高分子吸附材料。吸附法操作简便，不仅能有效去除废水中的重金属和难降解有机物，还能去除色度和异味、降低废水COD值。侯芹芹等[2]以超细研磨的粉煤灰为吸附剂，对含有甲基橙、碱性品红、酸性品红和孔雀石绿等有机物的模拟印染废水进行处理，发现粉煤灰对这些有机物具有良好的吸附效果，去除率可达97%以上。Shi等[3]研究了膨润土负载纳米铁(B-nZVI)对于电镀废水的处理效果，结果表明B-nZVI能有效去除废水中的重金属离子，Cr4+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的去除率分别为100%、100%、92.7%和59.4%。吸附法主要的缺点是吸附剂价格昂贵，同时存在吸附剂再生困难和二次污染问题，因此，其应用受到一定限制。

2.1.2 萃取法

萃取法利用有机物在水和溶剂中溶解度不同的性质，使用萃取剂将污染物从废水中萃取出来。赵文生[4]等以三辛胺为络合剂、正丁醇为稀释剂，采用络合萃取的方式处理高浓度苯酚废水，结果表明苯酚络合萃取率最高可达99.82%，可以实现废水中苯酚的完全回收。萃取法操作简易、成本较低，同时还能实现对于部分资源的回收，然而一些萃取剂毒性较大、易溶于水或容易挥发，极易造成二次污染，因此选择适合的萃取剂和萃取条件尤为关键。

2.1.3 膜分离法

膜分离法利用具有选择透过性的半透膜对废水进行处理，将污染物从废水中分离出去。常用的膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤、电渗析、反渗透、膜蒸馏、渗透汽化等[5]。程仁振等[6]采用陶瓷膜—反渗透工艺对电镀废水进行深度处理，最终废水的COD和TDS均能达到《城市污水回用设计规范》中的冷却水回用标准。王彬等[7]采用多效膜蒸馏技术对含有二甲基亚砜的化纤废水进行浓缩回收，结果表明多效膜蒸馏过程可以高效节能地回收化纤废水中的二甲基亚砜，在适宜条件下，回收率可达99.6%以上。膜分离法设备简单、操作方便，处理范围广、无二次污染，既能处理高浓度有机废水，还能对废水中的有用物质进行回收。然而该方法成本较高，且半透膜耐腐蚀性较差，膜通量随工作时间的延长逐渐下降，容易引起膜组件的堵塞和损坏，进而影响处理效果。

2.1.4 混凝法

混凝法通过在废水中投加絮凝剂，破坏废水中胶体和颗粒物的稳定性，使之相互聚合并形成沉淀，进而可从废水中除去。常用的絮凝剂有氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化硫酸铝铁、聚丙烯酰胺等。刘羽等[8]选用三氯化铁作为混凝剂对采油废水进行处理，废水COD去除率最高可达72.9%。混凝法应用比较广泛，可单独用于废水预处理、中间处理及深度处理过程，能有效降低废水中的污染物浓度、提高废水可生化性，也可与其他方法联用，提高处理效果。但该方法的使用会产生大量的化学污泥，易造成二次污染。

2.1.5 气浮法

气浮法通过采取一定方式在水中产生大量气泡，使之粘附废水中密度接近于水的固体或液体污染物微粒，形成气浮体后浮上水面，从而将污染物从水中分离出来。气浮法分为很多种，如充气气浮、电解气浮、化学气浮和溶气气浮等，当废水中悬浮物含量较高时常采用化学气浮[9]。该方法主要用于有机废水的预处理过程，操作简单、维修方便且投资较少，但是对于废水中可溶性有机物的去除效果并不理想。

2.1.6 离子交换法

离子交换法利用离子交换树脂置换废水中带有相同电荷的离子从而达到废水处理的目的。朱晓燕等[10]采用离子交换树脂吸附废水中的三乙胺，实验表明，选择合适的离子交换树脂能很好地去除废水中的三乙胺，在静态和动态吸附条件下，三乙胺的去除率分别达到96.3%和99.5%。离子交换法具有设备简单、净化效果好、处理效率高的优点，不仅能去除废水中有机物和重金属，还可对部分物质进行资源化回收[11-12]。然而离子交换树脂交换容量有限，其再生过程需要使用大量的化学试剂，易造成二次污染，此外该方法成本较高，不适合大规模使用[13]。

2.1.7 电解法

电解法利用电流的电解作用将污染物转化为CO2和无机离子，该方法操作简单、脱色效果好，能有效提高废水的可生化性，但因其需要消耗电能，因此运行成本比较高。

2.2 化学法

化学法主要有铁炭法和高级氧化技术。

2.2.1 铁炭法

铁炭法以铁或含铁物质为阳极，以含碳物质为阴极，在酸性介质中形成微小的原电池，利用Fe-C间的微电化学反应以及电极引起的吸附、混凝、沉淀等作用净化废水中的污染物。铁炭法常被用于难生物降解有机废水的预处理过程，其处理效果主要受到废水pH值、反应停留时间、铁炭比、固液比、铁屑和炭粒粒径、通气量、温度以及内电解材料和组合方式的影响[14]。研究表明，铁炭法能明显脱除废水中的氯[15]，大大提高含硝基苯[16]、DMF和DMAC[17]等有机废水的可生化性。铁炭法设备简单、操作方便、处理成本低、适用范围广、易与其他方法联用，然而铁屑在酸性介质中长期浸泡后容易板结，形成沟留，造成铁炭之间的微电解过程的中断，从而影响处理效果[14]。

2.2.2 高级氧化技术

高级氧化技术利用氧化活性极强的自由基降解废水中的有机污染物，最终可将污染物转化为CO2、H2O和一些无机离子。高级氧化技术包括光催化氧化法、臭氧氧化法、Fenton氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法等，其中最常用的是臭氧氧化法和Fenton氧化法。

臭氧氧化法利用臭氧的强氧化性将废水中的大分子有机物氧化为小分子，同时在处理过程中臭氧可自发分解，不会造成二次污染。研究表明，臭氧氧化法可有效降低废水COD值，同时对印染废水等一些高色度废水的具有良好的脱色效果[18-19]。臭氧氧化法环保高效，不仅能改善有机废水的可生化性，同时还可对污水进行消毒。然而该方法运行成本较高，且对反应具有较强的选择性，同时臭氧对于有机物的矿化能力受臭氧量和反应时间的影响十分明显，因此该方法的应用受到了一定限制。为提高臭氧氧化的处理效率，研究人员将过氧化氢、紫外光以及金属催化剂等引入到反应体系中，发展出了UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3、催化臭氧氧化法等技术，不仅可以提高废水处理的反应速率，同时还能有效增强对于污染物的降解能力。

Fenton试剂是一种同时含有Fe2+和H2O2的溶液，其中Fe2+作为催化剂，与H2O2反应后可产生具有极强氧化能力的·OH，Fenton氧化法正是利用Fenton试剂的强氧化性对废水中的有机物进行氧化。仙光等[20]采用Fenton法处理强碱性电镀有机废水，结果表明该方法能够充分提高电镀废水的可生化性，COD去除率最高可达75%。Fenton氧化法具有设备简单、操作条件适宜、适用范围广等优点，但其存在处理成本较高、易产生大量含铁污泥、H2O2利用率低、有机物矿化不彻底等缺陷。为解决这些问题，研究人员对其进行了改进，发展出电-Fenton、超声-Fenton、光-Fenton、紫外-Fenton、微波强化Fenton、超声-光-Fenton、光-电-Fenton、非均相纳米催化-Fenton等技术，这些技术已在印染废水、煤化工废水、皮革废水等有机废水的处理中取得了一定进展[21-22]。

高级氧化技术是一种清洁有效的有机废水处理技术，但是该方法存在处理成本高、对反应具有选择性、处理速率低等缺点。近年来为提高高级氧化法对于有机物的氧化效果和处理速率，研究人员将多种高级氧化技术进行联用，如UV-Fenton法[23]、O3+Fenton+UV法[24]、UV光催化湿式氧化法[25]等，利用氧化剂之间的协同作用进一步提升了对于有机污染物的降解效果。

2.3 生物法

生物法利用微生物将废水中的有机物氧化分解，使废水得到净化。生物法分为好氧生物处理法、厌氧生物处理法和好氧—厌氧组合处理法三种类型，当废水中的有机物含量较高时采用厌氧法处理效果更好。目前使用较多的生物处理方法包括活性污泥法、深井曝气法、序列间歇活性污泥法、生物流化床法、上流式厌氧污泥床法、水解酸化法、生物膜法、光合细菌处理法、固定化微生物法等技术，这些方法在有机废水处理中取得了良好的应用效果。

2.4 组合处理技术

单一的废水处理技术虽能降解废水中的部分有机物，但处理效果并不十分理想。为进一步提升有机废水处理效果，在实际应用中常会将两种或几种技术进行组合使用。例如，赵大为等[26]对农药生产过程中产生的苯胺废水进行处理时发现，以聚合氧化铝作为混凝剂单独处理废水时，COD和色度的去除效果较差，而将其与Fenton法联用后，废水处理效果得到提升，在最佳条件下，COD和色度的去除率可达83.6%和94.8%。何锦垚等[27]采用臭氧催化氧化—曝气生物滤池(BAF)组合工艺对抗生素生产废水二级生化废水进行深度处理，结果表明臭氧催化氧化可提高废水可生化性，使用该组合技术对废水进行处理后出水水质明显优于单独BAF工艺出水。

3 结论与展望

文章概述了多种常用的有机废水处理技术，并对其优缺点进行了简单分析。由于有机废水成分复杂，依靠单一的方法难以实现废水的完全达标排放，因此在实际过程中常将多种技术联合使用。随着科技的不断进步，未来有机废水处理技术必将得到进一步发展，不同技术之间也会实现更好融合。但与此同时也应该意识到，对于有机废水的处理不能只依赖后续的处理技术，各工业生产企业还要通过不断优化现有生产工艺和加强源头控制以减少污染物的排放，并且通过加强废水资源回收利用促进我国经济的绿色、环保、持续发展。