难降解有机污染物的处理技术

何冬晓 丁渝权

1.日照市海洋与渔业研究院 山东 日照 276800;2.大连理工大学 辽宁 盘锦 124000

随着我国工业领域的快速发展,已经获得了世界工厂的美誉,也为提高我国经济发展做出了巨大贡献。但随着工业的发展,很多工业生产环节和人们生活所产生的有害物质对人们的生存环境产生了负面影响。如常见的多环芳烃、有机染料等等,这些物质大多都是难以简介的有机污染物,同时也具备较大的渡型、稳定性,以及复杂的结构和富集性。随着人们越来越关注生存环境,如何利用经济且安全的方式对其进行控制,避免危害周边的环境,以及利用有效的方法降解这些污染物,已经是环保领域面对的重大课题。

1 难降解有机物的涵义

目前,就我国产生难降解有机污染物的领域,主要集中在医药、印染、焦化等领域当中,而且也是对我国水体造成污染的主要污染源。而且从污染的角度来看,水体中的污染对人体、环境、生态系统造成的危害非常大,所以难降解有机污染物的治理急需安全且有效的处理技术。有机废水当中包含的难降解有机污染物的主要构成有,农药、内分泌干扰素、含硫氮有机化合物等。这些有机污染物在水体或者土壤当中很少有微生物能够将其降解,并且这些有机物融入水中则会极大的危害人体。我国传统污水治理方法已经不能有效应对当下的难降解有机污染物,目前应用的污染处理技术大多是电化学、氧化、物化、微生物等方法或者技术,这些技术大多应用比较简便,发展也相对成熟,所需治理成本也比较低,不同的有机污染物也能有针对性的使用相关处理技术。

2 难降解有机污染物的处理技术

目前,我国针对难降解有机污染物的处理技术有生物降解技术、氧化技术、物化技术。生物降解技术主要利用微生物对污染物进行降解,不同微生物对应不同类别的污染物。氧化技术当中包含了电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化技术等,实现对污染物的降解。物化法中包含了膜分离法、絮凝法、吸附法等,通过添加剂等方式降解污染物。

2.1 生物降解技术

生物降解技术顾名思义,及时通过微生物的代谢分解难降解有机污染物,进而形成无害的矿物质或者稳定的无机化合物。从微生物降解的产物而言,主要分为初级和最终生物降解。在初级降解当中,是改变有机物的化学结构,最终实现有机物物质特性的改变。最终降解当中,则是将有机物降解成为无机盐、二氧化碳、水等。从微生物分解的时间而言,则有快速生物降解、固有生物降解两种,快速降解是在确定时间当中,微生物和有机物接触展现出生物可降解的特性,固有降解则是在实验环境和条件当中,微生物和有机物基础后长时间展现出来的可降解性[1]。

酚类有机污染物的微生物降解,酚类有机污染物是来自生产酚类的工厂或者使用酚类的行业产生的废水。在已知微生物当中,能够降解酚类有机污染物的种类主要是,根瘤菌、醋酸钙不动杆菌、假单胞菌、酵母菌等。而在常见的微生物降解当中,常用的就是假单胞菌,这种微生物不仅能够实现多种氯酚的降解,而且能够对氯苯、硝基苯、多环芳烃等实现微生物降解。

卤代有机污染物的微生物降解,卤代有机污染物主要是农业药剂使用后的残留,其中包含了杀虫、除草等,也有油漆、溶剂的使用残留。卤代有机污染物比碳氢化合物有更强的疏水性、稳定性和底水溶性,所以微生物降解更为困难。所以卤代有机污染物只能在特定环境下,通过微生物产生的酶才能将其进行转化。而且卤代有机污染物有三致效应,特别是卤代硝基苯类的污染物更是具备急性毒性,一旦被排放到水中,那么就会造成鱼类、藻类快速死亡,如果人类长期在此类污染物环境下,将会导致高铁血红蛋白症、贫血症。所以,为了有效降解此类污染物,反应条件等因素的探索研究在快速发展当中。同时,微生物形成菌群之后,也具备一定的集群协同效果,能够发挥出更强的效果。

芳香族类有机污染物的微生物降解,该类污染物在石油化工、电子、纺织造纸等行业中都有出现。一般在自然环境当中,苯环的结构导致其降解比较困难,需要利用氧化酶才能降解。降解此类有机污染物的氧化酶主要有两类,苯环羟基化加氧酶、苯环切割化加氧酶。一般此类污染物的降解是下氧化酶和氧气的作用下,逐渐形成邻苯二酚以及其它代谢中间体,最后在开环酶和氧气的作用下,形成直链分子进而再次分解后进入TCA循环。

2.2 氧化降解技术

氧化降解技术主要利用了氧化的方法完成难降解有机污染物的降解,目前比较常见的技术包含了电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化技术等。

电化学氧化法中包含了直接、间接氧化技术,该技术的主要原理是将有机溶液等置入电解槽当中,然后通入直流电,利用阳极高电位夺取电子,把有机物氧化,或者将金属例子从低阶转化为高价,再将有机物氧化。另外,在直接氧化过程中,电极材料、图层等对反应效率有很大影响。目前,电化学氧化降解技术的探索方向主要是在,电极材料、使用寿命,电催化活性,还有减少电极的污染以及电解发生器的开发等。同时也需要深入考察整个电化学氧化法中的电流密度、温度、酸碱值、电解质浓度、反应时间等对最终反应效果的影响,从而深入探索该技术。在工艺方面,也需要不断完善可生化性后的预处理以及深度氧化处理。

湿式氧化法中包含了湿式空气氧化和空气催化氧化两种,其原理是把有机污染物当中的悬浮物和有机物,在液态的情况下混合氧气,然后升温到177-315摄氏度,内部压力在3.5-10Mpa条件下,使有机物进行氧化降解。湿式催化氧化则是立足湿式空气氧化法,为了降低温度和压力条件而加入催化剂,降低降解污染物的能耗,提升反应效率。催化剂一般包含了过度金属、贵金属、盐类等,而催化剂的载体则需要具备一定的耐水性,对应酸性、碱性的污染物的时候,用的催化剂载体也不一样,常见的载体有活性炭、硅胶等,催化剂于反应液的混合模式有固定床、流化床模式。湿式氧化法主要应用在反应器中,比较适合处理高浓度、高毒性的污染物,在反应当中释放的热量回收后能够构建进水预热环节。目前,该工艺在处理难降解有机污染物的过程中无法完全降解,但其优点在于工艺操作管理方面比较简便且成本低廉。但随着该工艺的不断优化和探索,在未来的使用范围会逐渐扩大[2]。

超临界水氧化技术主要是利用新型氧化的技术降解污染物,其原理是利用超临界水的特性,通过氧气把有机污染物分解成水、二氧化碳、小分子化合物[3]。一般而言,超临界物质大多用的都是水,而且超临界水能够实现有机物、氧气的融合,所以在这个反应当中不会出现反应速率过低的现象。同时,超临界状态高温条件下,超临界水的氧化反应能够快速、完全的降解水里的有机物。但在具体应用当中,超临界水氧化法需要非常高的工艺,其中的反应器要具备承受高温、高压等条件,最终的应用成本非常高。而这种处理技术所展现出来的特点被很多研究人员关注,并且在探讨通过融入催化剂缩短时间、提升效率、降低成本的可能性。

2.3 物化降解技术

物化降解技术当中,膜分离技术是我国之前就应用的分离技术,而且该技术具备节能、高效的特点。目前,该技术普遍应用在气体分离、工业污水处理等领域,同时在难降解有机污染物处理方面也显出巨大的潜力,众多研究人员也在进行不断的探索和研究,而且已经有部分成果进入应用环节[4]。例如膜分离技术结合光催化激素,首先利用TiO光催化废水,然后再将废水利用超滤膜进行过滤,这样就能达到比较好的降解效果,而且经过处理之后的印染行业的有机废水,其中有机物总量少于1.5g/dm。另外,通过液膜分离还原结合技术,在处理含硝基苯的废水过程中,先转化硝基苯为苯胺,然后再利用微乳液膜实现水中有机物的分离,这种处理效果非常明显,而且也达成了彻底处理硝基苯的目的。但是膜分离技术当中用的膜材料,其生产合成非常复杂,成本高、条件高,所以该技术还无法大面积的推广普及。

絮凝处理技术是利用絮凝剂融入难降解有机污染物当中,产生沉淀、静电、吸附、络合、螯合等作用,从而实现降解污染物的目的。一般使用絮凝法降解污染物的过程中,因为需要絮凝剂量大,而且所产生的降解效果性价比不高,所以在具体应用较少。但是电絮凝技术通过电化学、气浮等多种技术进行耦合,能够实现效果和性价比的提升。

吸附法在污染物处理当中比较常见,其机理是在处理高浓度难降解有机污染物的过程中,有选择性的加入吸附剂,利用吸附的效果降低污染物浓度。但在具体应用当中,却不能实现完全降解污染物,而且在处理过程中也容易引起二次污染。所以吸附法经常配合其它降解技术使用,目前吸附法常用在降解处理的预处理环节,为后续环节降低降解负荷。

3 结语

综上所述,随着我国科技的快速进步,难降解有机污染物的处理技术也在不断发展,尤其是具有针对性降解技术的去污效果明显。很多技术虽然操作简单、成本低廉,但不能有效实现污染物的降解,有的效果好,但成本高或者操作不易,而面对越来越多的难降解有机污染物,这就需要不断开发新的处理技术,或者使用多种技术来实现污染物的降解,满足环境治理的需求。