治理化工废水污染物的方法与措施

（一）水体污染物的治理原则

1.水污染指标

为了防止水体污染，净化人类生活环境，保障人体健康，很多国家通过立法颁布各类水污染指标，用来衡量水体受污染的程度，也是控制和检测水处理设备运行状态的重要依据。在工程实际中，采用以下几个综合水质污染指标来描述。

（1）p H值。表示水体的酸碱性。水体受到酸碱污染后，水中的微生物生长受到抑制，降低了水体的自净能力，腐蚀水下建筑物、船舶、水处理设备等。

（2）生化需氧量（BOD）。表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，单位mg/L。通常在20℃下，5天时间来测定BOD指标，用BOD5表示。

（3）化学需氧量（COD）。在严格条件下用强氧化剂（通常用的有K2 Cr2 O7、KMnO4等）氧化水中有机污染物所消耗的游离氧的数量，单位为mg/L。COD越多，表示水中有机物多。用K2 Cr2 O7作为氧化剂时，记作CODCr；以KMnO4作氧化剂时，记作CODMn。

（4）总需氧量（Total Oxygen Demand，简称TOD）。表示有机物完全被氧化时，C、H、N、S分别被氧化为CO2、H2 O、NO2和SO2时所消耗的游离氧的数量，单位为mg/L。

（5）总有机碳（Total Organic Carbon，简称TOC）。表示水体中有机污染物的总含碳量，单位为mg/L。

（6）溶解氧（Dissolved Oxygen，简称DO）。表示溶解水体中氧分子的数量，单位为mg/L。DO值越小，表示水体受污染程度越严重。

（7）有毒物质。表示水体中所含对生物有害物质的数量，如氰化物、砷化物、汞、镉、铬、铅等，单位mg/L。

（8）大肠杆菌群数。表示单位体积水中所含大肠杆菌群的数量，单位为个/L。水体中一旦检测出有大肠杆菌，说明水已受到污染。

2.水体污染的治理原则

首先，是清洁生产过程，改革生产工艺，一水多用，进行综合利用和回收。尽量不用或少用易产生污染的原料、设备和工艺，将生产过程中产生的污染物减少到最低；尽可能采用重复用水及循环用水系统，使废水排放量减至最少；尽可能回收废水中有价值的物质，减少污染物，降低生产成本，增加经济效益。

其次，加强操作管理，控制污染。加强管理，防止生产中的跑、冒、滴、漏，确定岗位用水定额，控制各污染物浓度的限量，同时做到先净化后排放的原则。

【案例8-3】 1953年，在日本九州熊本县水俣镇的居民出现了口齿不灵、视觉缩小、手指颤动、身体像弓一样弯曲等不良现象，主要原因是由于氮肥生产中排放含甲基汞的废水、废渣污染了水体，甲基汞富集在鱼体内，人类食用鱼而引起的中毒：这一事件有10000多人受害，283人发病，50多人死亡。

（二）化工废水的治理

按废水治理的原理，化工废水处理方法常分为物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法；按废水处理程度，可分为一级、二级和三级处理。一级处理主要去除废水中的悬浮固体、胶状物、漂浮物等；二级处理主要去除废水中胶状物和溶解状态的有机物，它是废水处理的主体部分；三级处理主要去除难降解的有机物及无机物。

1.物理处理法

物理处理法主要去除废水中的漂浮物、悬浮固体、沙和油类物质，具有设备简单、成本低、操作方便、效果稳定等优点，在工业废水处理中占有很重要的地位，一般用作预处理或补充处理：主要方法有沉淀法、离心分离法、过滤法等。

（1）沉淀法，是利用废水中悬浮状污染物与水的密度不同，借助重力沉降作用使其与水分离的方法：主要用来做预处理或再处理。一般采用沉淀池。

（2）离心分离法，是利用离心力的作用，使悬浮物从水中分离出来的方法。常用设备有水力旋转器、离心机等。该法具有体积小、结构简单、使用方便、单位容积处理能力高等优点，但设备易磨损，电耗较大。

（3）过滤法，是让废水通过具有微细孔道的过滤介质，悬浮固体颗粒被截留从水中分离出来的方法。常作为废水处理过程中的预处理。常用过滤介质有格栅、筛网、滤布、粒状滤料。

2.化学处理法

化学处理法，是利用化学反应的作用来处理废水中的溶解物质或胶体物质。它既可以去除废水中的无机污染物或有机污染物，还可回收某些有用组分。常用方法有中和法、混凝法、氧化还原法和电解法等。

（1）中和法，是利用酸碱性物质中和含酸碱废水以调整废水中的p H值，使其达到排放标准的处理方法。对含酸性废水的处理，常采用方法有在废水中加入石灰石、烧碱、纯碱等碱性药剂；让废水通过装填有如石灰石、大理石等碱性材料的过滤池；与碱性废水混合，以废治废。对含碱性废水的处理常采用方法是与酸性废水混合或加入一定浓度的硫酸；向废水中通入烟道气，达到以废治废。

（2）混凝法，是向废水中投加混凝剂，使细小的悬浮颗粒和胶体粒子聚集成较大粒子而沉淀下来的处理方法。混凝法不但可以去除废水中粒径为10-6～10-3 mm的细小悬浮颗粒，还可以去除色度、油分、微生物、氮、磷等营养物质、重金属以及有机污染物等。它是工业废水处理工艺中关键环节之一，既可以自成独立的水处理系统，又可以与其他单元过程组合，作为预处理、中间处理或最终处理。混凝法具有既经济、处理效果又好、操作运行简单等特点，在废水处理中得到广泛应用。

混凝剂的种类很多，主要有无机混凝剂和有机混凝剂。在选择混凝剂时应注意价格要便宜、用料要少、原料易得、处理效率高、沉淀要快且易与水分离等。

混凝处理流程应包括投药、混合、反应及沉淀分离等几个部分，如图8-3所示。(www.xing528.com)

图8-3　混凝沉淀处理流程示意图

（3）氧化还原法，利用氧化还原反应，使废水中有毒害的无机物质或有机物质转变成无毒或毒性较小的物质，从而达到净化的目的。氧化还原法几乎可以处理各种工业废水以及脱色、脱臭，特别是对废水中难以降解的有机物处理效果较好。目前，常用的方法有空气氧化、氯氧化、臭氧氧化及铁屑还原等方法。

空气氧化法，是利用空气中的氧气氧化废水中的可被氧化的有害物质而达到废水净化的目的。因为空气中氧的氧化能力较弱，主要用于处理含还原性较强的废水。

在实际处理废水过程，应首先考虑以废治废的处理原则，既可达到废水净化的目的，还可节约成本。

【案例8-4】 某炼油厂的含硫废水的处理如图8-4所示。含硫废水经过隔油池沉淀除渣后与水蒸气、压缩空气混合，在换热器内升温至80℃～90℃后进入空气氧化塔。氧化塔塔径一般不大于2.5m，分四段，每段高3m，每段进口处设喷嘴，雾化进料，塔内气水比例不小于15，废水在塔内平均停留时间为1.5～2.5h。

图8-4　空气氧化法处理含硫废水流程

1-隔油池；2-泵；3-换热器；4-射流器；5-空气氧化塔；6-分离器

氯氧化法，是利用含氯药剂中的有效氯除去一些有害的无机和有机污染物，主要起到消毒、杀菌、除臭等作用，常用的含氯药剂有液氯、漂白粉、次氯酸钠、二氧化氯等。在工业废水处理中，主要用于治理含氰、含酚、含硫化物的废水。

臭氧氧化法是利用臭氧的强氧化能力和杀菌能力，对各种有机物质氧化分解而达到处理废水的方法。在废水处理中主要作用是杀菌、增加溶解氧、脱色、脱臭等。臭氧氧化法在废水处理中不会产生二次污染。

铁屑还原法主要用于处理含铬、含汞的废水。

（4）电解法，是用适当材料作电极，在直流电场作用下，使废水中的污染物分别在两极发生氧化还原反应，形成絮凝物质或生成的气体从废水中逸出，以达到净化的目的。在工业废水处理中，主要用于处理含氰、铬、镉的电镀废水和染料工业废水。

3.物理化学处理法

废水经过物理方法处理后，还会有少量细小的悬浮物和溶解于水中的有机物，为了进一步去除残存在水中的污染物，可采用物理化学方法做进一步的处理。常用的方法有吸附法、浮选法、膜分离法等。

（1）吸附法，是利用多孔性固体吸附剂，使废水中的一种或多种污染物吸附在固体表面从废水中分离出来的方法。常用吸附剂有活性炭、磺化煤、焦炭、硅藻土、木炭、泥炭、白土、矾土、矿渣、炉渣、木屑、吸附树脂等。主要用来处理废水中用生化法难于降解的有机物或用一般氧化法难于氧化的溶解性有机物，如处理含酚、汞、铬、氰等的工业废水以及废水的脱色、脱臭，把废水处理到可重复利用的程度，因此吸附法在废水的深度处理中得到了广泛的应用。

（2）浮选法，是将空气通入废水中，形成许多微小气泡，气泡在上升过程中捕集废水中的悬浮颗粒及胶体粒子舌浮到水面上，然后从水面上将其除去的方法。根据产生气泡的方法不同又可分为加压浮选法和曝气浮选法。图8-5是加压溶气气浮流程图。将加压空气通入废水中，使空气在废水中的溶解达到饱和状态后，由加压状态突然减至常压状态，已经溶解到水中的空气迅速析出无数微小的气泡，气泡不断向水面上升，在上升过程中捕集废水中的悬浮颗粒以及胶体粒子等，一同带出水面，然后从水面上将其除去。这种方法可通过人为操作控制气泡与废水的接触时间，达到较好的净化目的，因而应用较为广泛。

图8-5　加压溶气气浮流程图

1-吸水井；2-加压泵；3-空压机；4-压力容器罐；5-减压释放阀；6-分离室；7-清水进水管；
8-刮渣机；9-集水系统；10-填料层；11-隔板

曝气浮选法是将空气直接打入浮选池底部的充气器中，空气形成细小的气泡均匀地进入废水，气泡捕集废水中颗粒后上浮到水面，然后由排渣装置将浮渣刮送到泥渣出口处排出。

（3）膜分离法，是用一种特殊的薄膜将溶液隔开，使溶液中的某种物质或者溶剂渗透出来，从而达到分离溶质的目的。膜分离法可分为渗析法、反渗透法、电渗析法、超过滤法等。膜分离法具有不消耗热能、无相变转化、设备简单、易于操作、适用性广等优点，但处理能力较小，在处理之前，应进行预处理。

4.生物处理法

当废水中BOD5/COD比值大于3时，可以采用生物处理法。生物处理法是利用自然环境中微生物的生物化学作用氧化分解废水中的有害污染物。在生化处理前要进行预处理。这种方法具有投资少、处理效果好、运行操作费用低等优点，在工业废水处理中得到较广泛的应用。常用的方法有好氧生物处理法和厌氧生物处理法。

（1）好氧生物处理法，是在有氧条件下，好氧微生物和兼性微生物将有机污染物分解为二氧化碳和水的过程。这种方法释放能量多，代谢速率快，代谢产物稳定，可将废水有机污染物稳定化。但对含有机污染物浓度高的废水，处理前应对废水进行稀释，这样将消耗大量的稀释水，并且在好氧处理过程中要不断地补充废水中的溶解氧，成本较高。常用的有活性污泥法、生物膜法等。

（2）厌氧生物处理法，是在隔绝氧气的条件下，利用厌氧微生物将有机污染物分解为甲烷、二氧化碳和少量硫化氢、氢气等无机物的过程。这种方法不需要提供氧气，故动力消耗少，设备简单，可回收一定数量的甲烷气体作为燃料。缺点是发酵过程中产生少量硫化氢气体，与铁质材料接触形成黑色的硫化铁，从而使处理后的废水既黑又臭。

废水中的污染物种类繁多，性质各异，不能预期只用某种处理方法就能将污水中的有害物质去除，通常需要与多种方法组成一套处理系统，才能达到处理要求，使水质符合排放标准。废水在处理过程中，应遵循先易后难、先简后繁的原则。先采用物理方法去除大颗粒、漂浮物及悬浮固体等，再通过化学法、生物法去除溶解性有害物质。

【案例8-5】 图8-6是合成染料废水处理工艺流程。被系统排出的废水进入沉淀池1分离除去废水中的固体悬浮物并送入污泥曝气池，上部的液体流入调节池内调节p H值为7.0～8.0，以利于微生物的生长。调节好的废水进入分配槽，同时加入微生物所需要的营养成分氮和磷，然后送入生物处理工序的填料塔。来自分配槽的废水从填料塔上部喷淋而下，废水中污染物被生物膜所吸附，在生物催化剂的作用下，被溶解在水中的氧氧化分解。从填料塔底部出来的液体进入沉淀池2沉淀，分出污泥，上部液体进入分配槽，再从分配槽打入活性污泥池，打入空气，微生物和空气混合处理废水。处理好的废水送入沉淀游3沉淀，分出污泥，残液从分配槽排出。从沉淀池1、沉淀池2、沉淀池3排出的污泥进入污泥曝气池浓缩，浓缩后的污泥加入凝聚剂通过脱水机脱水而排出。

图8-6　合成染料废水处理工艺流程示意图