工业废水难降解有机物高效处理工艺及机理分析

一、工业废水难降解有机物高效处理工艺

（一）物理处理工艺

物理处理工艺主要是利用物理作用，将污水中未被溶解而处于悬浮状态下的污染物进行分离、回收。其中吸附法的适用范围很广，活性炭是一种常见的吸附剂，对于许多难降解有机物具有很好的吸附效果。不同类型活性炭对苯酚的吸附容量存在差异（见表1）。

膜分离技术还是一种重要的物理处理方法，如反渗透膜和纳滤膜可以对难降解有机物进行有效拦截。以某印染废水处理为例，纳滤膜对染料分子的截留率可达 90% 以上，能显著降低废水中有机物浓度。

（二）化学处理工艺

化学处理工艺是通过化学反应，使污染物物理和化学性质发生变化。高级氧化技术（AOPs）被认为是处理难以降解的有机物的高效方法，特别是芬顿氧化技术，它通过亚铁离子与过氧化氢的化学反应生成羟基自由基，从而能够氧化多种难以降解的有机物。不同pH 条件下，芬顿氧化对苯甲酸的去除率不同（见表 2）。

臭氧氧化法是利用臭氧强氧化性可以把难降解的有机物分解成小分子物质。在制药废水处理中，臭氧氧化可以将一些难降解抗生素变为易生物降解物质，增强废水可生化性。

（三）生物处理工艺

在微生物代谢作用下，生物处理工艺对有机物进行降解。对于高浓度且难以降解的有机废水，如升流式厌氧污泥床（UASB）反应器，厌氧生物处理技术能够在厌氧环境中，通过厌氧微生物将有机物质转化为甲烷和二氧化碳。在好氧生物处理方面，以活性污泥法与生物膜法应用较多，利用好氧微生物代谢活动使有机物氧化并分解成二氧化碳与水。为改善处理效果也可以采取厌氧——好氧组合处理工艺，首先利用厌氧处理使废水中有机物浓度下降并增加其可生化性，然后再利用好氧处理使残余有机物得到进一步降解。

二、工业废水难降解有机物处理机理分析

（一）吸附机理

吸附过程指溶质由液相向固相表面迁移的过程，有物理吸附与化学吸附两种。物理吸附主要是依赖于分子之间的相互作用力，例如范德华力，这种吸附过程是可逆的，吸附速度快，但是吸附的选择性不是很好。化学吸附指吸附质和吸附剂表面的原子之间产生化学反应并形成化学键的现象，其吸附过程具有不可逆转性和较强的吸附选择性。以活性炭对有机物的吸附为例，活性炭较大的比表面积及丰富的孔隙结构为其提供了丰富的吸附位点，通过物理吸附、化学吸附的联合作用达到吸附去除难降解有机物目的。此外，吸附过程受温度、溶液 pH 值和有机物浓度影响较大。温度升高会降低物理吸附能力，但对于不同反应类型的化学吸附效果不同；溶液pH 值能使吸附剂表面电荷性质及有机物存在形式发生变化，进而影响吸附效果。

（二）氧化机理

高级氧化技术产生的强氧化性自由基（如羟基自由基），具有极高的氧化电位，能与难降解有机物发生反应。以芬顿氧化为例，反应过程中，亚铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基：

羟基自由基攻击有机物分子内的化学键使之氧化分解成小分子物质最后矿化成二氧化碳与水。但传统的芬顿反应会出现亚铁离子消耗较多，污泥生成较多的现象。为了解决上述问题，催化芬顿技术被开发出来，该技术引入高效催化剂来提高亚铁离子循环利用率并降低污泥的产量。

臭氧氧化过程中臭氧分子既可以与有机物直接反应又可以在碱性条件下解生成羟基自由基从而使有机物被氧化。臭氧直接与有机物反应有一定选择性，有羟基自由基参与反应氧化性强、非选择性高。在实践中可以通过对反应条件的控制来调整臭氧氧化中直接反应与自由基反应之间的配比，使处理效果达到最优。

（三）生物降解机理

在厌氧生物降解的过程中，水解发酵细菌能够将复杂的大分子有机物分解成小分子有机物，例如多糖可以水解成单糖，而蛋白质则可以水解成氨基酸；产氢产乙酸菌是把小分子有机物变成氢气，氧化碳、乙酸的细菌；产甲烷菌是以氢气，二氧化碳，乙酸等为原料产生甲烷。不同微生物在这一过程中相互协作、代谢平衡关系复杂。如产氢、产乙酸菌所产的氢、乙酸需及时为产甲烷菌所利用，不然将造成反应平衡失调而影响厌氧处理的效果。

好氧生物降解过程中，好氧微生物在有氧条件下以有机物为碳源与能源经自身代谢酶系统氧化分解并发生一系列代谢反应，最后，使有机物完全氧化成二氧化碳与水而合成自己的细胞物质。好氧生物降解过程受到微生物种类、数量、活跃性以及如溶解氧、温度和 pH 值等环境因素的影响。实际加工时，优化工艺参数为微生物营造合适的生长环境。可有效地提高好氧生物加工效率。

三、结语

工业废水中难降解有机物的处理，是环保领域面临的一个重要难题。物理工艺采用吸附、膜分离等方式达到污染物分离的目的，化学工业借用高级氧化技术生成具有强氧化性的自由基对有机物进行分解，生物工艺则依赖于微生物对污染物的代谢降解，各种工艺机理各不相同却又都致力于处理效能的提高。未来，需要加深对多工艺协同机制的研究，对反应条件和参数进行优化，发展低耗高效、环境友好处理技术来打破工业废水处理的瓶颈，促进绿色可持续发展为生态环境保护和人类健康保障提供了更加稳固的技术支撑。

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姓名（谢文南）性别（男）出生年（1969）