化工工程中废水处理技术的创新与实践

引言

化工废水具有成分复杂、毒性大、难降解等特点，传统处理方法往往难以实现达标排放和资源回收的双重目标。基于此，本文重点研究了化工工程中废水处理技术的创新与实践。

1 化工工程废水相关概述

1.1 废水来源与成分

化工废水主要来源于炼焦、煤气化、煤液化等生产环节，包括工艺废水、循环冷却水排水及设备冲洗水等。其成分复杂，包含酚类、氨氮、氰化物、硫化物、多环芳烃等 300 余种污染物，其中酚类物质浓度可达 2000-5000mg/L ，氨氮浓度为 200-500mg/L ，COD（化学需氧量）高达 5000mg/ L 以上。此外，废水中还含有大量悬浮物、油类及重金属离子，色度深、浊度高，处理难度大。

1.2 水质特性

化工废水主要污染物包括高浓度的有机物、氮、磷和悬浮物，常表现为化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总氮（TN）和总磷（TP）指标的显著超标。由于污染物浓度较高和氧气供给不足，水体溶解氧（DO）含量极低，甚至接近零，导致水体处于厌氧状态，硫化氢、氨氮等还原性物质产生，从而引发严重的黑臭现象。水质的时空分布还表现出较强的不均匀性，典型表现为枯水期水体流动性差，污染物浓度进一步积累，而汛期则因污染扩散加剧水质恶化问题。

1.3 处理难点

成分复杂性：废水中含大量难降解有机物（如喹啉、吡啶、咔唑等）及高浓度氨氮，传统生化处理难以彻底去除。

毒性抑制：酚类、氰化物等物质对微生物具有毒性，抑制生化反应效率。

盐分积累：化工废水含盐量高（TDS 可达数万 mg/L ），易导致膜污染、蒸发结晶能耗高等问题。

经济性制约：零排放技术投资与运行成本高，企业难以承受，需平衡环保要求与经济效益。

2 化工工程中废水处理技术的创新与实践

2.1 生物膜法

生物膜法是利用附着在载体表面上的微生物膜，通过微生物的代谢活动将废水中的有机物转化为无害物质。生物膜法根据微生物附着方式及反应器形式的不同，可分为生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等多种类型。生物膜法的操作相对简便，但需要定期维护，如清洗、更换载体等，保持微生物活性与处理能力。在实际应用中，生物膜法不仅能够有效去除废水中的有机物，还能同时去除氮、磷等营养物质，且对水质波动适应性强，运行稳定。

2.2 高效分离与浓缩技术

高效分离与浓缩技术主要涉及对废水中的有机物、无机物、盐分以及其他污染物的有效分离和浓缩，从而实现废水的减量化和资源化利用。高效分离技术主要包括膜分离和萃取技术，在膜分离技术中，常用的两种具体方法就是反渗透和超滤技术。反渗透技术产水的水质高，可以用于回用或者进一步处理中，而超滤技术则主要通过去除废水中的悬浮物来保护下游的处理设备。萃取技术主要是利用萃取剂与废水中的目标污染物发生化学反应，实现污染物的有效分离，适用于处理含有特定污染物的废水。高效浓缩技术主要包括蒸发结晶技术和热浓缩技术两种，蒸发结晶技术能够实现废水的减量化和资源化利用，而热浓缩技术则是通过加热废水，使水分蒸发，从而实现废水中污染物的浓缩。与蒸发结晶技术相比，热浓缩技术更注重废水中污染物的浓缩和稳定化，而不是回收盐分，其更适用于处理含有大量有机物或重金属的废水。

2.3 臭氧催化氧化技术

臭氧催化氧化技术是指通过臭氧与催化剂的共同作用，将水中的有机污染物进行氧化降解的过程。臭氧（O3）具有强氧化性，能够有效地分解水中的有机污染物、无机物以及微生物。臭氧分子与有机物反应可以生成羟基自由基等活性自由基，通过链式反应将有机物转化为水、二氧化碳和简单的无机物。臭氧中易解离的氧原子可以将有机物氧化得到氧化产物。在上述反应过程中，臭氧被分解为氧气。臭氧本身在水中的溶解度有限，且反应速度较慢，通过引入催化剂来增强臭氧的氧化能力。催化剂的比表面积大，活性位点丰富，可提升臭氧分子与有机物之间的接触效率，增加反应的发生速率。实际中根据废水的成分和结构，选择合适的催化剂，比如对于含有芳香环的有机物，选择铁基催化剂，对于醛类化合物，则多选择锰基催化剂。在废水处理过程中，多通过化学需氧量（COD）和总有机碳（TOC）的降低、有机物去除率、溶解氧（DO）的增加、氨氮（NH3-N）的去除等指标对处理效果进行评估。

2.4 废水预处理与资源化利用技术

废水预处理技术是化工废水进入深度处理之前的重要步骤，主要目的是去除废水中的悬浮物、油类、重金属等污染物，为后续处理过程创造条件。废水预处理技术主要包括物理、化学和生物处理三个阶段，物理处理主要用于去除废水中的悬浮物和颗粒物，而化学处理则通过中和氧化等方式调整废水的 pH 酸碱度，去除特定的污染物，在生物处理阶段，则需要通过活性污泥法等方式，利用微生物来降解废水中的有机物，减少其生物毒性。废水资源化利用技术是将经过预处理的废水进一步处理，使其达到回用或再利用的标准，其主要包括膜分离技术、高级氧化技术和蒸发结晶技术，膜分离技术主要用于去除废水中的溶解性盐分等杂质，高级氧化技术则用于速度去除废水中的难降解有机物，提高废水的可生化性，而蒸发结晶技术则主要用于将废水中的盐分进行浓缩并结晶析出，实现盐分的回收和利用。

2.5 微生物电化学技术

近年来，通过微生物电化学技术(MET)回收和处理废水的方法引起了研究人员的极大关注。MET 是利用电活性微生物的胞外电子转移能力，将代谢产生的电子传递至电极，通过电极氧化不同种类的化合物，从而合成化学物质，对污染基质进行生物修复。MET 结合了微生物学、电化学和材料科学的特点，为不同的环境工程应用提供了新的思路。MET 技术不仅可用于生物修复，帮助恢复受污染的生态环境；还可应用于环境监测，通过监测电极反应来实时反映水质变化；同时，MET 技术在资源回收方面也展现出巨大潜力，能够从废水中回收有价值的金属离子或合成有用的化学品。相较于传统废水处理方法，MET 技术无需添加大量化学药剂，减少了二次污染的风险；同时，其高效的电子传递和氧化反应过程，显著提高了处理效率，大幅降低了能耗；此外，MET 技术还具有操作简便、易于规模化应用等优势，为废水处理行业的绿色转型提供了有力支持。随着研究的深入和技术的完善，MET 技术有望在废水处理领域发挥更加重要的作用。

结语

综上所述，废水处理是化工行业可持续发展的关键环节。通过预处理、生化处理、深度处理及零排放技术的组合应用，可实现废水达标排放或资源化利用。未来需聚焦难降解有机物处理、膜技术优化及零排放经济性提升，推动化工行业绿色转型。

参考文献

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