化工工程中废水处理技术的创新研究

一、引言

在化工工程领域，生产活动产生的废水具有成分复杂、毒性大、浓度高等特性，若未经妥善处理直接排放，会对生态环境造成严重破坏。传统废水处理技术在应对当下复杂废水及严格环保标准时渐显乏力。因此，研发创新型废水处理技术，对提升处理效率、降低成本、满足环保需求，推动化工行业绿色转型具有重要现实意义。

二、化工废水特性及传统处理技术局限

2.1 化工废水特性

化工废水涵盖众多生产环节产生的污水，成分繁杂。其中不仅含有高浓度的有机污染物，如酚类、苯类等，还可能存在重金属离子，像汞、镉、铅等，以及各类酸碱物质。这些污染物毒性强，部分具有生物累积性，可生化性差，给处理工作带来极大挑战。例如，农药化工废水，除了高浓度有机磷农药残留，还伴有多种复杂中间体，其 COD（化学需氧量）值常高达数千甚至上万 mg/L 。

2.2 传统物理处理技术局限

传统物理处理方法包括沉淀、过滤、气浮等。沉淀法对于密度差异小、颗粒细微的污染物难以有效去除；过滤技术易因杂质堵塞滤网，需频繁更换滤网，增加运行成本，且对溶解性污染物无能为力；气浮法在处理一些表面活性物质含量高的废水时，会出现气泡不稳定、浮渣难以分离的问题，导致处理效果不佳，无法满足日益严格的排放标准。

2.3 传统生物处理技术局限

传统生物处理技术，如活性污泥法、生物膜法，依赖微生物降解污染物。但化工废水中的有毒有害物质，如高浓度重金属、难降解有机物，会抑制微生物活性，甚至导致微生物死亡，使生物处理系统崩溃。而且，生物处理对水质、水量变化较为敏感，当废水水质波动较大时，处理效果会大幅下降，难以保证稳定达标排放。

三、化工废水处理创新技术

3.1 高级氧化技术

高级氧化技术是利用强氧化性的自由基来降解有机污染物，其核心在于通过不同方式产生具有强氧化能力的活性物种，从而高效分解水中的难降解物质。常见的有芬顿氧化、臭氧氧化、光催化氧化等，每种技术都有其独特的反应机制和适用场景。以芬顿氧化为例，通过亚铁离子与过氧化氢在酸性条件下反应产生羟基自由基，其氧化电位高达 2.8V，远高于普通氧化剂，能无选择性地将大部分有机污染物氧化分解为二氧化碳、水和无害的小分子物质，对于多环芳烃、杂环化合物等难降解有机物尤其有效。在实际应用中，该技术反应速度快，通常在几十分钟到几小时内即可完成主要反应，处理效率可达 80% 以上，能显著降低废水的 COD 值，同时有效提高废水的可生化性，为后续生物处理创造有利条件，避免了传统处理方法中难降解物质对生物系统的抑制作用。此外，近年来改良的类芬顿技术，如采用纳米催化剂或电化学辅助手段，进一步提升了自由基产生效率，降低了药剂消耗，拓展了其在高盐、高碱度化工废水中的应用范围。

3.2 膜分离技术

膜分离技术凭借膜的选择透过性实现物质分离，其核心在于利用不同孔径或荷电特性的膜材料，对水中的污染物进行精准截留，常见的如反渗透、纳滤、超滤等，每种膜技术针对的污染物粒径和性质各有侧重。反渗透膜的孔径仅为 0.1-1 纳米，能截留几乎所有的溶解性盐类、大分子有机物、重金属离子等，脱盐率可达 99% 以上，在化工废水处理中，可将废水中的重金属离子（如铬、镍、铜等）、有机污染物（如染料、农药残留）等有效去除，产出的淡水水质可达到工业循环水甚至饮用水标准，实现水资源的高效回收利用。与传统蒸馏等分离技术相比，该技术操作简单，无需相变过程，能耗相对较低，尤其在处理高浓度盐水时，能耗仅为蒸馏法的1/3-1/2。同时，膜组件模块化设计使其易于扩容，可根据废水处理量灵活调整规模，且运行过程中无二次污染，污泥产量极少。

3.3 生物强化技术

生物强化技术是通过向生物处理系统中投加具有特定功能的微生物菌株或营养物质，增强微生物对污染物的降解能力，从而突破传统生物处理技术对复杂化工废水的处理瓶颈。该技术的核心在于筛选、驯化或基因工程改造高效功能微生物，使其能在有毒有害环境中快速繁殖并发挥降解作用。例如，通过从长期受污染的土壤或水体中富集培养，可筛选驯化出对高浓度酚类、苯胺类等具有高效降解能力的微生物菌群，将其投加到活性污泥系统中，能使酚类污染物的去除效率从传统工艺的 50% 左右提升至90% 以上，且耐受浓度上限大幅提高。

四、创新技术的应用与发展趋势

4.1 实际工程应用案例

在某大型石油化工企业的废水处理升级改造项目中，采用“高级氧化 + 生物处理 + 膜分离”的组合工艺处理含油、含芳烃及重金属的综合废水，取得了显著成效。该企业原有处理工艺仅能满足基本排放标准，且出水无法回用，改造后首先通过芬顿氧化进行预处理，在 pH 值控制为 3-4、亚铁离子与过氧化氢摩尔比 1:5 的条件下，反应 1 小时可使废水中的 COD 从8000mg/L 降至 2000mg/L 以下，苯系物去除率达 95% 以上，大幅降低了难降解有机物浓度，提高了废水的可生化性，BOD/COD 比值从 0.2 提升至0.5 以上；随后进入改良的活性污泥法生物处理单元，通过投加高效降解菌剂和优化曝气方式，进一步将 COD 降至 300mg/L 以下。

4.2 创新技术联用优势

不同创新技术联用能发挥协同效应，弥补单一技术的局限性，显著提升化工废水处理的整体效能和经济性。如将高级氧化技术与生物处理技术联用，高级氧化过程可通过强自由基作用破除难降解有机物的稳定化学结构，将长链大分子分解为易于微生物利用的小分子有机物，如将多环芳烃转化为酚类、羧酸类物质，使废水的可生化性得到质的提升，从而降低后续生物处理的负荷和难度，与单独使用生物处理相比，联用工艺的 COD 去除率可提高 30%-50% ，且能缩短水力停留时间；膜分离技术与生物处理联用形成的膜生物反应器（MBR），膜的高效截留作用可使生物反应器内维持较高的微生物浓度（MLSS 可达 8000-15000mg/L ），远高于传统活性污泥法，增强了对低浓度污染物的降解能力。

4.3 未来发展趋势

未来化工废水处理技术将朝着智能化、绿色化、资源化方向深度融合发展，以应对更严格的环保要求和资源循环利用需求。智能化方面，借助人工智能、大数据、物联网等技术，构建废水处理全流程的数字孪生系统，通过安装在线传感器实时采集 pH、COD、DO 等关键参数，利用机器学习算法建立预测模型，可实现对处理过程的精准监控与智能调控，例如根据进水水质变化自动调整药剂投加量、曝气强度等，使处理系统在保证出水达标的前提下，能耗降低 15%-20% ，同时通过故障预警功能减少停机维护时间，提高运行稳定性；绿色化要求开发更加环保、低能耗的处理技术，如研发新型光催化材料利用太阳能驱动高级氧化反应，或采用微生物燃料电池实现废水处理与产能相结合，减少处理过程中的二次污染，降低对化石能源的依赖；资源化则注重从废水中深度回收有价值的物质和水资源。五、结论

化工工程废水处理技术的创新对环境保护和化工产业可持续发展至关重要。面对化工废水复杂特性，传统处理技术存在诸多局限，而高级氧化技术、膜分离技术、生物强化技术等创新技术的涌现，为废水处理提供了新途径。这些创新技术在实际应用中已取得良好效果，不同技术联用更发挥出显著协同优势。展望未来，智能化、绿色化、资源化将成为化工废水处理技术发展的主导趋势，持续推动化工行业在环保与发展之间实现平衡。

参考文献

[1]孙举兰,夏虎.化工工程中废水处理技术的创新与实践[J].华东纸业,2025,55(04):52-54.