污水处理新技术

污水处理技术的一些进展

姓名学号

摘要：对国内外现已采用的各种污水处理新技术进行了介绍，并对各种新技术的工艺特点进行了分析。

关键词：污水处理；新技术；工艺特点

随着50 年代经济的蓬勃发展，带来了60 年代日益严重的环境污染，第二次世界大战后展开了大规模的水污染治理。我国的环境问题也随着社会和经济的高速发展而日益突出。根据国家环境保护总局发布的《2001 年中国环境状况公报》：2001 年度，中国七大水系监测的752 个重点断面中，Ⅰ～Ш类水质占29.5％，Ⅳ类水质占17.7％，Ⅴ和劣Ⅴ类水质占52.8％，其中，七大水系干流154 个国控断面中，Ⅰ～Ш类水质断面占50.6％，Ⅳ类占26.0％，Ⅴ和劣Ⅴ类占23.4％。2001 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为428.4 亿吨，废水中化学需氧量（COD）排放总量1406.5 万吨。排放的污水越来越多，水质越来越复杂，水体有限的自然净化能力已经不堪污水治理的重负了。水环境的恶化加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，这已经成为可持续发展的严重制约因素。

近年来，国家和地方政府非常重视污水处理事业，我国污水处理新工艺层出不穷，并以国外引入的工艺技术为主导潮流，吸收国外先进的技术和理念，形成了一些适应中国国情的技术，对解决和控制水体污染起了重大作用。根据国内外污水处理现已采用的工艺及运行情况，下面对目前污水处理的主要新技术进行介绍。

1 污水处理新兴技术述评

1.1 高级氧化技术

1.1.1 超临界水氧化技术（SCWO）

SCWO 技术是80 年代中期由美国学者Modell[1,2]提出的一种能够彻底破坏有机物结构的新型氧化技术。如今，在欧、美、日等发达国家，SCWO 技术得到了很大发展，出现了不少中试厂以及商业性的SCWO 装置。在我国，SCWO 技术尚处于起步阶段，研究较晚，尚未有工程应用报道。超临界水氧化技术中由于有机物的氧化是在均一相中进行，反应不会因相间转移而受限制。同时，高的反应温度也使反应速度加快，可以在几秒内对有机物达到很高的破坏效率。SCWO 技术作为一种新型的环境污染防治技术，必将由于其所具有的突出优势，在不久的将来得到广泛应用。SCWO 技术的反应条件要求较高，因此，为了加快反应速率，减少反应时间，降低反应温度，使SCWO 能充分发挥自身优势，许多研究者正在将催化剂引入SCWO 技术中。

1.1.2 光化学氧化技术

1972 年Fujishima 和Honda[3]发现光照下的TiO

2

单晶电极能分解水，引起人们对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此推进了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。80 年代初，开始研究光化学应用于环境保护，其中光化学降解治理污染尤受重视。光降解反应包括无催化剂和有催化剂的光化学降解：无催化剂的光化学降解多采用O3 和H2O2 等作为氧化剂，在紫外光的照射下，使污染物氧化分解；有催化剂的光化学降解又叫光催化降解，一般可分为均相和非均相两种类型。均

相光催化降解主要是以Fe2+或Fe3+及H

2O

2

为介质，通过光助－芬顿(Photo-Fenton)

反应使污染物得到降解；多相光催化降解是在污染体系中投加一定量的光敏半导

体材料，同时结合一定能量的光辐射，使污染物全部或接近全部矿化。光催化降解在环境污染治理中的应用研究更为活跃。目前有关光催化降解的研究报道中，以应用人工光源的紫外辐射为主，对分解有机物效果显著，但费用较高且需要消耗电能，因此国内外研究者均提出应开发利用自然光源或自然、人工光源相结合的技术，充分利用清洁的可再生能源，使太阳能利用与环境保护相结合，发挥光化学降解在环境污染治理中的优势。

1.1.3 芬顿试剂法

芬顿试剂于1894 年由H.J.Fenton[4]发现并应用于苹果酸的氧化，其实质是

Fe2+和H

2O

2

之间的链式反应催化生成•OH 自由基，基本作用原理[5]如下：

Fe2+＋H

2O

2

=Fe3+＋•OH ＋OH- Fe3+＋H2O2 =Fe2+＋HO

2

• ＋H+

HO

2• ＋H

2

O

2

= O

2

＋H

2

O ＋•OH RH ＋•OH =R• ＋H

2

O

R• ＋Fe3+= R• ＋Fe2+ R+＋O

2 =ROO+→CO

2

＋H

2

O

通过上述系列反应使废水的COD 大大降低。在废水pH 调至碱性并有O

2

存在时，还会发生下列反应：

2Fe3+＋ 3H

2O

2

＋2H

2

O =2H

2

FeO

4

＋6H+

2H

2FeO

4

＋ 3H

2

O

2

= 2Fe（OH）

3

＋2H2O ＋ 3O

2

在一定酸度下，Fe（OH）

3

以胶体形态存在，具有凝聚、吸附性能，可除去

废水中部分悬浮物和杂质。近年来，研究者把紫外光、O

2

引入Fenton 试剂，可

显著增强Fenton 试剂的氧化能力并节约H

2O

2

的用量。

1.1.4 二氧化氯氧化法

随着医药、化工、染料等行业的发展，高浓度难降解有机污染物越来越多，由于高浓度难降解有机废水浓度高、COD Cr含量高、污染物毒性大，所以难以用常规的处理工艺处理。

二氧化氯的分子中具有19 个价电子，有一个未成对的价电子。这个未成对的价电子可以在氯和两个氧原子之间跳来跳去，因此它本身就象一个游离基，这

种特殊的分子结构决定了ClO

2具有强氧化性。ClO

2

在水中发生如下反应[6]：

ClO

2 ＋ H

2

O = HClO

3

＋ HCl ClO

2

= Cl2 ＋O2

Cl

2 ＋ H

2

O = HCl ＋ HClO HClO = Cl2 ＋ H2O

HClO

4＋ Cl

2

＋ H

2

O = HClO

3

＋ HCl

氯酸和亚氯酸在酸性较强的溶液里是不稳定的，有很强的氧化性，将进一步

分解出氧，最终产物是氯化物。在酸性较强的条件下，C1O

2

会分解并生成氯酸，放出氧，从而氧化、降解废水中的带色基团和其他的有机污染物。在弱酸性条件

下，C1O

2

不易分解污染物而是直接和废水中污染物发生作用并破坏有机物的结构。

强氧化剂ClO

2

可以在常温常压下催化氧化废水中的有机污染物，或直接氧化有机污染物，或将大分子有机污染物氧化成小分子的有机污染物，提高废水的可生化性，较好地去除有机污染物。在降解COD 的过程中，打断有机污染物分子中的双键发色基团，如偶氮基、硝基、硫化羟基、碳亚氨基等，达到脱色的目的，同时有效地提高BOD/COD 值，使之易于生化降解。

1.1.5 臭氧类氧化法

臭氧在天然元素中，其氧化能力仅次于氟，采用臭氧氧化法处理有机废水，反应速度快，无二次污染，在废水处理中应用较广泛。单纯臭氧氧化方式处理废水存在臭氧利用率低、氧化能力不足及臭氧含量低的缺陷，近年来，广泛开展了提高臭氧化处理效率的研究，其中，紫外－臭氧、臭氧－双氧水法、草酸/Mn2+