01 高COD对水质的影响
02 氧化法去除有机物 03 萃取法去除有机物 吸附法去除有机物 05 结束语
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高COD对水质的影响
COD即化学需氧量,是指在一定严格的条件下,水中的还原性物质在外加的强氧化剂的作用下,被氧化分解时所消耗氧化剂的数量,以氧的mg/L表示。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度,这些物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等,但一般水及废水中无机还原性物质的数量相对不大,而被有机物污染是很普遍的,因此,COD可作为有机物质相对含量的一项综合性指标。
当COD很高时,就会造成自然水体水质的恶化,原因在于,水体自净需要把这些有机物给降解,COD的降解肯定需要耗氧,而水体中的复氧能力不可能满足要求,水中的O2就会直接降为0,成为厌氧状态,在厌氧状态也要继续分解(微生物的厌氧处理),水体就会发黑、发臭(厌氧微生物是看起来很黑,有硫化氢气体生成)。说到底危害就是进入自然水体,破坏水体平衡,造成除微生物外几乎所有生物的死亡,不仅危害水体的生物如鱼类,而且还可经过食物链的富集,最后进入人体,引起慢性中毒。
自然生活在这种环境下的人群的健康状态就就会每况愈下.一般高COD的工业废水中都含有很多挥发性刺激性物质,而这些稠环芳香化合物会长期滞留在人体内,损坏某些特定的组织器官,比如说沉积在肺、肾等重要组织器官,破坏肝功能,造成生理障碍,或损害神经系统功能和引起癌症等。因此如何去除废水中有机物已成为当今环境治理的重点和难点。
目前,处理COD废水的传统方法主要有氧化还原法,萃取法,生物法等。
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氧化法去除有机物
氧化还原法去除有机物的方法主要有生物接触氧化法和化学氧化还原法。
2.1生物接触氧化法去除有机物生物
生物氧化法又称为固定式活性污泥法,主要是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机物的一类好样生物处理方法,它是由好氧性微生物,(如细菌、真菌、原生动物等)及其代谢的和吸附的有机物,无机物组成。具有降解污水中有机污染物的能力。此种方法需设曝气池,曝气池中填充块状填料,污水在曝气池中充分曝气后流经填料层,填料颗粒表面长满生物膜,污水和生物膜接触,在生物膜的作用下,污水得到净化,如图。
在实际生产应用中,曝气池的外形会有所差别,但基本组成及结构都如图。采用此种方法目前使用蜂窝式或列管式填料,上下贯通,污水在管内流动,水利条件好,能很好的向管壁上固着的生物膜供应营养及氧,因此,生物膜上的生物丰富,并且,此种方法污泥生成量少,不产生污泥膨胀的危害,能够保证出水水质,不需污泥回流,易于维护。但此种方法的主要缺点是,填料易于堵塞,布气、布水不均匀。
生物接触氧化池
2.2化学氧化法去除有机物
化学氧化还原法是去除污水中有机物的常用方法,也是比较有效的方法。通过氧化还原反应,污水中呈溶解状态的无机物和有机物被氧化还原为微毒或无毒的物质,或转化成不溶解于水的形态,达到处理目的。
化学氧化法中多采用的氧化剂有空气、臭氧、液氯和氧化氢。这些氧化剂根据工艺条件的不同应用于不同的废水处理中。而芬顿氧化法是一种有效的高级氧化法,其主要使用氧化试剂为Fe2+/H2O2,该试剂在亚铁离子的催化下,H2O2能产生两种活泼的氢氧自由基,其中羟基的氧化还原电位是氯的2倍,其氧化性又强于高锰酸钾和次氯酸。产生的两种自由基能引发和传播自由基链反应,加快有机物和还原性物质的氧化。在处理能降解的有机污染物时具有独特的优势,是一种很有前景的废水处理技术。其主要反应原理如下:
Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-
Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+
Fe2++·OH→Fe3++OH-
Fe3++HO2·→Fe2+2+H+·OH+H2O2→H2O+HO2·HO2·→O2-+H+
O2-+H2O2→O2+·OH+OH-
此种方法在H2O2/Fe2+的摩尔比为3～3.5：1的情况下,氧化反应的pH值为3～4,氧化反应结束后调出水pH值5左右,再经过絮凝、沉淀、分离。其废水COD的去除率能达到57%。并且本法设备简单,药剂用量也较低。
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萃取法去除有机物
3.1萃取法的原理
萃取法是利用与水互不相溶,但对废水中有机物溶解能力较强的溶剂,将其与废水充分混合接触,大部分的污染物便转移到溶剂相,再分离废水和溶剂,使废水得到净化。萃取操作按被处理物的物态可分固-液萃取、液-液萃取两类。工业废水的萃取处理,属于液-液萃取。被萃取物从废水中转入萃取剂中是传质过程。传质的推动力是废水中溶质的实际浓度与平衡浓度之差,达到平衡时,被萃取物在萃取剂和在废水中的浓度关系可以下式表示:K=C1/C2。式中K为分配系数;C1为平衡时被萃取物在萃取剂中的浓度;C2为平衡时被萃取物在废水中的浓度;K是一个变数,废水-萃取剂系统的不同,K值各异。废水中被萃取物的浓度、废水的温度如有变化,K值也不同。上式只在稀溶液中,在一定的温度下溶质分子在两液相中不离解也不缔合,而两液相又互不溶解条件下才成立。在特定的废水-萃取剂系统中要选择K值大的萃取剂。常用的萃取剂有苯、四氯甲烷、氯仿、醚等。
3.2萃取的方法和设备
萃取的过程可分为
(1) 混合:废水和萃取剂最大限度的接触;
(2) (2)分离:使轻重液完全分离;
(3) (3)萃取剂的再生:回收萃取剂,重复使用。
而萃取的操作过程又可分为间歇萃取和连续萃取:
间歇萃取一般采用多段逆流方式,使待萃取的废水与将近饱和的萃取剂相遇,而新的萃取剂与经过几段萃取后的稀废水相遇。这种方式采用的设备多为搅拌萃取器,容器中装有旋桨式或涡轮式搅拌器,通过搅拌,使两液相充分混合、接触,然后静置一段时间,轻重液分层,分别放出。这种方法设备简单,可节省萃取剂,但生产能力低,可用于处理间歇排出的少量废水。
连续萃取多采用塔式装置,常用的有往复筛板萃取塔、转盘萃取塔和离心萃取机等。
3.3萃取剂的再生
萃取剂可重复使用。再生方法有(1)蒸馏:利用萃取剂和被萃取物的沸点差别进行分离。(2)投加化学药剂:使被萃取物转化成不溶于萃取剂的盐类。
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吸附法去除有机物
4.1吸附法的作用机理
吸附法作用机理存在两点,其一是利用溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲和力,溶质在水中移向固体颗粒表面,发生吸附。另一点是由于溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华引力或化学键力所引起。因此,吸附法可分为交换吸附、物理吸附和化学吸附。
利用吸附法进行水处理,具有适应范围广,处理效果好,可回收有用物料,吸附剂
可重复使用的优点。但吸附法处理废水对其进水的预处理要求较高,运转费用较贵,系统庞大,操作较麻烦。
4.2活性炭吸附法去除有机物
目前应用在废水有机物处理中较常用的吸附剂为活性炭,使用颗粒状的活性炭进行废水处理时通常是把活性炭装入填充塔,使原水通过填充塔进行处理。这种处理法一般有以下几种方式:
(1)固定床式,一般填充塔有二个或数个,其中一个塔作为更换活性炭时使用。填充塔内的活性炭粒径为8～40mm,塔高位1～5m,流速为10～40m/min。原水的供给方法为从填充塔上方供给的下流式和从塔的下方供给的上流式。上流式又可分为移动层式和流动层式。
(2)移动床式,使原水向上流动进行吸附处理的方法。饱和后的活性炭间歇地由塔底小量的排出,每次都由塔顶补充等量的新的活性炭。通常每天从塔中排出5%的废活性炭1～2次。也有将吸附饱和的活性炭连续地从吸附塔排出。饱和活性炭
连续排出的方法是活性炭以层状沿原水流动方向或沿相反的方向进行移动,在移动的同时进行吸附,饱和活性炭的排出和新活性炭的补充是连续进行的。移动床与再生装置相连,再生装置有效地使饱和的活性炭再生。再生费用比固定床式便宜些。
(3)流动床式,这是在流动状态进行吸附的方法,虽然吸附速度慢但能用少量的活性炭处理,可以降低基本建设费用和运转费用。并且不易产生由于随原水流入的悬浮物质和微生物、藻类的繁殖而引起的吸附层与堵塞现象,即使在大型装置中也不容易产生水淹偏移,所以能长期地稳定地运转。
利用活性炭降低冶炼废水中的COD工艺中,其有机物的去除效率受原水pH值,活性炭的投加量,反应的温度和搅拌时间的影响较大。当pH为8.5,放映时间0.5h,反应温度25℃时,COD的去除效率可以达到64.87%,且出水的水质稳定。
4.3改性钢渣吸附法去除有机物
改性钢渣作为新兴的废水有机物吸附剂,较之活性炭做吸附剂解决了寿命短,操作费用高,吸附剂再生成本高等缺点,并且钢渣具有较大的比表面积,孔隙率,吸附性能显著,性质稳定,易沉淀分离,且来源广泛,价格低廉,具有一定发展潜力。
钢渣主要来源于炼钢过程中排放的熔渣。在投入废水处理前要经过预处理进行改性。其改性方法主要有:
(1)CTMBA表面改性,使用阳离子有机活性剂十六烷基三甲基溴化铵增加钢渣对有机团的亲附性。
(2)碱浸泡改性,钢渣主要由硅酸盐组成,利用碱改性可促进硅酸盐的水化,使钢渣活性增强,表面能增大,吸附能力增强。
(3)酸浸泡改性,为了避免Mn、Fe、Al等易溶出离子产生二次污染,用pH2的酸性溶液进行清洗。
(4)高温活化改性,可以使表面较致密的钢渣因高温灼烧而释放出内部能量,致使表面开裂,质地变疏松,比表面积增大,吸附能力增强。
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结束语
随着国家对环保工作及环保指标要求的进一步提高,如何有效去除废水中有机物已成为废水处理急需解决的课题,越来越多的新方法,新技术将被应用到废水处理中。除了本文提到的几种方法外,离子交换法,电絮凝法等也已经运用到了去除废水有机物的生产实践中,同时也将会有越来越多的技术工作者们不断探索有机废水处理的有效途径。
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