化学工艺在废水处理中的应用分析

　摘要

近几年，我国社会各行各业的经济得到迅猛的发展，与此同时，废水的排放量规模也日益扩大，未经处理的废水中含有的大量病原体、有毒物、以及一些耗氧物等污染，对生态环境的可持续发展具有毁灭性的打击，还严重影响人类的健康问题。所以，对于如何选取一个恰当的方法及措施去缓解和降低废水给我们赖以生存的家园带来的破坏，是当今社会每一个人的责任，尤其是相关工业企业本身更应该去重视的问题。本文主要采用理论和案例相结合的方法，首先对废水的概念及来源进行阐述，其次再根据废水中污染物种类及性质多样化的特点总结出日常用的一些化学工艺，最后再通过A公司水质分析案例，分析其废水特质并提出相应的处理技术。

关键词：化学工艺；废水处理；环境污染

　1引言

　　1.1选题背景及意义

目前地球上的水资源总量大概近14亿立方米，其中能够被人类实现利用的大概仅为0.2%，我国人均可再生的淡水资源仅占全球三分之一的水平，淡水资源的耗量却占总比重的22%，远远超过世界平均水平9%。在淡水资源如此短缺的情况下，全国废水排放在也在急剧增加。据最新数据表明，截止2021年，我国废水排放量为554.67亿平方米，较去年同比增长6.4%，我国2021年排放的废水中含有大量的有害物，其侵占得到比例很大，其中氮、磷、石油、需氧量、有毒物的含量分别有262.1万吨、98.4万吨、234.4万吨、127万吨、322.34万吨污水处理率达到70%，较去年有上升，废水回收利用率不到15%，远低于发达国家废水处理的水平，资源浪费的现象很严重。

我国由于人口基数较大，人口数量在世界上来说也是前列，再加上国内淡水资源紧缺，现有的有限的淡水资源还部分不均。近几年我国工业企业经济的迅速发展，废水排放增加，有毒污染物的排放也增加，这一系列的问题导致生态环境污染和全球气候变暖的现象日益突出，从而进一步加快了淡水资源的消耗。与此同时，我国城市的迅速崛起，城市居民的大力涌入导致大量的生活用水的排放，工厂的大量新增也导致了各行各业废水的排放，这些排放的废水里都含有各种类型的有毒污染物，如果未经处理的废水过度排放就会导致生态水体本身和周围环境的状况不断恶化。因此如何有效的运用化学工艺去降低废水污染及排放，实现废水再生利用无论是对缓解需水与供水之间的矛盾、生态环境的保护还是对人类的身心健康发展都有很重要的现实意义。

　1.2国内外文献综述

　　1.2.1国外研究现状

发达国家很早就意识到经济发展的同时，废水处理工作必须同步进行，这也使得外国学者对于废水处理中所使用的的一系列工艺得到较早且较为深入的研究。JamesC（2017）[1]指出不同的工业废水应选择与其相适应的处理方法，单一的方法运行效果往往不佳，选择不同方法之间的联合工艺作用显得十分格外重要。

WeyFrank(2015)[2]提出“非尔脱”污水处理系统，注重在运用化学工艺处理污水的同时要充分运用自然条提出土地处理、暗水管道及化学工艺相结合的方法。

Kozolchyk(2011)[3]指出对传统工艺流程改进的必要性，以及提出一些先进的污水处理技术，例如SBR法，电磁化法、隔膜吸附过滤法等，还提出对污水排放较为严格的标准方案。

B.Balmelle(2019)[4]指出废水中的水分子在电磁磁化的作用下，可以迅速高位的轨道游离到较低位的轨道上去，经过此反应是的水分子的物理特性和某些化学特性发生改变，从而达到用磁化水去污的能力。

　1.2.2国内研究现状

通过翻阅大量的文献资料，可以知道国内在学习国外的一些先进技术的同时也在努力自身的建设和发展，对于废水的处理也注重原则、处理手段和方式的把关。

王维新(2018)[5]指出针对有毒的工业废水，主要有两种方法，即分离法和转化法，将有害转化为无害或可分离，处理等级分为三类，一级处理即为物理处理，二级处理是采用生物法在一级和二级基础上进行三级化学处理，将有害物降到最低。

王炳天(2018)[6]提出改进填料，通过微电解，使得其与臭氧发生作用，，转变成新型的臭氧/微电解工艺，最终在文印，染色等相关工业废水处理中发挥作用，与此同时，也会极大程度的解决利用微电解技术填料存在的一系列问题，降低成本等。

周东磊(2017)[7]指出在微电解反应过程中，两个化学反应并由此得到电解水，在水中加入H2O2形成Fenton试剂，从而具有强化微电解的效用，使得染料相关的工业废水的可生化性提高，为之后的生化研究奠定了基础。

　1.3研究述评

我国由于污水处理事业发展较为弱后，外国学者对于化学工艺在废水处理这块的研究与国内相比而言显得更深入，更重视以及技术方面更先。发达国家在废水处理等级这块基本都在二级以上，处理利用率能达到100%，国内外都认识到对于废水处理的工艺发展趋势已变为多种技术组合为一体的新技术和及工艺，废水整治也由单纯的污染控制转变为以水质再生为核心的水生态的修复和恢复。与起步较早的发达国家相比，我国城市化及机械化以及自动化上，都存在较大的技术差别。本文将以这些研究为基础，探讨了废水处理中化学工艺的应用，提升废水处理的效果。

　2废水处理概述

　　2.1废水处理的含义

废水处理简而言之就是对用过而排出的水进行处理，其目的是用某种方法将废水中的污染物分离出来，从而达到净化水质、减少污染，一般要达到防止毒物和病菌的传染；避免有异嗅和恶感的可见物，以满足不同用途的要求，有的甚至达到回收再利用的效果。生活中常见的废水来源大致可分为生活废水、工业废水、电镀废水以及重金属废水等。

　　2.2水污染的衡量指标

判定排放废水的水质情况，需要用到特定水污染指标，根据测量值可以较好地判定污染情况和控制废水处理的过程，其中常用到的水体污染指标有八个，分别是TOD总需氧量、TOC总有机碳、SS悬浮物、BOD生化需氧量、COD化学需氧量、PH、有毒物质以及大肠杆菌数。

　2.3废水处理方法

废水处理的过程十分复杂，处理方法应当根据废水的水质和数量，排放到的接纳水体或水的用途来考虑，同时还要考虑废水处理过程中产生的污泥、残渣的处理利用和可能产生的二次污染问题，以及絮凝剂的回收利用等。综合以上要求，废水处理常用到以下三个阶段如表2-1：

5f7216a8b7e5038bfc8d8b2a0e073a37

机械处理阶段用到的物理处理设备操作往往很简单，对于大颗粒类的悬浮物去除分离的效果也很好，生物处理阶段运用到的一系列方法运行效果也很好，效率高，维护成本较低，其适用范围较为广泛。高级处理阶段也就是化学处理阶段，或者也叫物理化学处理阶段，经过此阶段处理，水质一般较好，其运行效果也比较稳定。通过对以上三种阶段的分析，我们可以知道每一阶段都有其相适应的范围，而在实际操作过程中，我们往往都是取用多种方法进行组合工艺，对于究竟选取何种组合方式，则要根据废水的质量、排放量、废水处理结果的要求以及是否需要回收等因素综合考虑，从中选取一个最具可行性的组合方法。

3化学工艺在废水处理中的应用原则

随着经济的迅速发展，尤其是精细化工产业的废水输出，废水里面含有的的物质大多结构复杂，污染物含量高，有毒有害且难以降解，面对如此特性，在运用化学工艺处理废水时，必须遵循一定的应用原则，才能确保废水处理的效果。

3.1废水特点充分利用原则

由于排放的废水中含有的物质千差万别，所以必须对废水中污染物质的成份、种类及其含有的化学元素和所占比例进行解读，在充分了解这些基础特性之后，再采用相适应的化学工艺措施。这样的处理方法可以更快且更有效的对废水进行处理，如果针对某些化学沉淀物还有可回收利用的必要，就必须要加强对上诉物质特性的分析，努力将废水的污染程度降到最低，效用价值最大化。

3.2优化分类原则

由于各行各业排出的废水中所含物质不同，这些物质本身的化学特性也不一样，所以必须对废水中成分的及其污染程度进行分析，再对这些废水进行合理地分类排放，再加上同一个工厂所产的废水种类可能有很多种，为了杜绝不同特性物质之间可能发生的化学反应，从而产出更多的污染，以及增加污水处理的难度和资金人力的浪费，我们要坚决执行废水处理的分类原则，坚决抵制不考虑任何后果的乱排乱放，坚决拥护保护环境人人有责的理念。

　3.3加强分离原则

由于工业生产排放的废水中污染物的多样性，其污染的性质也是繁杂不一，这就要求在处理废水的同时，一定要考虑其与生活中清洁水源的分离，条件允许的情况下，对于一些难以降解的且有毒的污染物不可排放到清洁水源的管道中，往细了说，不同特性的污染废水最好也使用各自的排水管道，做好分离的相应措施，此举可以有效杜绝污染水和干净水源的分离，对于生态水资源环境的保护和人类的身心健康也是显的尤为重要的，除此之外，由于废水中污染物质掺杂不一，对于不同废水排放管道特质的选用以及排水管道中防参漏数值的设定也是十分需要注意的。

4化学工艺在废水处理中的措施

企业想要废水达到预设的排放效果，除了对废水处理过程中的各种原则进行严格把关和执行的同时，还要针对其实际应用过程选择与其相适应的方法，常见化学方法有自凝方法、内电解法、丙二醇处理法、吹脱法、氨氮废水处理法这五种方法。

4.1自凝方法

废水中运用自凝方法的本质是对化学的热力学理论的运用，目前为止也是很多工业企业首选的废水处理方法之一。其具体工艺流程是指在排放的废水进入特定的输送管道时，刚进入管道的废水和管道中原有的废水进行充分的接触，废水中含有两种或更多种不同的物质相互混合，从而在这几种物质中相互发生一系列的化学反应，这种化学反应中会包含很多的热能有待释放，这种热能充分表现在废水的表层，再运用一定的化学知识，将这种含有高浓度污染物的能转化为含有低浓度有害污染物的能，从而在其能量释放过程中，物质状态逐渐转变为一个可凝聚的状态时，可以进行方便有效的去除，最终达到对废水本身污染物质的净化和去除，也就是实现了废水的有效处理。此方法在废水处理中的应用不仅效果显著，而且节省资源，从而避免了资源的浪费。

4.2内电解法

内电解法的本质，即利用铁屑作为构成滤池的一部分，通过一系列的电化学和物理化学之类的作用，是的废水中的COD的浓度降低，降低水中的色度，将水里面的可生化性提高，再通过混凝的一系列作用有效的降低污染度，从而有效的降低废水中的污染度，该方法具有成本低、维护便捷以及使用期限长等特点。

　4.3丙二醇废水的处理方法

丙二醇废水是废水污染之一，其处理方法包含两种，即电化学氧化法和活性炭吸附法，电化学氧化法即是利用丙二醇本身含有酸性的特质，再加上电解反应的一系列操作，使得丙二醇变成丙二酸，从中再添加一些碱性物质，达到一个中和，从而完成其废水污染的降低。活性炭吸附法的原理是依据丙二醇本身就是一个很常见的有机溶剂，而活性炭对此具有很强的吸附作用。这种方法使用到的设备较为简单，投入的费用可观并且实验效果还可以在日常生活中也广泛盛行。

　4.4吹脱法

吹脱法的本质就是利用气液平衡理论和传质速度理论的原理。空气中的气体在碱性条件下接触到废水时，与废水中易挥发性和易溶解性物质发生一系列的氧化反应，从而由液态变成气态，再利用空气中氨的分压和水中氨的分压之间的悬差，还有气态在液面的分压和废水内部的分压差原理，从而不断排出气体，间接的减少了废水中的污染物。此方法应用的过程较为简单，运行费用较低，效用都比较稳定，实用性也可以，但在处理过程中还需注意PH值和碱性条件的确定细节。

　4.5氨氮废水处理法

日常生活垃圾的废水和一些工业工业企业中的废水中往往都含有较多氨氮成分，含有氨氮成分的废水一方面会导致河流中藻类及其他微生物大量繁殖，从而造成水中缺氧，大量水体生物死亡的原因，另一方面也会通过人体的摄入消化，时间久了会对人体的身心健康造成不可逆的威胁。对于如何处理含有氨氮成分的废水，主要运用两个，一个就是折点加氯法，其具体运用就是向含有氨氮的废水中加入氯气，通过水解反应生成次氯酸和次氯酸盐，再通过对PH值的控制，保证次氯酸盐的浓度，在其恰当的浓度值时，再通过氨氮与次氯酸间的化学反应达到废水净化的效果。还有一种方法就是化学沉淀法，通过向废水中投入镁和钋，发生化学反应，最终以磷酸氨镁的成分沉淀出来，一方面进行污水的清理，另一方面还可以对沉淀中氨和磷进行回收利用。

　5化学工艺在废水处理中的应用案例

废水是我国各行各行经济迅速发展的产物，尤其是工业的发展，各企业在发展自我经济的同时也在逐渐响应国家绿色发展的理念。由于废水中有毒污染物成分复杂，每个企业所面对的废水处理工艺也不尽相同，每个企业都应该“对症下药”，下面以A企业为例，分析水质及所需的具体工艺。A企业是是从事制药业生产的，专门生产一些在用于药品合成的化学原料和化工产品，每年大约可以产出80t的量，在这些产量的基础上，废水的排出量大约是400t/d，在此之前，A制药企业一直单独采用生化处理，单独生化处理完全不能达到废水排放的标准，因此该企业决定采用多项工艺组合的方式对自身的废水进行处理。

5.1废水情况分析

A企业废水种类成分复杂，间歇排放有机含盐废水，其中不但含有生产中使用的有机溶剂，还还有大量酸碱盐等物质，水质变化情况较大。依据其特点，将生产废水分成高COD含盐废水与其他废水，使用两根排水管道引致废水处理站，具体标准如表5-1。

5019ffcedfa00041afee8494f81c6542

(数据来源:A公司对外报告数据整理计算所得）

　5.2处理流程

依据A制药企业废水主要是生产药品类的化学材料和化学产品，其废水成份也较为复杂，有机物的含量也相对较高，毒性大、含盐量高、生化性特别差，并且废水排放周期不稳定，属于相对难处理的废水。仔细分析了其废水中的成份特性之后，再根据A企业的特定废水排水量，最终确定了采取废水组合处理的工艺：调节+脱盐+厌氧+好氧+曝气生物滤池+臭氧氧化。高COD含盐废水先到集水池充分均匀介质，在絮凝沉淀池内加入PAC、PAM发生絮凝沉淀反应，降低废水中的COD等有机物，预处理完之后的废水进入一效脱溶低沸点的气液进入精馏，还有部分进入三效离心脱盐，蒸发出来的冷凝水与生活废水汇集至调节池，进入生化系统，依次发生厌氧反应-兼氧反应-好氧反应，经过生化工段的废水在依次经过一二级沉淀作用，最后经过臭氧氧化废水达标排放，沉淀池底部的污泥进入污泥浓缩池，经压滤系统成泥块委外处理。高COD含盐废水先到集水池充分均匀介质，在絮凝沉淀池内加入PAC、PAM发生絮凝沉淀反应，降低废水中的COD等有机物，预处理完之后的废水进入一效脱溶低沸点的气液进入精馏，还有部分进入三效离心脱盐，蒸发出来的冷凝水与生活废水汇集至调节池，进入生化系统，依次发生厌氧反应-兼氧反应-好氧反应，经过生化工段的废水在依次经过一二级沉淀作用，最后经过臭氧氧化废水达标排放，沉淀池底部的污泥进入污泥浓缩池，经压滤系统成泥块委外处理。

　5.3处理单元分析

　　5.3.1集水池特点

集水池本身的作用是用来汇集和存储的作用，但在此案例中，针对A制药企业排放的废水来说，其主要作用将含高COD含量的废水相互混合，从而在进行正式水处理前达到均质均量的状态，从而保证废水处理设备和设施的正常运行。

　5.3.2脱盐系统特点

因为高COD含盐废水中含有大量的无机盐物质，这些大量的无机盐对于微生物的发应具有很强的抑制作用，甚至可以毒害微生物，从而影响废水处理的系统运行效果。在机器内部的环境温度达到86摄氏度时，脱盐系统的装置会经过粗蒸馏模式，在这个模式过程中，会有很大部分的有机污染物过滤掉，在经过蒸发操作后，大量无机盐开始结晶，去除，剩下的盐则可以进行回收用于再生产。经过蒸发后的水在低温的条件下，开始自凝，再通过注入其他成分的废水，在进行生物和化学操作处理。

　5.3.3调节池特点

调节池的本质即是对水质和水量的控制，由于在不同的时间段排放的废水成份和水量可能不一，废水中物质的浓度也不能稳定保证，再加上在流程里面一些厌氧反应对于废水的水质情况、排水量以及是否有冲击力都比较敏感，对于调节池的选用显得十分必然，如果遇到设备出错及泄露情况时，还能防止水质恶化、水量大大增加，保证水处理设备的使用寿命。

　5.3.4好氧接触氧化池

通过选用一些高孔隙率和大面积的填料，全部浸没在水中当废水以一定的流速经过填料，并与其接触时，填料表层的生物膜会在生物新陈代谢的作用下，一些基质通过孔隙进入，还有一部分则通过代谢产出，再加上填料表层的生物膜可以进行自身的更新脱落，这也使得生物膜拥有比较好的生化反应速率，也有比较高的活性，在这一系列的反应后，废水可以得到很好的净化。该池子具有承载大体积且耐承受力较好地优点，自身所占面积较小其水质污泥产量也低，也不会产生污泥膨胀的现象设备运行及维修的费用都还可以，在操作过程中需要注意填料的选择，否则会严重影响接触氧化工艺的操作结果。

　5.3.5管道混合器特点

根据厂房需求增加管道混合器。

　5.3.6曝气生物滤池

归属于生物膜法的内容，其运行的原理是在生物氧化处理废水的工艺基础之上，引入饮用水净化过滤的模式而产生的好氧处理工艺。它将生物之间的降解和过滤过程合并在一个容器中，这种模式特别适用于厌氧之后的好氧反应工艺，以填装材料作为介质，在容器内部曝气，滤料的表层会有一层生物膜，当含有高COD含盐废水经过时，膜表层的活性微生物进行强氧化反应，再加上曝气生物滤池采用的是生物陶粒料，滤料粒径一般都小的特性，充分实现微生物之间的生物代谢、生物絮凝、填料之间的物理作用吸附、加上截面一系列的作用，能够有效的去除A制药企业废水中的污染，依据此方法，同时利用容器内存在的一些好氧和缺氧区域，还可以进行脱氮除磷之类的处理功能。

结论

通过上述对废水处理的一系列探究与分析，我们可以知道对于废水的处理问题迫在眉睫，必然是我国乃至全世界都必须关注的问题，如何降低废水中污染物的排放，甚至如何将废水变成可用于生态自然及生活日常用水，都促使我们提高和创新废水处理的工艺，对于废水处理尤其是化学工艺，我们也相信，通过一系列高效的废水处理工艺措施，无论是对于废水处理工作成本的减少还是对全世界各国的生态自然文明前的建设具有重大的意义，然而除化学工艺措施外，还应该加快国家相关的法律政策的实施及执行，以及企业自身技术人才的发展，我相信不久的将来，我国会呈现出一个绿色、文明的生态家园。

参考文献

[1]JamesC,A.N.A.Mohammad,Characterization of apricot stone shells as a rapid filter medium[J].Desalination and water treatment，2017(93)，OCT:318-323.

[2]WeyFrank nitrifieation[J].Wat.Sei.Teeh.,1992,26(5-6):1017~1025.

[3]Kozolchyk,D.C.Peng,J-P.Delgenes,et al.Nitriflcarion at low oxygen 7.

[4]B.Balmelle[J].Environmental.Engineering-asce,2001,127(3):266~271.

[5]王维新.水处理絮凝剂及其发展方向[J].污染防治技术,2003,16(4):45-49.

[6]王炳天.工业废水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2003,85.

[7]周东磊.废水的厌氧生物处理[M].北京:中国轻工业出版社,1998.

[8]刘晓晶.化工废水的处理技术应用进展[J].广州化工,2019,44(13):54-56.

[9]高大文,彭永臻,王淑莹.控制pH实现短程硝化反硝化生物脱氮技术[J].哈尔滨工业大学学报,2005(12):1664~1666

[10]姬李雪.污水处理技术的探析[J].四川化工,2012,(004):50~53.

[11]秦人伟.味精生产综合废水的达标排放[J].发酵科技通讯,2010,39(03):33~34.

[12]王佳怡.废水处理技术及工程应用[M].北京:机械工业出版社,2015.

[13].胡一鸣.废水排水量与高COD浓度分析,2018,54(04):52~57.

[14]国家环保总局.2018年中国环境状况公报[M].2018:22~25.

致谢

本设计是在老师的亲切关怀和心指导下完成的。从课题的确定，工艺的选择，设备的选型，点点滴滴汇聚成我的设计。也许这篇设计没有那么的完美，但总归是自己在大学期间最后留下的成果。论文得以完成，要先感谢的是我的指导老师，您循循善诱的指导一直给我很大的帮助，还有过去几年里的专业老师，他们在课堂上的专业教导不论是在过去学习上，还是未来工作上都有很大的帮助，这些帮助为以后实践提供了很大的帮助。在此，由衷地感谢各个老师一直来的教导和帮助。感谢遇到的每个同学、朋友，感谢他们的陪伴，由于知识水平的限制和经验上的不足，在本设计上还存在不足的地方，希望老师和同学们提出批评和建议。