高难度工业废水处理分析

工业废水处理方案

1 工业废水预处理工艺技术简介

    工业生产废水污染物组成复杂，重金属离子、苯系物、含硫有机化合物、杂环类有机物等多种污染物对微生物具有抑制甚至毒性作用，导致生物法处理效率低下甚至难以培养驯化。因此必须对工业废水进行有效的预处理，去除或降解微生物毒性杂质，提高废水的可生化性，满足后段微生物的进水要求，才能充分保证整体工艺的高效运行，确保出水达到设计标准。

    工业废水的物化预处理工艺主要包括混凝沉淀法、芬顿试剂法、臭氧氧化、微电解、电解法、光催化氧化以及高温湿式氧化技术等。

   混凝沉淀法主要针对悬浮物的去除，同时去除少量COD等，投资及处理费用较低，但去除效果及适用范围有限，对溶解性有机物去除率很低；

   目前国内大量应用的芬顿试剂法是一种化学催化氧化工艺，对工业废水中难生化有机废水有一定的去除和提高可生化性的作用，但单位COD去除药剂耗量大，运行费用高，污泥产量大，另外其适用范围较小，对于污染物组成复杂、同时含有重金属离子、络合剂、杂环共轭有机杂质的废水，难以达到有效处理；

   臭氧氧化法不会产生大量污泥，对污水脱色效果较好，但设备投资及运行费用都很高。臭氧氧化对浓度较高的工业废水处理效果不佳，COD去除率很低，B/C改善效果不明显，同时臭氧在使用过程中利用率很低，运行成本高，不利于长期经济运行；

   电解法分电聚气浮和三维电解两种工艺，其中电聚气浮技术（阳极溶解式电解）对SS、色度有一定去除作用，对废水COD去除率较低，与加药气浮工艺相似，该法药剂用量少，但电耗高。三维电解法实际是电解氧化法，采用不溶性阳极，利用电解作用对废水中有机杂质或重金属离子进行电解氧化-还原，去除部分COD、重金属离子，但去除率较低，电解超电位及浓差极化现象导致系统电耗提高，运行成本加大；

   光催化氧化法在某些特定的（如要求废水色度低透光性好）有机废水中处理效果明显，效率高，但适用范围有限，对于大多数污水尤其是高浊度、高色度废水，影响光透过性本身较差时，处理效率低，对于工业园区等污染物种类多、成分复杂的综合废水，催化效果往往难以保证，无法达到有效净化的目的。另外催化剂的品种和性能没有形成系统，各种不同废水要求的催化剂不同，难以达到理想的处理效果。

   高温湿式氧化工艺因为反应在高温、高压等临界条件下进行，大多数有机污染物在高能态下反应活性增强，在曝气供氧条件下与氧作用可以发生氧化反应生成CO2和H2O，净化效率高，但能耗很大，反应条件严酷，对设备要求高。由于设备投资和运行费用都很高，因此在实际工程中难以实施，尤其在提倡低碳、环保生活的现代社会，难以大规模应用。

   微电解污水净化技术利用电池原理，不需外接电源，利用新型专利材料本身的电化学特性，对污水中各种杂质进行氧化-还原反应，将重金属离子还原为单质、将有机长链有机物断链、对环状有机物进行开环降解、对杂原子有机物如：巯基化合物、有机磷、有机氮及有机金属化合物等有毒污染物进行断链、氧化还原等作用，使杂原子从有机链上断开，有机硫上的硫原子***终被还原为硫根并与微电解的产物—铁离子结合生成硫化铁沉淀从废水中分离去除，有机磷中的磷***终转化为磷酸根与铁离子结合生成磷酸铁沉淀从水中分离，有机氮转化为氨氮、有机金属化合物中的金属元素转化为氢氧化物或惰性重金属单质沉淀分离。

   FCM-III系列催化微电解材料具有广泛的适用范围，可以处理（1）电镀/线路板/选矿山冶炼等含重金属和络合剂废水（2）皮革/颜料等含Cr、Cd等重金属及高浓度有机物的混合废水（3）化工/制药等含微生物毒性杂质的高浓度有机废水（4）石化/焦化/煤化工等难生化降解的高浓度有机废水（5）酱油、醋、腌菜等高盐高浓度有机废水（6）含硫等杂环有机废水（7）印染印花生产废水（8）电泳涂装及喷涂废水等多种工业废水的预处理（9）化工及各类工业园区的难生化降解的综合废水的预处理等。该技术适用范围广、去除单位COD（kg）运行成本低、处理效果稳定、管理方便。

2  FCM-III创新催化微电解技术

（1）FCM-III创新催化微电解技术简介

   FCM-III创新催化微电解材料浸没在废水中进行微电解时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微型原电池。这些细微电池是以电位低的铁作为阳极,电位高的碳做阴极,在催化剂M存在的条件下，在废水水溶液中发生电化学氧化-还原反应。反应的结果是有毒、长链及环状杂原子有机物得到电子，发生开环、断链等降解反应，毒性有机物官能团被破坏，微生物毒性消失、长链难生化降解有机物断链转化为易于生化降解的小分子有机物，环状及杂环有机物开环转化为易于生化处理的小分子化合物，同时铁受到腐蚀变成二价或三价的铁离子进入溶液。由于铁离子在微碱性条件下有混凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异电相吸,形成稳定的絮凝物发生共沉而去除。

  微电解技术是目前处理高浓度、难降解、难生化有机废水的一种理想工艺，其工作原理基于电化学氧化—还原反应以及絮凝沉淀的共同作用，该法具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、操作维护方便，不需消耗电力资源等优点。该工艺用于难降解高难度废水的处理，不仅能大幅度地降低COD，而且可大大提高废水的可生化性。

（2）FCM-III创新催化微电解材料具有如下被证实了的功能：

（a）开环、断链、提高可生化性及脱色：有机物参与阴极的还原反应，使官能团断链降解，COD降低，废水的可生化性(B/C值)提高，同时有机物双键或其他共轭键断开后，发色基团减少，降低了废水色度；

（b）除杂原子（如硫、磷、卤等）：含杂原子（如S）有机物经开环、断链及进一步反应后，杂原子转化为无机物（如硫化氢、硫化钠等），***终与铁反应生成生成硫化铁沉淀得以去除，如：Fe2++S2-→FeS↓; 

（c）除重金属离子：例如铜离子等，与铁碳材料反应后，铜被置换截留于填料上，从废水中分离，得以净化。六价铬在酸性条件下，经铁碳处理，还原为三价铬，出水调PH至7-8，生成沉淀分离去除。

如：Cu2+  + Fe→Cu↓+Fe2+   

Cu2+  + Fe2+→Cu↓+Fe3+     

 Fe3+ + 3OH- →Fe(OH)3↓          

（d）破乳：废水的胶体粒子和微小分散的污染物受电场作用，产生电泳现象，向相反电荷的电极移动，并聚集在电极上形成聚集体（如微小油粒聚集成油滴上浮）与水分离；

（e）混凝：阳极反应后生成的新生态Fe3+/Fe2+经碱（石灰）中和生成新鲜的Fe(OH)3絮体，具有极强的吸附能力，将废水中污染物吸附、凝聚分离，使水得以澄清；

（f）加成断链提高可生化性：阴极生成的氢，具有很强的加成还原作用，可与长链、环状大分子有机物反应，将有机物断链分解，提高废水的可生化性。

以上作用可以对化工废水等水质复杂、含多种有毒有害物质化学物质的工业废水***终无害化处理具有广谱净化作用，具有巨大的经济和社会效益。

（3）FCM-Ⅲ铁碳微电解填料不钝化不板结的原理

普通微电解材料出现钝化的根本原因：微电解属于多相反应，反应主要集中在填料表面发生，在微电解过程中，会不断产生Fe2+和Fe3+，PH上升，当铁碳表面PH达到4以上时，Fe2+和Fe3+便在微电解材料表面形成氢氧化物絮状物或氧化物。当铁的氧化物附着在铁的表面越来越密集时，氧化膜会阻碍微电解反应的继续发生，钝化现象开始产生，反应效率开始下降直到***后变得极低。

FCM-III铁碳微电解填料永不钝化不板结的原理：

（a）独特制作工艺确保产品永不钝化。与市场上的填料相比， FCM-III铁碳微电解填料将原料预处理制作成纳米级极细的活性粉末，铁、碳以及微量元素M以恰当的比例充分混合均匀，通过专用高温技术加工而成，且不添加任何粘土等惰性成分，确保产品活性高效。这样制成的产品，铁-碳-M均匀分布构造，微电解反应产生的铁离子附着在极细颗粒的铁粒表面，由于铁颗粒面积小故附着力也很小，很容易通过FCM-III专用曝气系统和反冲洗系统脱落下来，随废水带出微电解装置，所以不会产生氧化铁膜的粘附，彻底避免钝化和板结。

（b）规整球形，便于布水布气和反冲洗。FCM-III系列铁碳微电解填料是规整圆球状，并且可根据客户需求制作成相应粒径的尺寸（范围可在1-30mm），均匀的外形尺寸，填料在反应床中堆积重量和孔隙均匀分布，有利于布水和布气的均匀，提高系统运行的传质效率，同时避免在运行过程中形成沟流，防止由于不均匀布水布气造成局部填料曝气搅拌和反冲洗不足而钝化。另外规整球形颗粒在气体反冲过程中易于松床、膨胀，形成均匀反冲洗效果，颗粒表面截留的SS及反应产物易于脱落，防止颗粒物和沉淀产物在材料表面积累造成填料钝化、板结。

（c）保证措施：定期气体反冲。对于少量残留在填料表面的反应产物，可定期进行气体反冲，确保材料表面清洁无沉积，永不钝化不板结。反冲间隔通常设置为24-48h/次，每次反冲洗时间约为10-20min。相比于用酸洗活化来说，操作简单，成本更低，效果更好。

（4）FCM-III创新环保专用催化微电解材料性能参数

市场上普通微电解材料大部分借用炼钢球团而来，其外形不规则（扁球形），堆积时孔隙凌乱，水流穿过滤层时传质效果差，容易发生“短路”现象；其次产品在使用过程中容易钝化，需要用酸浸泡去除氧化膜，对材料进行活化；第三产品使用时对酸度要求较高，通常要求废水PH为3或以下，酸耗量大；第四催化效果差，没有考虑材料中催化剂的使用环境和中毒问题；第五是无配套设计及维持系统长期稳定的反冲洗系统。

（5）FCM-III创新环保专用催化微电解材料主要特点及技术优势

（一） 专为环保废水治理研制生产

    FCM-III创新环保专用微电解材料是***新一代铁-碳-M一体化催化铁碳微电解环保材料（专利号：ZL200910198628.6），为规整球形，颗粒尺寸为φ14-18mm，与废水反应活性强，处理效果好，显著区别于市场上采用炼钢球团的改型产品（扁圆形20x30mm）。

（二） 微孔发达堆密度低

FCM-III创新环保专用微电解材料对密度可以达到1.1-1.3g/cm3,微孔发达，比表面积大，反应活性强，采用高温磁化构架、微孔活化技术，表面Zeta电位高，能大幅度降低污染物开环、断链及降解反应的活化能，提高反应速率和净化效率。

（三） 规整球形结构传质效率高，反应更彻底，易于反洗

FCM-III创新环保专用微电解材料采用规整球形结构，填充空隙更均匀，废水与颗粒表面接触更充分，传质效率更高，反应更彻底。

所有滤床结构填料，在过滤过程中都需要定期反洗。FCM-III创新环保专用微电解材料采用规整球形结构，低密度，反洗更容易，使用管理更方便。

（四）铁-碳-M均匀分布，电化学反应效率更高

FCM-III创新环保专用微电解材料生产加工采用纳米级原料混合成球，铁-碳-M元素混合均匀，正负电极对数量更巨大，放电反应过程电子传递阻力更小，反应更高效，除污、解毒、降解能力更强，净化效率更高。

市场上炼钢球团（扁圆形）铁碳中的碳片数量少，分布不均匀，反应效率自然较低。扁圆形结构堆集填充后空间不均匀，废水与填料接触传质效率低，影响总体处理效果。

（五） 不钝化，不板结、不堵塞

FCM-III创新环保专用微电解材料将微电解正负极材料及催化元素有机地结合到一体，即在单个颗粒内同时形成无数个正负电极对，使放电反应永远畅通无阻，电极之间间距短，放电阻力小，由于正负电极对一体化可以反冲洗，因此从根本上避免微电解材料表面致密氧化物形成和钝化现象的发生。真正实现不钝化，长期维持稳定活性。

另外规整的球形结构，可轻松进行定期反冲洗，从根本上解决使用过程中材料间杂质堵塞、填料板结等问题。

（六） 消耗量小，运行成本低

FCM-III创新环保专用微电解材料催化活性强、放电反应效率高，去除单位COD微电解材料消耗量少，产生污泥量小，处理成本低。

（七） 预处理（解毒）作用稳定确保后续生化高效运行

    加药及高级氧化等预处理工艺在来水水质波动时反应条件控制往往滞后，不能充分保障出水水质，容易对后续生化处理造成破坏性影响（这也是以往高浓度有毒工业废水生化系统难以稳定高效运行的根本原因）。而FCM-III创新环保专用微电解材料采用滤床方式，来水水质波动对出水水质影响小，能充分确保出水水质可生化性满足后续生化处理要求，维持生化处理单元平稳高效运行，***终确保出水水质达标。

（八）系列产品针对性更强，更高效

FCM-III系列创新环保专用微电解材料根据不同废水类型研发专用型号产品，初步形成含重金属废水、石油废水、高色度废水、化工制药废水等专用微电解系列产品，其针对性更强、技术更专业、处理效率更高。