行业领域

节能环保产业,高效节能产业,资源循环利用产业

需求背景

随着我国经济的快速发展，工业行业发展也不断加快，工业生产中产生的高盐、高化学需氧量（COD）废水也迅速增加。高盐废水一般指总含盐质量分数大于3.5%的废水，主要含有Na+、Ca2+、Cl-、SO42-等可溶性无机盐离子。虽然这些离子中含有微生物生长所必需的营养元素，但过高的离子浓度易对微生物产生抑制和毒害作用，严重影响生物系统的水处理效能。COD是表征水中还原性物质浓度的指标，其值越高则水体受到的污染程度越严重。高COD废水若未得到妥善处理，易对环境造成巨大危害：一方面，废水中还原性有机物易破坏环境中的碳源平衡，破坏生态系统微生物平衡，进而破坏环境；另一方面，工业废水中有机污染物成分复杂，常含有高浓度毒性有机物（如：抗生素、内分泌干扰物等），该类有机物对生态环境环境和人体均有巨大的危害。因此，高盐、高COD工业废水的处理一直是水处理领域的热点和难点。

“碳达峰”与“碳中和”将成为未来40年影响中国经济发展的重要战略。此背景下，国务院对工业企业发展提出了新的要求。国资委印发的《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》中指出“到2030年，中央企业万元产值综合能耗大幅下降，万元产值二氧化碳排放比2005年下降65%以上；到2060年，中央企业绿色低碳循环发展的产业体系全面建立” 。工业企业以废水处理后资源化回用为基本目标，对处理工艺的进一步增效、降耗是工业企业在废水处理中节能减排的重要途径。因此，工业企业对新型废水处理技术及既有废水处理系统升级改造的需求正迅速增加。

需解决的主要技术难题

在高盐、高COD工业废水处理中，盐类可通过蒸发结晶、膜过滤等方法回收，而高有机物浓度将直接影响蒸发结晶效率、加剧膜污染、降低盐回收效率，使盐类回收成本及能耗大幅增加，同时影响废水的达标回用。故，有机物浓度的有效控制是高盐、高COD工业废水处理、盐类回收及废水回用中的关键问题。高级氧化技术（AOPs）是高盐、高COD废水中难降解有机污染物无害化处置的最有效方法之一，可原位产生羟基自由基（·OH，φ = 2.8 V）等高活性自由基将有机污染物氧化^[5]。但利用AOPs将有机物完全矿化需大幅延长反应时间，极大地增加了能耗（如：臭氧发生器、紫外光源等）及药耗（如：氧化剂、pH调节剂等）^[6]。除将有机物完全矿化外，AOPs还可有效降解难生化有机物，降低废水生物毒性，提高废水可生化性（BOD₅/COD比）。实践证明，与AOPs完全矿化污染物的方法相比，将AOPs与生物处理技术相结合处理工业废水可大幅降低处理成本。因此，AOPs与生物处理技术联用作为高盐、高COD废水的有机污染物控制工艺具有广阔的应用前景^[7]。但在应用中需要解决以下两大“卡脖子”难题：1）高盐条件下，无机盐离子易抑制或猝灭AOPs中氧化自由基的产生，导致氧化效率降低，增加处理成本；2）工业废水条件下，高盐浓度及有机物生物毒性易对普通生物处理系统产生抑制，使其处理效率大幅降低，且难以稳定运行。

期望实现的主要技术目标

高盐、高COD工业废水具有产生量大，污染物种类复杂，可生化性低等特点。与生活污水不同，高盐、高COD废水通常含有大量具有生物毒性的难降解有机物，普通氧化和生物处理在高盐条件下难以有效降解。如果管理不善，将会对环境和社会造成无法估量和挽回的后果，进一步加重我国资源短缺和生态环境破坏等问题。除了政策执行、监管力度等因素，技术因素也制约着高盐、高COD废水的处置，那么如何从技术层面打破当前处理困局成为行业内不得不直面的问题。

臭氧氧化技术和Fe-C微电解技术已经在废水处理方面得到了广泛关注。依靠臭氧自身的强氧化性及催化过程产生的高活性自由基，有望在高盐条件下实现废水中简单有机物的完全矿化和难降解有机物的初步降解，同时，在微泡群的作用下，整个体系的传质效应被强化，大大提高了催化剂的催化效率和废水的处理效率。Fe-C微电解不仅可以以类Fenton反应有效去除废水中的有机污染物，还可以协同强化生物处理过程，这就为生物处理工艺在高盐、高COD条件下的高效稳定运行提供了可能。臭氧催化氧化和Fe-C微电解技术均拥有反应迅速、成本低廉、操作方便、维护费用低、易实现规模化等优势，对水中的大多数污染物质具有较好的去除效果。

在本项目将致力于研发适于高盐、高COD工业废水处理的新型催化材料及其催化臭氧化技术、新型Fe-C原电池材料及其原位耦合生物处理技术，并在企业实现技术示范，材料、技术及示范工程将在各类工业废水的处理中推广，具有广阔的应用前景。