工業(yè)廢水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢

王泳超

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，污染物排放總量也在快速增長，水環(huán)境污染已從城市蔓延至縣城，從縣城擴(kuò)散到鄉(xiāng)村，工業(yè)污染對水環(huán)境的影響尤為嚴(yán)重。在國家“水十條”、PPP等政策的推動下，水污染治理在尋求高效處理方式的同時(shí)，更加注重污水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，而2020年的“可再生能源發(fā)展目標(biāo)”敦促著工業(yè)企業(yè)降低對淡水的依賴，對工業(yè)廢水進(jìn)行深度處理回收再利用——把握行業(yè)發(fā)展方向是科學(xué)研究的重中之重。

【Abstract】With the rapid development of China's economy and society， the total pollutant emissions are also growing rapidly. The pollution of water environment has spread from the city to the county and from the county to the countryside. The impact of industrial pollution on the water environment is especially serious. Under the promotion of the "water pollution control action plan" and PPP and other polices， while seeking efficient treatment methods for water pollution treatment， more attention should be paid to the design and innovation of watewater treatment facilities. The 2020 "renewable energy development goal" urges industrial enterprises to reduce their reliance on fresh water， and realize the advanced treatment and recycling of industrial wastewater. Grasping the development direction of the industry is the top priority of scientific research.

【關(guān)鍵詞】工業(yè)廢水；處理回用；發(fā)展趨勢

【Keywords】 industrial wastewater； processing and reuse； development trend

【中圖分類號】F407.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）09-0165-03

1 工業(yè)廢水處理的主要工藝與發(fā)展趨勢

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展無法改變我國水資源極度匱乏的現(xiàn)狀，我國作為人口第一大國，全球水資源占有率僅為8%，人均可再生水資源量僅為世界平均水平的25%[1]。水資源短缺促使國家對廢水處理技術(shù)的投入力度不斷加大，工業(yè)廢水處理領(lǐng)域常用的傳統(tǒng)生物處理技術(shù)、高級氧化技術(shù)、膜技術(shù)、生物濾池技術(shù)等都是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。以下是工業(yè)企業(yè)常用水處理技術(shù)的幾種代表工藝：

1.1 厭氧生物處理

厭氧生物處理屬于傳統(tǒng)生物處理技術(shù)，它通過厭氧消化細(xì)菌在不存在氧氣的環(huán)境中將有機(jī)化合物降解為CO2和CH4，與好氧生物處理系統(tǒng)相比，厭氧系統(tǒng)具有COD去除率高、污泥產(chǎn)量低、產(chǎn)甲烷等優(yōu)點(diǎn)，但厭氧處理后的廢水一般都無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，仍需后續(xù)工藝進(jìn)一步處理。當(dāng)前對厭氧工藝的研究重點(diǎn)集中在如何提高消化效率和厭氧組合處理工藝（如上流式厭氧污泥床UASB、序批式厭氧反應(yīng)器SBR等）上，對工業(yè)廢水的處理應(yīng)用將得到進(jìn)一步推廣。

1.2 好氧生物處理

好氧生物處理技術(shù)已經(jīng)有一百多年的歷史了，因其流程簡單、成本低廉，且具有良好的處理效果，得到了深入研究與改進(jìn)。在好氧系統(tǒng)中，好氧細(xì)菌在氧氣存在的環(huán)境中對有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行降解，處理時(shí)間和所需的氧氣或空氣的量隨著廢水有機(jī)污染物濃度的增加而增加。在使用物理化學(xué)或厭氧工藝后，廢水中的難降解有機(jī)污染物被斷鏈降解為易降解基質(zhì)，廢水BOD值得到有效提高，好氧工藝通常用于此類過程的后續(xù)處理，使廢水達(dá)到最終的處理標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 固定型微生物-曝氣生物型濾池

固定型微生物-曝氣生物型濾池（IBAF）以固定型微生物處理技術(shù)（IM）為基礎(chǔ)，結(jié)合曝氣生物型濾池（BAF）的相關(guān)特性而形成的廢水生化處理技術(shù)。對比曝氣生物型濾池，IBAF技術(shù)采用懸浮大孔型載體結(jié)構(gòu)，比表面積更大（80m2/g）、孔隙率更高（98%）[2]。同時(shí)，借助分子設(shè)計(jì)選育微生物，在IBAF載體內(nèi)部引入大量活性與強(qiáng)極性基團(tuán)，基團(tuán)可隨廢水COD濃度不斷調(diào)節(jié)生長，并通過微生物固定載體使體系具有很高的抗沖擊能力，有效防范系統(tǒng)阻塞。采用IBAF技術(shù)可以取消后續(xù)二沉池，使操作監(jiān)管更為簡單合理。

1.4 鐵碳微電解

鐵碳微電解技術(shù)另稱鐵碳內(nèi)電解法，它利用鐵的陽離子Fe2+、Fe3+與碳元素形成原電池反應(yīng)，對水中污染物質(zhì)產(chǎn)生氧化還原作用，它可歸類于高級氧化工藝電化學(xué)氧化法的一種。鐵碳微電解技術(shù)利用鐵離子與碳元素之間形成的無數(shù)個(gè)微小鐵碳原電池單元，形成正負(fù)電壓差，活性電子不斷向兩級靠攏，使惰性有機(jī)物的活性增加，通過電解反應(yīng)使污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化降解。鐵碳微電解技術(shù)只需在酸性環(huán)境中投入鐵和碳顆粒即可實(shí)現(xiàn)不錯(cuò)的處理效果，該技術(shù)目前在實(shí)際工業(yè)廢水治理中得到廣泛使用。

1.5 頻繁倒極電滲析

頻繁倒極電滲析（EDR）屬于電滲析技術(shù)（ED）的改良型，主要由電滲析結(jié)構(gòu)本體、整流器和自動倒級系統(tǒng)組成。ED技術(shù)通過制造直流電場使陰陽離子分別通過陽離子交換膜和陰離子交換膜，從而去除廢水中的陰陽離子，而EDR技術(shù)通過設(shè)置倒級系統(tǒng)，直流電廠的正負(fù)電極每隔15～20min互換一次，使離子反向流動，起到自動清洗離子交換膜的作用。EDR技術(shù)可以有效去除工業(yè)廢水中的Fe、Ca、As、Ra、SO42-、Ni2+和硝酸鹽等[3]。EDR的使用是電滲析技術(shù)的一大突破，目前已被用于電鍍廢水、電池制造廢水等工業(yè)廢水處理過程，對重金屬類離子擁有95%以上的處理效率[4]。

1.6 持續(xù)微濾聯(lián)合反滲透

該方案屬于膜技術(shù)的組合應(yīng)用。原水通過管道運(yùn)送至混合攪拌池，根據(jù)水量與水質(zhì)的不同進(jìn)行配比混合，通過持續(xù)微濾（CMF）內(nèi)部的供水泵提升至預(yù)過濾器清除>0.5mm的一類顆粒物，以保護(hù)微濾膜、降低反洗頻次，增長使用年限。預(yù)過濾出水進(jìn)入微濾膜內(nèi)部進(jìn)行處理，憑借微濾膜自身的孔徑特征，大量病菌與細(xì)小顆粒物等都能被攔截清除。通過CMF處理的出水再進(jìn)入反滲透（RO）的膜組件內(nèi)部進(jìn)行深度處理，清除>10A的一類溶解型固體顆粒物，出水可達(dá)到較高的回用水標(biāo)準(zhǔn)，一般在工業(yè)中被用于循環(huán)冷卻水甚至更高標(biāo)準(zhǔn)的耗水工藝中。目前，膜技術(shù)與其他廢水處理技術(shù)（如傳統(tǒng)生物氧化技術(shù)）的組合應(yīng)用成為研究主流，未來的研發(fā)重點(diǎn)在于優(yōu)質(zhì)膜的研發(fā)與處理過程的智能化管理[5]。

目前，工業(yè)廢水依然是全球水處理技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)，關(guān)注方向從批量處理技術(shù)向特殊水質(zhì)、特定污染物的定向處理技術(shù)轉(zhuǎn)移，如針對重金屬工業(yè)廢水的壓載電絮凝技術(shù)[6]、用于深度回用的冷凍處理技術(shù)[7]、用于高濃度有機(jī)廢水處理的光催化氧化技術(shù)[8]、用于成分復(fù)雜廢水處理的反流化床MBR技術(shù)[9]等都是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

2 工業(yè)廢水處理面臨的主要問題

2.1 處理成本高昂

工業(yè)廢水根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)方式的不同往往含有大量有機(jī)污染物、重金屬、無機(jī)離子、酸堿離子等有害污染物質(zhì)，通常要經(jīng)過萃取、吸附、化學(xué)氧化、生物降解等多種工藝的聯(lián)合處理過程才能處理至達(dá)標(biāo)排放或回用，目前工藝成熟、處理高效且成本低廉的只有生物降解等少數(shù)傳統(tǒng)工藝，而生物降解對有機(jī)物的處理能力受到有機(jī)物種類的影響較大，處理工業(yè)廢水需要和其他工藝結(jié)合。這使工業(yè)廢水處理成本往往要比生活污水高50%以上[10]，綜合處理成本依然較高。如何提高生物處理的活性污泥比表面積、降低化學(xué)處理的藥劑投加量、提升物理吸附效率等依然是當(dāng)前面臨的主要問題。

2.2 特殊污染物的應(yīng)對

工業(yè)廢水的污染物質(zhì)含量大、種類多，通常還含有一些特殊污染物，如有生物毒性的含酚廢水、含汞廢水、高重金屬廢水、苯類有機(jī)廢水等，傳統(tǒng)生物處理工藝難于去除，需要采用高級氧化、離子交換、膜技術(shù)等新工藝進(jìn)行特殊處理。目前，對工業(yè)廢水研究的主要方向包括對特定工業(yè)處理過程的廢水處理研究、對特殊污染物質(zhì)的定向去除研究和對組合處理工藝的專項(xiàng)優(yōu)化研究三個(gè)方向，在一項(xiàng)研究中三個(gè)方向往往是同時(shí)進(jìn)行的，對特殊污染物質(zhì)的應(yīng)對通常是決定最終處理成本的核心因素，對它的定向研究依然十分重要。

2.3 除臭技術(shù)有待提升

目前常用的除臭方法有化學(xué)藥劑吸收法、土壤法及生物法、活性炭吸附法等。其中，生物除臭技術(shù)憑借成本低、效果好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，尾氣可穩(wěn)定達(dá)到國家中二級排放標(biāo)準(zhǔn)[11]，滿足工業(yè)區(qū)域排放要求。但隨著國家土地資源的深度開發(fā)，城市功能板塊漸趨緊密，百姓對居住環(huán)境的美好愿景越發(fā)強(qiáng)烈，國家廢水污染處置場所的除臭指標(biāo)必將愈趨嚴(yán)苛，除臭提改技術(shù)及其應(yīng)對方案將成為未來工業(yè)污水處理新課題。

3 工業(yè)廢水處理行業(yè)的未來趨勢

3.1 明確的回用要求

工業(yè)是我國水資源消耗大戶，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程都會用到水，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2016年工業(yè)用水量達(dá)到1380億立方米，是居民生活用水量的1.6倍[12]。但對于工業(yè)生產(chǎn)來說，并非所有耗水過程都需要使用淡水資源，工業(yè)廢水回用可以有效降低對淡水的依賴。通過采用工業(yè)總水系統(tǒng)規(guī)劃模型和自動化設(shè)計(jì)體系[13]對工業(yè)用水過程進(jìn)行系統(tǒng)分析、全局規(guī)劃，可以有效提高工業(yè)廢水回用率、降低工業(yè)耗水量，是未來工業(yè)水處理技術(shù)的重要發(fā)展方向[14]。

3.2 注重土地資源節(jié)約

我國各大中城市的土地資源極度短缺，尤其是在城市核心區(qū)域或中心地段，每寸土地都充滿了巨大的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，“環(huán)境友好、土地節(jié)約”逐漸成為我國廢水處理技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。對于工業(yè)企業(yè)來說，土地是業(yè)務(wù)拓展的依托資源，土地節(jié)約的一體化設(shè)備或下沉式技術(shù)，對于工業(yè)企業(yè)來說極具吸引力。下沉式處理技術(shù)在國內(nèi)生活污水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，它將污水處理設(shè)施潛入地下，地面配以商業(yè)區(qū)、休閑公園等娛樂設(shè)施，可以明顯改善工業(yè)園區(qū)生態(tài)環(huán)境，提高員工舒適度，將處理設(shè)施轉(zhuǎn)換為高附加值的正資產(chǎn)。

3.3 自動化管理創(chuàng)新

廢水處理設(shè)施的自動化管理在國外已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，獲得2017年全球水獎(jiǎng)“年度技術(shù)突破獎(jiǎng)”的“基于人工智能的膜控制系統(tǒng)IntelliFlux”技術(shù)便是全球探索廢水自動化處理的最新突破，IntelliFlux系統(tǒng)通過感應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)來制定最佳的操作及保養(yǎng)參數(shù)，從而充分優(yōu)化膜處理性能，顯著降低運(yùn)營成本，目前被用于處理加利福尼亞州石化廢水的農(nóng)業(yè)回用。我國工業(yè)廢水處理現(xiàn)已開始自動化發(fā)展進(jìn)程，但仍處于初級階段，未來深度的廢水自動化處理廠必將成為主流趨勢。

4 結(jié)語

綜上所述，在我國現(xiàn)階段的工業(yè)系統(tǒng)環(huán)境治理中，依然存在許多水資源污染與浪費(fèi)問題，工業(yè)廢水排放與回用已成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)。工業(yè)企業(yè)要實(shí)現(xiàn)廢水的高效治理，首先要繼續(xù)研究優(yōu)化廢水處理技術(shù)、降低處理成本，落實(shí)企業(yè)的社會與環(huán)保責(zé)任，不斷完善自身水資源保護(hù)和循環(huán)利用體系；其次，應(yīng)創(chuàng)新開展各種廢水處理工藝和回用技術(shù)的落地研究，將紙面的技術(shù)轉(zhuǎn)換為工程實(shí)際，在實(shí)踐操作中繼續(xù)優(yōu)化工程技術(shù)理論和運(yùn)營管理方法，降低資源消耗、提升環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)企業(yè)環(huán)保體系和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)化。

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