分析工業(yè)廢水特點(diǎn)及處理方法

唐寶玲，劉慧麗

1.上海坤茂環(huán)境工程有限公司；2.通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司

長期以來，工業(yè)廢水一直是全球廢水產(chǎn)生的主要原因。來自不同行業(yè)的工業(yè)廢水是水污染加劇的原因之一。通常，不同行業(yè)排放的廢水具有較高的生物需氧量、化學(xué)需氧量、總固體、總?cè)芙夤腆w、鈉、鉀、鈣和鎂等金屬、總硬度、總磷酸鹽、硫酸鹽和氮。此外，溶解氧的含量通常低于正常范圍。重金屬也是工業(yè)廢水中的主要污染物。如鉛、砷、銅、鋅、鉻、鎘、汞和鎳，是廢水中最常見的重金屬，對人類健康具有重大危害，對生態(tài)系統(tǒng)具有重大毒性。

一、工業(yè)廢水的特點(diǎn)

（一）電廠脫硫廢水

脫硫廢水是一種新型的火力發(fā)電廠廢水，它是在國家加強(qiáng)大氣環(huán)境污染源控制后的新型產(chǎn)物。鍋爐煙氣濕法脫硫(石灰石/石膏法）過程中吸收塔的排放水。其高濁度、高硬度,高含鹽量、污染物種類多,且不同電廠水質(zhì)波動(dòng)大。

（二）印染工業(yè)廢水

印染廢水是指以加工棉、麻、化學(xué)纖維及其混紡產(chǎn)品、絲綢為主的印染、毛織染整及絲綢廠等排出的廢水。小型印染企業(yè)直接排放的廢水有機(jī)質(zhì)濃度高、鹽度高，且有機(jī)物難以降解，已成為工業(yè)廢水處理領(lǐng)域的難題。未經(jīng)處理的排放會(huì)嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，造成水質(zhì)混濁。

（三）造紙廢水

依據(jù)制漿造紙工藝以及紙種、所添加化學(xué)藥品的差異，產(chǎn)生的廢水也有很大不同。造紙工業(yè)廢水的特點(diǎn)是廢水排放量大，BOD高，廢水中纖維懸浮物多，而且含二價(jià)硫和帶色，并有硫醇類惡臭氣味。

（四）染料生產(chǎn)廢水

染料生產(chǎn)廢水中含有酸、堿、鹽、鹵、烴、胺、硝基等物質(zhì)和染料及其中間產(chǎn)物，部分還含有吡啶、氰、酚、聯(lián)苯胺和重金屬汞、鎘、鉻等。廢水成分比較復(fù)雜，有毒且難以處理。

（五）食品工業(yè)廢水

由于食品加工廠生產(chǎn)食品的種類不同，食品工業(yè)廢水中的有害物質(zhì)也不盡相同。但大多數(shù)食品加工污水中有很高的氮、磷元素以及各種微生物，包含致病微生物。廢水易腐敗發(fā)臭，并且隨著季節(jié)而變化。食品加工污水也多以有機(jī)物質(zhì)為主，不含有毒物質(zhì)，可以通過生物降解。

（六）農(nóng)藥廢水

人們認(rèn)為，農(nóng)藥和化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的廢水中含有有毒和不可生物降解的化合物。在處理工業(yè)廢水之前，需要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。未完全處理的生產(chǎn)廢水和來自農(nóng)業(yè)地區(qū)的地表徑，流是農(nóng)藥進(jìn)入水生基質(zhì)的主要途徑。

（七）含氰廢水

鋼鐵廠在不同的過程中，包括廢物轉(zhuǎn)移、冷卻和粉塵控制，需要使用大量的水。工藝完成后，產(chǎn)生的廢水含有不同的污染物，如苯酚、氨、氰化物、氯和其他幾種有毒物質(zhì)。在污染物中，氰化物是一種極其危險(xiǎn)的成分，因?yàn)樗鼘λ腿祟惿罹哂兄旅挠绊?。這些廢水的處理效率在很大程度上受到干擾元素不同組合的影響，如硫氰酸鹽、氨、苯酚等。

（八）含酚廢水

苯酚是一種芳香族化合物，在各類廢水中大量存在。含酚廢水是當(dāng)今世界上來源廣泛、水質(zhì)危害嚴(yán)重的工業(yè)廢水。它是環(huán)境中水污染的重要來源。苯酚是一種很難降解的有機(jī)物質(zhì)。當(dāng)它們排入水體時(shí)，會(huì)對人類、動(dòng)物和植物造成嚴(yán)重的傷害。酚類物質(zhì)會(huì)損害人體神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致厭食癥和失眠。當(dāng)河流中的苯酚含量過高時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致魚類和水生植物的死亡。用含酚量高的水灌溉作物會(huì)減少作物產(chǎn)量，甚至不收獲。

（九）含汞廢水

汞污染已成為一個(gè)全球性問題，其具有遠(yuǎn)程移動(dòng)性。其揮發(fā)性、彌散性的大氣特性，使汞有可能被運(yùn)送到遠(yuǎn)離源頭的地區(qū)，甚至在北極地區(qū)。它在自然環(huán)境中不會(huì)分解。因?yàn)榧谆M(jìn)入機(jī)體后很難排出。因此，人類處于食物鏈的頂端，汞污染的風(fēng)險(xiǎn)最高。

（十）重金屬廢水

在眾多的工業(yè)廢水中，重金屬工業(yè)廢水是危害最大的。重金屬污染管理不力，已逐漸造成嚴(yán)重后果。一些流域和地區(qū)重金屬重大污染事件頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。以工業(yè)廢水為主要排放源的水生態(tài)系統(tǒng)中，重金屬離子的污染已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)重的問題，對人類和其他生物的危害也越來越嚴(yán)重。重金屬一旦進(jìn)入人體，就會(huì)在人體中積累，對人體造成損害。鉛、汞、鎘、鉻、鋅和銅離子被認(rèn)為是必須從廢水中去除的污染物。特別是鉛會(huì)加熱造血系統(tǒng)，導(dǎo)致貧血、腦病、肝炎等。由于廢水是疾病的主要來源，并阻礙人類的可持續(xù)發(fā)展。因此需要對其進(jìn)行處理，以便將污染物降解成毒性較小的形式。

（十一）冶金廢水

2011年，中國原鋼鐵企業(yè)排放的廢水達(dá)6.3億立方米。在稀土冶金行業(yè)，每生產(chǎn)一噸稀土氧化物或其他凈化化合物，產(chǎn)生的廢水約為60-100噸。其主要包括重金屬工業(yè)含氟、含硫廢水、稀土濕法冶金酸堿廢水、高濃度氨氮(NH3-N)廢水、貴金屬工業(yè)氰化廢水、電鍍廢水和有機(jī)氯化物廢水雖然數(shù)量相對較少，但也含有危害。

（十二）酸性廢水

年我國大約要排出工業(yè)廢酸近百萬立方米，化工廠、化纖廠、金屬表面處理行業(yè)及電鍍行業(yè)等在其制酸和用酸的過程中，會(huì)排出大量的酸性廢水。直接排放酸性廢水會(huì)腐蝕管道，危害人類身體健康，導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降。

（十三）選礦廢水

選礦具有許多懸浮的固態(tài)物質(zhì)和有害物質(zhì)，且種類繁多。有害物質(zhì)包括重金屬離子和選礦劑。重金屬離子包括銅、鋅、鉛、鎳、鋇、鎘、砷以及稀有元素。選礦過程中添加的浮選劑有:捕收劑、抑制劑、活性劑、硫化劑、發(fā)泡劑等。

（十四）含油廢水

隨著工業(yè)的發(fā)展，石油的使用量不斷增加。但各種技術(shù)和管理發(fā)展滯后等原因不完善，使得大量的石油進(jìn)入水中，形成污染。含油廢水會(huì)影響人們?nèi)粘５纳钣盟约暗叵滤M(jìn)而對人體的健康造成不可磨滅的傷害。同時(shí)也會(huì)污染大氣層，危害空氣質(zhì)量。影響作物的產(chǎn)量。

（十五）堿性廢水

堿性廢水具有堿性強(qiáng)、濃度高、毒性大及生物法處理難度大的特點(diǎn),會(huì)對環(huán)境造成重大危害。一些堿性廢水中含有有機(jī)堿或無機(jī)堿，具有很強(qiáng)的腐蝕性，需要經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚聿拍芘欧拧?/p>

二、工業(yè)廢水處理的研究新進(jìn)展

（一）納濾膜

在過去幾年中，膜技術(shù)在廢水處理行業(yè)越來越流行，用于生產(chǎn)、家庭及工業(yè)淡水。根據(jù)膜的壓力梯度，膜技術(shù)可分為微濾、超濾、納濾和反滲透。納濾技術(shù)和反滲透技術(shù)是在膜過濾的主罩下，對半透膜施加高壓和剪切力的兩種技術(shù)。盡管超濾和反滲透技術(shù)已廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)，但它們?nèi)杂幸恍┚窒扌?。如膜污染和小化學(xué)品的不滯留，限制了它們的使用。

納濾過程中，在5-35bar的工作壓力下，通過半透式納濾膜(通常孔徑為1-5nm)，將低分子量溶質(zhì)分離出來。納濾膜對污染物的分離，取決于顆粒大小的變化和電荷類型(離子污染物)。

納濾膜已成功應(yīng)用于各種工業(yè)廢水的處理。在一項(xiàng)研究中，采用膜式納濾膜4040-TS80-TSF處理蠟染工業(yè)廢水。膜通量穩(wěn)定，對廢水中所有染料的去除率均在80%以上。用AFC-40納濾膜處理含鋅工業(yè)廢水，也得到了類似的結(jié)果。納濾膜也可以與其他技術(shù)相結(jié)合，以更有效地處理廢水。采用膜生物反應(yīng)器(MBR)技術(shù)處理乳業(yè)廢水。然而，滲透液中溶解固體含量高，使其無法被重復(fù)利用。因此，使用納濾膜處理膜生物反應(yīng)器滲透液，以去除這些固體。膜生物反應(yīng)器-納濾膜組合系統(tǒng)對COD的去除率為99.9%，對固體廢物的去除率為93.1%。

（二）微藻廢水處理

使用微藻進(jìn)行廢水處理，是傳統(tǒng)處理技術(shù)的一種可持續(xù)且環(huán)保的替代方法。落在廢水表面的陽光，可以被微藻用來生長并同時(shí)去除污染物。微藻也可以在干燥環(huán)境和高鹽廢水中生長。此外，大約2千克的二氧化碳可以產(chǎn)生1千克的藻類生物量，由此提供了一個(gè)處理廢水并隔離二氧化碳的機(jī)會(huì)。廢水中的污染物被微藻吸收為營養(yǎng)物質(zhì)，并被吸收用于生長。因此，微藻可以用作降低BOD和COD以及去除廢水中污染物的潛在藥劑。為此，可以使用來自工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)業(yè)、家庭、畜牧業(yè)和食品加工業(yè)的廢水，這些廢水富含微藻生長所需的有機(jī)物和微量營養(yǎng)物質(zhì)。

利用微藻處理廢水被稱為藻核降解。使工業(yè)能夠以極低的化學(xué)物質(zhì)用量處理廢水，并降低與傳統(tǒng)技術(shù)相關(guān)的能源成本。微藻可以用來去除廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬、病原體、染料和更多的污染物。此外，它們還可以通過光合作用產(chǎn)生氧氣來降低BOD。微藻廢水處理的原理為采用滾道池和光生物反應(yīng)器培養(yǎng)微藻。

（三）微生物燃料電池

微生物燃料電池是一種生物催化的電化學(xué)系統(tǒng)，通常在缺氧的情況下，在產(chǎn)電微生物的幫助下，通過一系列氧化還原反應(yīng)，將儲(chǔ)存在有機(jī)基質(zhì)鍵中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。微生物燃料電池內(nèi)發(fā)生的氧化-還原反應(yīng)，是葡萄糖、甘油、蘋果酸和硫作為底物。在微生物燃料電池中，有機(jī)分子通過催化還原分子的氧化充當(dāng)微生物，尤其是細(xì)菌生長的基質(zhì)。在這個(gè)過程中產(chǎn)生的電子，通過各種呼吸酶，導(dǎo)致產(chǎn)生化學(xué)能量梯度，進(jìn)一步用于產(chǎn)生電能。

除了發(fā)電，微生物燃料電池還可以用來解決另一個(gè)全球性的挑戰(zhàn)，那就是廢水處理。在微生物燃料電池內(nèi)部，細(xì)菌被用來催化底物的降解，并產(chǎn)生和維持當(dāng)前的流動(dòng)。因此，利用來自不同合成工業(yè)廢水中的有機(jī)物等污染物，作為細(xì)菌降解的基質(zhì)，發(fā)電可以與廢水的處理相結(jié)合。此外，，微生物燃料電池技術(shù)在廢水處理效率和發(fā)電方面有了很大的提高。微生物燃料電池具有顯著的污染物去除性能，COD去除率達(dá)到大于90%。

（四）生物炭技術(shù)

生物炭是一種多孔炭化材料，通過熱解或熱化學(xué)分解生物質(zhì)，在缺氧的情況下產(chǎn)生。由于生物炭具有廣闊的表面積、大量的孔隙、含氧外官能團(tuán)和經(jīng)濟(jì)可行性，可有效用于去除各種有機(jī)和無機(jī)污染物。此外，生物炭可以利用有機(jī)肥、污水污泥和木質(zhì)纖維素生物質(zhì)等有機(jī)廢物作為基質(zhì)制備，從而減少了制備過程中化學(xué)品的使用。來自污水污泥的生物炭富含礦物質(zhì)，具有高孔隙度，含有所需的功能基團(tuán)，并具有大量能夠吸附污染物的優(yōu)點(diǎn)。污泥衍生生物炭的這些特性，使它們成為工業(yè)廢水有效處理的候選材料。生物炭通過各種機(jī)制去除污染物，如物理吸附、表面沉淀、靜電相互作用、孔隙填充、表面絡(luò)合和離子交換。被去除的吸附劑和污染物的物理化學(xué)特性的變化，歸因于不同的吸附機(jī)理。

三、工業(yè)廢水處理方法的優(yōu)勢與局限性

（一）納濾膜

與其他傳統(tǒng)過濾技術(shù)相比有許多優(yōu)點(diǎn)。通過納濾，可以在不添加鈉離子的情況下，從硬質(zhì)廢水中有效地去除鈣、鎂等金屬離子。因此，在軟化廢水時(shí)，納濾膜不需要添加額外的化學(xué)物質(zhì)。在過去的50年里，其他處理技術(shù)都需要添加額外的化學(xué)物質(zhì)。

與蒸餾不同，納濾膜不需要加熱和冷卻進(jìn)料，從而有效減少了分離費(fèi)用。此外，在分離納濾單元中的分子時(shí)，不需要磁力攪拌。綜上所提，納濾可滿足大進(jìn)料量、濾液連續(xù)穩(wěn)定出料速度的要求。因此，納濾膜可用于處理相當(dāng)大的進(jìn)料量、穩(wěn)定的流量和高的去除效率。然而，由于納米孔徑的存在，納濾膜在工業(yè)上的應(yīng)用受到限制。此外，納濾膜的污染、不帶電溶質(zhì)的分離不足、滯留物的處理、膜壽命短以及對化學(xué)品的抵抗力低都與納濾有關(guān)。

（二）微藻廢水處理

與其他技術(shù)相比，微藻廢水處理有許多好處。微藻不僅有助于廢水處理，還能產(chǎn)生生物量，用作肥料、動(dòng)物飼料、生物燃料生產(chǎn)的基質(zhì)，并有更多的工業(yè)應(yīng)用。此外，微藻廢水處理是一種低成本、環(huán)境友好的方法，用于去除有毒污染物和回收有價(jià)金屬。然而，微藻廢水處理也面臨一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括對大片土地的要求、環(huán)境和工作條件對處理效率的影響、從處理過的廢水中分離微藻生物量等，限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。廢水的特性也會(huì)影響藻類的生長。例如，幾種微藻對氨水有毒，氨水可能存在于工業(yè)廢水的高濃度中。除非將廢水的pH值校準(zhǔn)到適當(dāng)?shù)姆秶?，否則微藻無法在廢水上高效生長。有時(shí)，氮和磷的水平，可能不足以支持微藻的生長，從而降低總生物量，說明處理過程在長期內(nèi)不可行。

（三）微生物燃料電池

微生物燃料電池是一種很有前途、同時(shí)產(chǎn)生電能的廢水處理技術(shù)。但這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。使用昂貴的電極作為陰極和陽極，降低了其用于工業(yè)廢水處理的可行性。然而，微生物燃料電池發(fā)電，可以降低其運(yùn)營費(fèi)用。此外，處理后排放到環(huán)境中的污泥數(shù)量非常少。低功率密度、活化、濃度、歐姆損耗等其他挑戰(zhàn)，限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。

（四）生物炭技術(shù)

盡管在去除廢水中的各種污染物方面具有很大的潛力，但控制生物炭吸附過程的機(jī)制尚不完全清楚。如與廢水處理中生物炭的大規(guī)模商業(yè)化相關(guān)的一些問題，包括生產(chǎn)成本增加、穩(wěn)定性降低、嵌入材料的浸出、復(fù)雜的改性方法等。

四、結(jié)語

利用新技術(shù)處理工業(yè)廢水，是當(dāng)前廢水處理研究領(lǐng)域的重要方向之一。新技術(shù)的開發(fā)和實(shí)施，將解決由于工業(yè)廢水中排放污染物而導(dǎo)致的飲用水短缺和安全、環(huán)境威脅、社區(qū)擴(kuò)大導(dǎo)致的人口增加、城市化和衛(wèi)生等關(guān)鍵問題。作為一項(xiàng)挑戰(zhàn)，世界各地的研究人員、學(xué)者和工業(yè)研發(fā)部門都在關(guān)注一些新技術(shù)，以克服這些限制。

納濾膜、微藻廢水處理、微生物燃料電池、生物炭等新方法的應(yīng)用，有望成為一種極具前景的、高效、省時(shí)、節(jié)能、環(huán)保、廉價(jià)的工業(yè)廢水凈化技術(shù)。然而，對于納濾技術(shù)中納米材料的使用，需要計(jì)算機(jī)數(shù)字監(jiān)測方法，能夠建議、預(yù)測和測量水中有限數(shù)量的納米粒子。此外，采用納濾膜、微藻廢水處理、微生物燃料電池、生物炭技術(shù)等新技術(shù)處理工業(yè)廢水污染物已成為一種趨勢。

然而，在工業(yè)廢水處理研究領(lǐng)域，正日漸需要新技術(shù)通過消除毒素和相關(guān)的污染，改善工業(yè)廢水的質(zhì)量。這也要求未來研究工業(yè)廢水處理的新方法，具有經(jīng)濟(jì)有效、生態(tài)友好、大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和易商業(yè)化的優(yōu)點(diǎn)。