工業廢水處理技術發展趨勢

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【摘要】隨著我國經濟社會的高速發展，污染物排放總量也在快速增長，水環境污染已從城市蔓延至縣城，從縣城擴散到鄉村，工業污染對水環境的影響尤為嚴重。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，更加注重污水處理設施的設計與創新，而2020年的“可再生能源發展目標”敦促著工業企業降低對淡水的依賴，對工業廢水進行深度處理回收再利用———把握行業發展方向是科學研究的重中之重。

【關鍵詞】工業廢水；處理回用；發展趨勢

1工業廢水處理的主要工藝與發展趨勢

經濟的發展無法改變我國水資源極度匱乏的現狀，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的投入力度不斷加大，工業廢水處理領域常用的傳統生物處理技術、高級氧化技術、膜技術、生物濾池技術等都是當前的研究重點。以下是工業企業常用水處理技術的幾種代表工藝：1.1厭氧生物處理。厭氧生物處理屬于傳統生物處理技術，它通過厭氧消化細菌在不存在氧氣的環境中將有機化合物降解為CO2和CH4，與好氧生物處理系統相比，厭氧系統具有COD去除率高、污泥產量低、產甲烷等優點，但厭氧處理后的廢水一般都無法達到排放標準，仍需后續工藝進一步處理。當前對厭氧工藝的研究重點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、序批式厭氧反應器SBR等）上，對工業廢水的處理應用將得到進一步推廣。1.2好氧生物處理。好氧生物處理技術已經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。在好氧系統中，好氧細菌在氧氣存在的環境中對有機物質進行降解，處理時間和所需的氧氣或空氣的量隨著廢水有機污染物濃度的增加而增加。在使用物理化學或厭氧工藝后，廢水中的難降解有機污染物被斷鏈降解為易降解基質，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處理，使廢水達到最終的處理標準。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（IM）為基礎，結合曝氣生物型濾池（BAF）的相關特性而形成的廢水生化處理技術。對比曝氣生物型濾池，IBAF技術采用懸浮大孔型載體結構，比表面積更大（80m2/g）、孔隙率更高（98%）[2]。同時，借助分子設計選育微生物，在IBAF載體內部引入大量活性與強極性基團，基團可隨廢水COD濃度不斷調節生長，并通過微生物固定載體使體系具有很高的抗沖擊能力，有效防范系統阻塞。采用IBAF技術可以取消后續二沉池，使操作監管更為簡單合理。1.4鐵碳微電解。鐵碳微電解技術另稱鐵碳內電解法，它利用鐵的陽離子Fe2+、Fe3+與碳元素形成原電池反應，對水中污染物質產生氧化還原作用，它可歸類于高級氧化工藝電化學氧化法的一種。鐵碳微電解技術利用鐵離子與碳元素之間形成的無數個微小鐵碳原電池單元，形成正負電壓差，活性電子不斷向兩級靠攏，使惰性有機物的活性增加，通過電解反應使污染物質轉化降解。鐵碳微電解技術只需在酸性環境中投入鐵和碳顆粒即可實現不錯的處理效果，該技術目前在實際工業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（ED）的改良型，主要由電滲析結構本體、整流器和自動倒級系統組成。ED技術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技術通過設置倒級系統，直流電廠的正負電極每隔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技術可以有效去除工業廢水中的Fe、Ca、As、Ra、SO42-、Ni2+和硝酸鹽等[3]。EDR的使用是電滲析技術的一大突破，目前已被用于電鍍廢水、電池制造廢水等工業廢水處理過程，對重金屬類離子擁有95%以上的處理效率[4]。1.6持續微濾聯合反滲透。該方案屬于膜技術的組合應用。原水通過管道運送至混合攪拌池，根據水量與水質的不同進行配比混合，通過持續微濾（CMF）內部的供水泵提升至預過濾器清除＞0.5mm的一類顆粒物，以保護微濾膜、降低反洗頻次，增長使用年限。預過濾出水進入微濾膜內部進行處理，憑借微濾膜自身的孔徑特征，大量病菌與細小顆粒物等都能被攔截清除。通過CMF處理的出水再進入反滲透（RO）的膜組件內部進行深度處理，清除＞10A的一類溶解型固體顆粒物，出水可達到較高的回用水標準，一般在工業中被用于循環冷卻水甚至更高標準的耗水工藝中。目前，膜技術與其他廢水處理技術（如傳統生物氧化技術）的組合應用成為研究主流，未來的研發重點在于優質膜的研發與處理過程的智能化管理[5]。目前，工業廢水依然是全球水處理技術的研發重點，關注方向從批量處理技術向特殊水質、特定污染物的定向處理技術轉移，如針對重金屬工業廢水的壓載電絮凝技術[6]、用于深度回用的冷凍處理技術[7]、用于高濃度有機廢水處理的光催化氧化技術[8]、用于成分復雜廢水處理的反流化床MBR技術[9]等都是當前的研究熱點。

2工業廢水處理面臨的主要問題

2.1處理成本高昂。工業廢水根據工業生產方式的不同往往含有大量有機污染物、重金屬、無機離子、酸堿離子等有害污染物質，通常要經過萃取、吸附、化學氧化、生物降解等多種工藝的聯合處理過程才能處理至達標排放或回用，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傳統工藝，而生物降解對有機物的處理能力受到有機物種類的影響較大，處理工業廢水需要和其他工藝結合。這使工業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、降低化學處理的藥劑投加量、提升物理吸附效率等依然是當前面臨的主要問題。2.2特殊污染物的應對。工業廢水的污染物質含量大、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、苯類有機廢水等，傳統生物處理工藝難于去除，需要采用高級氧化、離子交換、膜技術等新工藝進行特殊處理。目前，對工業廢水研究的主要方向包括對特定工業處理過程的廢水處理研究、對特殊污染物質的定向去除研究和對組合處理工藝的專項優化研究三個方向，在一項研究中三個方向往往是同時進行的，對特殊污染物質的應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除臭技術有待提升。目前常用的除臭方法有化學藥劑吸收法、土壤法及生物法、活性炭吸附法等。其中，生物除臭技術憑借成本低、效果好、無二次污染等優點，在國內外得到廣泛應用，尾氣可穩定達到國家中二級排放標準[11]，滿足工業區域排放要求。但隨著國家土地資源的深度開發，城市功能板塊漸趨緊密，百姓對居住環境的美好愿景越發強烈，國家廢水污染處置場所的除臭指標必將愈趨嚴苛，除臭提改技術及其應對方案將成為未來工業污水處理新課題。

3工業廢水處理行業的未來趨勢

3.1明確的回用要求。工業是我國水資源消耗大戶，大多數工業生產過程都會用到水，根據國家統計局數據，2016年工業用水量達到1380億立方米，是居民生活用水量的1.6倍[12]。但對于工業生產來說，并非所有耗水過程都需要使用淡水資源，工業廢水回用可以有效降低對淡水的依賴。通過采用工業總水系統規劃模型和自動化設計體系[13]對工業用水過程進行系統分析、全局規劃，可以有效提高工業廢水回用率、降低工業耗水量，是未來工業水處理技術的重要發展方向[14]。3.2注重土地資源節約。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域或中心地段，每寸土地都充滿了巨大的產業價值，“環境友好、土地節約”逐漸成為我國廢水處理技術的重要發展趨勢。對于工業企業來說，土地是業務拓展的依托資源，土地節約的一體化設備或下沉式技術，對于工業企業來說極具吸引力。下沉式處理技術在國內生活污水處理領域應用廣泛，它將污水處理設施潛入地下，地面配以商業區、休閑公園等娛樂設施，可以明顯改善工業園區生態環境，提高員工舒適度，將處理設施轉換為高附加值的正資產。3.3自動化管理創新。廢水處理設施的自動化管理在國外已經得到普遍應用，獲得2017年全球水獎“年度技術突破獎”的“基于人工智能的膜控制系統IntelliFlux”技術便是全球探索廢水自動化處理的最新突破，IntelliFlux系統通過感應進水水質來制定最佳的操作及保養參數，從而充分優化膜處理性能，顯著降低運營成本，目前被用于處理加利福尼亞州石化廢水的農業回用。我國工業廢水處理現已開始自動化發展進程，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結語

綜上所述，在我國現階段的工業系統環境治理中，依然存在許多水資源污染與浪費問題，工業廢水排放與回用已成為社會關注的焦點。工業企業要實現廢水的高效治理，首先要繼續研究優化廢水處理技術、降低處理成本，落實企業的社會與環保責任，不斷完善自身水資源保護和循環利用體系；其次，應創新開展各種廢水處理工藝和回用技術的落地研究，將紙面的技術轉換為工程實際，在實踐操作中繼續優化工程技術理論和運營管理方法，降低資源消耗、提升環境效益，實現企業環保體系和經濟結構的雙重優化。

作者:王泳超 單位:信開水環境投資有限公司