工业废水处理技术发展趋势

【摘要】随着我国经济社会的高速发展，污染物排放总量也在快速增长，水环境污染已从城市蔓延至县城，从县城扩散到乡村，工业污染对水环境的影响尤为严重。在国家“水十条”、PPP等政策的推动下，水污染治理在寻求高效处理方式的同时，更加注重污水处理设施的设计与创新，而2020年的“可再生能源发展目标”敦促着工业企业降低对淡水的依赖，对工业废水进行深度处理回收再利用———把握行业发展方向是科学研究的重中之重。

【关键词】工业废水；处理回用；发展趋势

1工业废水处理的主要工艺与发展趋势

经济的发展无法改变我国水资源极度匮乏的现状，我国作为人口第一大国，全球水资源占有率仅为8%，人均可再生水资源量仅为世界平均水平的25％[1]。水资源短缺促使国家对废水处理技术的投入力度不断加大，工业废水处理领域常用的传统生物处理技术、高级氧化技术、膜技术、生物滤池技术等都是当前的研究重点。以下是工业企业常用水处理技术的几种代表工艺：1.1厌氧生物处理。厌氧生物处理属于传统生物处理技术，它通过厌氧消化细菌在不存在氧气的环境中将有机化合物降解为CO2和CH4，与好氧生物处理系统相比，厌氧系统具有COD去除率高、污泥产量低、产甲烷等优点，但厌氧处理后的废水一般都无法达到排放标准，仍需后续工艺进一步处理。当前对厌氧工艺的研究重点集中在如何提高消化效率和厌氧组合处理工艺（如上流式厌氧污泥床UASB、序批式厌氧反应器SBR等）上，对工业废水的处理应用将得到进一步推广。1.2好氧生物处理。好氧生物处理技术已经有一百多年的历史了，因其流程简单、成本低廉，且具有良好的处理效果，得到了深入研究与改进。在好氧系统中，好氧细菌在氧气存在的环境中对有机物质进行降解，处理时间和所需的氧气或空气的量随着废水有机污染物浓度的增加而增加。在使用物理化学或厌氧工艺后，废水中的难降解有机污染物被断链降解为易降解基质，废水BOD值得到有效提高，好氧工艺通常用于此类过程的后续处理，使废水达到最终的处理标准。1.3固定型微生物-曝气生物型滤池固定型微生物-曝气生物型滤池（IBAF）以固定型微生物处理技术（IM）为基础，结合曝气生物型滤池（BAF）的相关特性而形成的废水生化处理技术。对比曝气生物型滤池，IBAF技术采用悬浮大孔型载体结构，比表面积更大（80m2/g）、孔隙率更高（98%）[2]。同时，借助分子设计选育微生物，在IBAF载体内部引入大量活性与强极性基团，基团可随废水COD浓度不断调节生长，并通过微生物固定载体使体系具有很高的抗冲击能力，有效防范系统阻塞。采用IBAF技术可以取消后续二沉池，使操作监管更为简单合理。1.4铁碳微电解。铁碳微电解技术另称铁碳内电解法，它利用铁的阳离子Fe2+、Fe3+与碳元素形成原电池反应，对水中污染物质产生氧化还原作用，它可归类于高级氧化工艺电化学氧化法的一种。铁碳微电解技术利用铁离子与碳元素之间形成的无数个微小铁碳原电池单元，形成正负电压差，活性电子不断向两级靠拢，使惰性有机物的活性增加，通过电解反应使污染物质转化降解。铁碳微电解技术只需在酸性环境中投入铁和碳颗粒即可实现不错的处理效果，该技术目前在实际工业废水治理中得到广泛使用。1.5频繁倒极电渗析。频繁倒极电渗析（EDR）属于电渗析技术（ED）的改良型，主要由电渗析结构本体、整流器和自动倒级系统组成。ED技术通过制造直流电场使阴阳离子分别通过阳离子交换膜和阴离子交换膜，从而去除废水中的阴阳离子，而EDR技术通过设置倒级系统，直流电厂的正负电极每隔15~20min互换一次，使离子反向流动，起到自动清洗离子交换膜的作用。EDR技术可以有效去除工业废水中的Fe、Ca、As、Ra、SO42-、Ni2+和硝酸盐等[3]。EDR的使用是电渗析技术的一大突破，目前已被用于电镀废水、电池制造废水等工业废水处理过程，对重金属类离子拥有95%以上的处理效率[4]。1.6持续微滤联合反渗透。该方案属于膜技术的组合应用。原水通过管道运送至混合搅拌池，根据水量与水质的不同进行配比混合，通过持续微滤（CMF）内部的供水泵提升至预过滤器清除＞0.5mm的一类颗粒物，以保护微滤膜、降低反洗频次，增长使用年限。预过滤出水进入微滤膜内部进行处理，凭借微滤膜自身的孔径特征，大量病菌与细小颗粒物等都能被拦截清除。通过CMF处理的出水再进入反渗透（RO）的膜组件内部进行深度处理，清除＞10A的一类溶解型固体颗粒物，出水可达到较高的回用水标准，一般在工业中被用于循环冷却水甚至更高标准的耗水工艺中。目前，膜技术与其他废水处理技术（如传统生物氧化技术）的组合应用成为研究主流，未来的研发重点在于优质膜的研发与处理过程的智能化管理[5]。目前，工业废水依然是全球水处理技术的研发重点，关注方向从批量处理技术向特殊水质、特定污染物的定向处理技术转移，如针对重金属工业废水的压载电絮凝技术[6]、用于深度回用的冷冻处理技术[7]、用于高浓度有机废水处理的光催化氧化技术[8]、用于成分复杂废水处理的反流化床MBR技术[9]等都是当前的研究热点。

2工业废水处理面临的主要问题

2.1处理成本高昂。工业废水根据工业生产方式的不同往往含有大量有机污染物、重金属、无机离子、酸碱离子等有害污染物质，通常要经过萃取、吸附、化学氧化、生物降解等多种工艺的联合处理过程才能处理至达标排放或回用，目前工艺成熟、处理高效且成本低廉的只有生物降解等少数传统工艺，而生物降解对有机物的处理能力受到有机物种类的影响较大，处理工业废水需要和其他工艺结合。这使工业废水处理成本往往要比生活污水高50%以上[10]，综合处理成本依然较高。如何提高生物处理的活性污泥比表面积、降低化学处理的药剂投加量、提升物理吸附效率等依然是当前面临的主要问题。2.2特殊污染物的应对。工业废水的污染物质含量大、种类多，通常还含有一些特殊污染物，如有生物毒性的含酚废水、含汞废水、高重金属废水、苯类有机废水等，传统生物处理工艺难于去除，需要采用高级氧化、离子交换、膜技术等新工艺进行特殊处理。目前，对工业废水研究的主要方向包括对特定工业处理过程的废水处理研究、对特殊污染物质的定向去除研究和对组合处理工艺的专项优化研究三个方向，在一项研究中三个方向往往是同时进行的，对特殊污染物质的应对通常是决定最终处理成本的核心因素，对它的定向研究依然十分重要。2.3除臭技术有待提升。目前常用的除臭方法有化学药剂吸收法、土壤法及生物法、活性炭吸附法等。其中，生物除臭技术凭借成本低、效果好、无二次污染等优点，在国内外得到广泛应用，尾气可稳定达到国家中二级排放标准[11]，满足工业区域排放要求。但随着国家土地资源的深度开发，城市功能板块渐趋紧密，百姓对居住环境的美好愿景越发强烈，国家废水污染处置场所的除臭指标必将愈趋严苛，除臭提改技术及其应对方案将成为未来工业污水处理新课题。

3工业废水处理行业的未来趋势

3.1明确的回用要求。工业是我国水资源消耗大户，大多数工业生产过程都会用到水，根据国家统计局数据，2016年工业用水量达到1380亿立方米，是居民生活用水量的1.6倍[12]。但对于工业生产来说，并非所有耗水过程都需要使用淡水资源，工业废水回用可以有效降低对淡水的依赖。通过采用工业总水系统规划模型和自动化设计体系[13]对工业用水过程进行系统分析、全局规划，可以有效提高工业废水回用率、降低工业耗水量，是未来工业水处理技术的重要发展方向[14]。3.2注重土地资源节约。我国各大中城市的土地资源极度短缺，尤其是在城市核心区域或中心地段，每寸土地都充满了巨大的产业价值，“环境友好、土地节约”逐渐成为我国废水处理技术的重要发展趋势。对于工业企业来说，土地是业务拓展的依托资源，土地节约的一体化设备或下沉式技术，对于工业企业来说极具吸引力。下沉式处理技术在国内生活污水处理领域应用广泛，它将污水处理设施潜入地下，地面配以商业区、休闲公园等娱乐设施，可以明显改善工业园区生态环境，提高员工舒适度，将处理设施转换为高附加值的正资产。3.3自动化管理创新。废水处理设施的自动化管理在国外已经得到普遍应用，获得2017年全球水奖“年度技术突破奖”的“基于人工智能的膜控制系统IntelliFlux”技术便是全球探索废水自动化处理的最新突破，IntelliFlux系统通过感应进水水质来制定最佳的操作及保养参数，从而充分优化膜处理性能，显着降低运营成本，目前被用于处理加利福尼亚州石化废水的农业回用。我国工业废水处理现已开始自动化发展进程，但仍处于初级阶段，未来深度的废水自动化处理厂必将成为主流趋势。

4结语

综上所述，在我国现阶段的工业系统环境治理中，依然存在许多水资源污染与浪费问题，工业废水排放与回用已成为社会关注的焦点。工业企业要实现废水的高效治理，首先要继续研究优化废水处理技术、降低处理成本，落实企业的社会与环保责任，不断完善自身水资源保护和循环利用体系；其次，应创新开展各种废水处理工艺和回用技术的落地研究，将纸面的技术转换为工程实际，在实践操作中继续优化工程技术理论和运营管理方法，降低资源消耗、提升环境效益，实现企业环保体系和经济结构的双重优化。

作者:王泳超 单位:信开水环境投资有限公司