力学哥工业园区废水处理技术研究与应用-龙安泰环保

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力学哥
为了优化工业资源，促进经济的快速发展，我国建设了一批经济技术开发区、特色工业园区及技术示范区等多种形式的工业园区。为了防止工业园区成为污染的重灾区，工业园区的污染治理尤其是水污染治理显得十分必要，有资料表明工业污水排放量约占全国污水排放总量的44%～46%。

为了减少工业园区废水污染物的排放，使出水水质达标，所采取的主要措施包括生产工艺减排、废水循环利用、废水处理系统优化等，而其中废水处理系统优化这一措施是目前的研究重点。国内工业园区的废水大多采用集中处理的方式，然而由于工业园区内企业众多，各企业排放的废水水质又差异较大，这就导致工业园区混合废水的处理难度加大，采用传统的市政污水处理工艺常常无法使出水达标排放。因此，需要对园区各企业所排放的废水的特性及处理工艺有所了解，在此基础上根据混合工业废水的水质情况提出具体的处理方法。
本文总结了工业园区废水的特性，并以食品工业园区、化学工业园区、纺织工业园区和冶金工业园区等四大典型工业园区的废水处理为例，综述了国内外工业园区废水处理的研究动态，以期为我国的各类工业园区的废水处理提供借鉴。1工业园区废水的来源与特性
工业园区废水主要来自化工、食品、冶炼、电镀、纺织印染、矿山、造纸、皮革、制药、石油等工业在生产过程中产生的废水和废液，主要含有随水流失的工业生产用料、中间产物以及生产过程中产生的污染物。工业园区废水中除了含有COD、氮、磷、悬浮物等常规污染物外，还含有重金属、油污、难降解有机物等难以被常规生物方法处理的有毒有害污染物。
由于工业园区中工业类型繁多，而每种工业又由多段工艺组成，导致产生的废水性质差异较大，其主要特点有:(1)废水成分复杂，污染物浓度高;(2)废水具有一定毒性，可生化性较差;(3)废水水质不稳定。因此，选择适宜的处理工艺，优化运行操作条件，从而提高工业园区废水的处理效果是一个亟待解决的问题，也是目前的研究热点。2典型工业园区废水处理
2.1食品工业园区废水处理
食品工业园区的废水来自食品原料的清洗工段、生产工段和成形工段，包括大量的砂土杂物、皮毛、动物粪便、未利用的原料及食品添加剂等。食品工业园区排放的废水具有水质和水量变化大，悬浮物、油脂含量、COD、BOD、氮和磷含量高的特点。食品工业废水本身并无毒性，但若直接排入进入水体后，就会引起水体的富营养化，使水体发黑发臭，危害人类健康。针对食品工业废水的特性，普遍采用“物化+生化”的联合处理工艺(表1)。由表1可知，食品工业园区废水采用预处理-厌氧-好氧组合工艺处理以后，均能达标排放。

对于食品工业废水，目前的研究重点逐渐从废水处理工艺的开发转变为废水的资源化利用，而厌氧发酵制氢技术、微生物燃料电池(MFC)技术及膜生物反应器(MBR)技术是实现食品工业废水资源化利用的重要途径。由于食品工业废水中含有的丰富的碳水化合物，适合厌氧发酵制氢。
宫曼丽等采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)和颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB)，从蜜糖废水中制取氢气，他们认为高效产酸反应器中乙醇型发酵具有很高的产氢能力。Oh和Logan利用MFC技术处理玉米加工废水，发现MFC对COD的去除率为95%，最大输出功率为371mW/m2。虽然随着MFC结构设计的改进和运行参数的优化，MFC的输出功率已有所提高，但是如何经济地利用此技术仍具有挑战。
有研究表明，与现有高效的UASB产沼气系统相比，MFC的输出功率只有达到8.52W/m以上才具有竞争力。厌氧发酵制氢技术和MFC技术均为厌氧生物技术，其出水COD浓度仍较高，无法实现回用。近年来，MBR作为一种污水处理与资源化工艺，其应用已经从生活污水处理扩展到食品工业废水处理。唐杰等采用一体式MBR工艺处理酱油废水，当进水COD为505～1209mg/L，色度为180～200倍，浊度251～471NTU时，MBR工艺对COD、色度和浊度的平均去除率分别达到了90%、79%和98%，出水水质稳定，能达到回用目的。
总之，厌氧发酵制氢技术虽已取得了较大进展，但其生物产氢效率还不足以达到工业化水平，仍处于中试研究阶段。对于MFC技术，在电子传递特征及其强化方面的研究还很有限，距离MFC的工程应用还很遥远，目前仍处于实验室小试研究阶段。在这3个技术中，MBR技术在市政污水处理中已有很丰富的工程经验，进一步加快新型膜材料的研发和新型膜集成工艺的应用，并将其运用于食品工业废水的处理及资源化将会有良好的发展前景。
2.2化学工业园区废水处理
化学工业园区因所处的地域不同，其主要的工业类别也会有所不同，但一般包括石油化工、精细化工、农药、煤化工和其他的延伸加工业等行业，其排放的废水除了含有常规污染物外，还含有油污、表面活性剂、重金属、难降解有机物等污染物。
化学工业园区的废水具有成分复杂、毒性大、有机物浓度高、生物难降解物质多，处理难度大的特点。一般化工园区废水采用企业内预处理后收集起来集中处理。针对不同企业排放的化工废水，预处理方式也有所不同，表2列出了典型化工废水的预处理方式。
为了节约水资源，减少污染物的排放，从而实现园区内水资源的综合调配和循环利用，化工废水在二级处理后往往还会进一步进行深度处理。因此，化工园区废水典型的处理模式为:企业内预处理—混合化工废水二级处理—深度处理。
化学工业园区内企业排放的废水在企业内经预处理达到接管标准后再统一排入园区的污水处理厂集中进行二级及深度处理。由于传统的化工废水处理技术存在投资大、处理成本高和管理要求严格等问题，亟待对处理工艺进行进一步优化。


下面以合肥某化学工业园区为例，介绍化学工业园区混合废水处理的典型工艺。该化学工业园区通过技术研发、技术集成和综合示范，建立了化学工业园区混合废水生物-生态联合调控技术体系，其所采用的处理工艺如下图所示。该化工园区混合废水主要包括农药废水、合成氨废水、烧碱废水等，其进水质情况如表3所示。由表3可知，化工园区混合废水经SBR、生物滤池和多级人工湿地处理后，其出水COD、氮和磷等主要指标均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅴ类标准。

2.3纺织工业园区废水处理
纺织工业园区所排放的废水主要为纺织、印染废水，其废水水质随使用的染料、助剂、加工工艺和漂洗次数的不同而差异较大，但一般包括浆料、棉胶、纤维素、半纤维素、助剂及染料等污染物。随着纺织印染工艺的改进，布料的品质得到了提升，但废水中色度、COD也大幅提高，导致纺织印染废水越来越难处理。
纺织印染废水一些常用处理方法包括活性炭吸附、混凝、高级氧化、电解等物化法及生物法，但单一的处理方法很难对纺织印染废水有很好的去除效果。因此，往往需将几种方法进行组合，表4列出了处理纺织印染。

由表4可知，传统的废水的常用组合工艺组合工艺对纺织印染废水中COD、BOD、氮、磷、SS和色度等污染物均有较好的去除效果。除了传统的组合工艺外，近年来膜技术也被用于处理纺织印染废水二级处理及深度处理。采用PW膜+滤渣工艺对印染废水的处理研究表明，此工艺对COD和色度的去除率分别为85%～90%和75%～85%，出水COD的色度分别稳定在100mg/L和50倍以下。
谢鹏伟采用复合纳滤膜也能有效去除印染废水中的COD和色度，具有较高的应用价值。和杜启云利用微滤-纳滤(CMF+NF)集成技术对纺织印染工业园区的废水进行深度处理，他们的研究表明双膜系统对二级出水中有机物、色度和硬度均有很好的去除效果，出水可以满足工业园区印染回用水的水质要求。因此，随着膜技术的不断进步，其必将在纺织印染工业废水的处理中发挥更大作用。
2.4冶金工业园区废水处理
冶金工业园区排放的冶炼废水主要来自高炉煤气洗涤、转炉烟气净化、烧结厂、焦化厂等工艺的排水，其废水成分十分复杂，主要含有悬浮物、石油类、重金属、氟化物、挥发酚和氰化物等污染物。
据统计2010年全国工业废水排放量为2.40×1010m3，而其中金属冶炼废水约为2.10×109m3,约占工业废水总排放量的9%。因此，冶炼废水的有效处理和资源化利用是一个很重要的课题。国内外对冶炼废水的主要方法及优缺点如表5所示。

冶炼工业废水的水质因生产工艺和生产方式的不同有很大差异，即使同一种生产工艺，水质变化也很大，故对于冶炼废水的处理往往也需采用组合工艺。刘尧兰利用混凝沉淀+移动床生物膜反应器(MBBR)处理钨冶炼废水，其研究表明，聚合氯化铝(PAC)混凝效果优于其他混凝剂，系统对COD、NH3和SS的去除率分别为88.8%、81.9%和91.1%，处理效果十分稳定。
罗锺兵利用混凝-砂滤-活性炭过滤-微滤-反渗透集成技术处理钒冶炼废水，取得了较好的去除效果，系统出水达到了《钒工业污水排放标准》(GB26452-2011)的排放要求。杨津津等利用微电解-絮凝耦合技术处理铅锌冶炼废水，系统出水中Cd2+浓度达到了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准，而Pb2+，Zn2+，Cu2+和总砷浓度均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类水质标准。针对冶炼废水的处理，目前还主要集中在某种冶炼工艺所产生的废水或者某种金属冶炼废水的处理研究上，对于混合冶炼废水的处理技术，尚缺乏深入研究。3工业园区混合废水处理现状解析
相较于单一的工业园区废水处理，综合工业园区由于涉及的行业、企业种类庞杂，生产工艺差异较大，导致混合废水成分更为复杂，处理难度更大。目前，工业园区混合废水大多采用集中处理的方式进行处理，在一定程度上降低了废水处理成本，也便于对园区企业的偷排现象进行监管。但是，由于工业园区混合废水的特殊性，使工业园区废水处理仍面临挑战，有一些问题亟待解决
(1)工业园区混合废水处理成本仍然较高。对于工业园区的混合废水在处理时可以在一定程度上实现“资源互补”，比如可以将酸性废水和碱性废水混合后再进行处理，从而减少酸碱调节剂的用量;将难降解有机物含量较高的废水与食品废水等可生化性较高的废水混合后再进行处理，从而降低生化处理难度，省去预处理费用。但是，由于混合废水来自不同的行业，不同的生产工艺段，废水水质十分复杂，单一的处理工艺不能对其进行有效处理，为了使工业园区的混合废水处理后达标排放，往往需采用物理+化学+生物组合工艺，这势必导致其处理成本远高于市政污水处理成本。
(2)工业园区混合废水处理效果不稳定，很难保证工业园区污水处理厂出水长期稳定达标排放。虽然工业园区内企业在废水排放进入污水处理厂之前都会进行相应的预处理，但由于目前接管标准较低，企业仅关注COD等主要指标的达标排放，往往忽视对有毒有害有机物的预处理，导致这些有毒有害有机物进入污水处理系统，从而影响污水处理效果。另外，由于实际进水水质情况与设计水质相差较大，使工业园区污水处理厂的实际处理负荷与设计负荷并不匹配，这也影响了工业园区污水厂的长期稳定运行。
(3)工业园区混合废水深度处理还没有全面实行，水资源的循环利用率低。
(4)入园标准较低，工业园区污水处理厂的监管力度不够。目前对于进入工业园区的企业门槛较低，对污染较重的企业没有进行严格限制，也未对重点污染源进行在线监控和动态监督，导致园区污水厂运行出现问题时不能及时采取应对措施，这也会影响工业废水的有效处理。4展望
为了解决工业园区废水处理所面临的问题，首先应该根据工业废水的成分，有针对性地选择污水处理工艺，并关注新型的污水处理工艺在工业园区废水处理中的运用，进一步降低污水处理成本。
比如，随着膜材料的开发及膜技术在市政污水处理领域应用的日益成熟，对膜技术在工业废水处理领域的应用也可以进行研究。其次，应该加强监管，提高入园企业标准。
通过加强在线监测控制工业废水浓度，对难降解有机物进行有效预处理;加强企业的末端监控，确保企业排放的废水达到接管标准后排入园区污水处理厂。再次，要加大工业园区废水的深度处理力度，实现水资源的循环利用。工业园区水资源的循环利用已经成为水资源利用的重点，也是我国工业园区废水处理发展的主要方向。
最后，从长远来看，为了实现工业园区的健康发展，实现经济建设和环境保护的同步发展，还应积极开展生态工业园区的建设，发展循环经济;推动清洁生产，把污染控制方式由末端治理转向生产全过程控制，提高工业园区废水治理水平。
（来源：《四川环境》）