工業廢水循環利用的機理與方法研究

張壯偉

（中國電子科技集團公司第十三研究所 河北石家莊 050000）

引言

我國社會的發展與工業化程度密切相關，工業化的主體是各類工業企業，其在生產過程中都面臨著廢水處理達標困難、用水量大回用率低等現象，從而產生水污染問題以及造成局部地區水資源的短缺。工業生產過程中的諸多環節都會產生工業廢水，其中生產工藝、設備冷卻、純水制備等環節是工業廢水的主要來源，尤其是生產工藝過程中產生的工業廢水中含有大量的諸如酸、堿等有害物質[1]。相較于其他類型的工業企業，如：電子企業由于生產工藝復雜，使用的有害化學物質多，所以在實際生產過程中將會產生多種有害物質的工業廢水，從而為工業廢水有效處理帶來困難。因此，電子企業應該在高度重視工業廢水達標排放基礎上，通過污水深度治理利用來實現工業廢水的循環再利用，從而降低廢水排放污染環境風險以及促使水資源短缺等問題得以有效解決。

1 工業廢水循環利用的發展現狀

1.1 工業廢水循環利用效率不高

相較于其他發達國家研發的工業廢水循環利用技術及實際應用情況，我國在這方面的意識還比較薄弱，而且與有效處理工業廢水相關的技術和能力等還有待完善。除此之外，大多數工業企業還沒有對工業廢水循環利用引起重視，更多的是滿足工業廢水達標排放要求。就電子企業而言其中小型企業由于自身生產規模較小以及流動資金相對短缺等原因，缺乏專業人員關注工業廢水處理和循環利用，其大型企業則為了降低在處理工業廢水方面的成本而未考慮工業廢水循環利用，從而降低電子企業工業廢水循環利用的效率。

1.2 工業廢水循環利用方法選擇不當

從我國處理工業廢水的發展現狀看來，對于在工業生產過程中所產生的工業廢水，大多數的工業企業都會選擇當前最常用的工業廢水處理技術對其進行相應的處置。工業廢水循環利用處理是一種復雜、綜合性的先進系統，不是單一的技術和方法，而且同樣的技術和方法并不適用于所有的類似工業企業，需要對具體情況進行分析。然而大多數工業企業對工業廢水的循環利用處理技術和工藝不甚了解，已經實施的工程在實際中也遇到運行不穩定等問題，很多的技術和方法都有一定的局限性，導致很多企業沒有能充分與自身實際生產情況相結合做出正確的決定，導致盲目選擇使用某項技術企圖實現循環利用。如此，在對工業廢水循環利用的過程中將會導致廢水污染環境風險增高，循環利用處理的技術和方法推動遲緩，從而不利于工業廢水循環利用處理的發展。

1.3 工業廢水水質情況復雜，相同處理工藝不一定適用于同類企業

工業廢水處理循環利用主要有兩種途徑。第一種是利用工業廢水處理循環利用技術，工業廢水在經過相關設施的處理后達到了排放標準，隨后再應用RO混床或者是軟化器等設備的再次處理使其達到了能夠再次回歸工業生產線上的軟化水的標準，從而實現了對于工業廢水處理循環利用，不僅有利于節約水資源，還能夠防止水污染。第二種在處理工業廢水的過程中只需使其達到非飲用水的標準利用到相關的設施即可，這種處理過后得到的水可應用于噴灑除塵以及清洗設備等。從已有的介紹工業廢水循環利用的文章看，不同種類的工業企業在工業廢水循環利用的處理工藝差異較大。例如：電子工業企業采用的多是金屬回收技術以及反滲透技術等；而建筑工業企業則多用生物制劑增效法來處理工業廢水。此外，同類工業企業采用的工業廢水循環利用的方法不盡相同，已證明有效的循環利用方法在不同類企業中的應用也較少，故未形成標準化和穩定化的循環利用技術方案，導致循環利用技術推廣不夠。

1.4 廢水排放監管存在多頭管理情況,監管標準不統一

目前污水排放的監管,城市排水管理部門和生態環境部門都有監管的職責,只是監管的重點不同,市政部門有排水的許可管理,而生態環境部門有排污的許可管理,兩者都是針對廢水排放的管理,但是執行的標準確不盡相同,排污管理更加注重的是工業廢水的處理及達標排放,排水管理部門注重的是生活污水和工業污水是否排入市政污水管網,以及是否滿足要排入的污水處理廠的處理要求。因此國家監管部門要做好管理銜接，廢水管理要多部門齊抓共管才能更好的實現達標排放管理，需要多個方面人員的配合，國家應加大監管力度，通過健全完善監管制度，讓用水企業不要存在僥幸心理，通過水費價格調節等機制的建立，進一步引導企業從源頭采取節水和減排，優化廢水處理的工藝，將廢水污染物的總量控制與污水處理廠的達標排放標準有機統一，避免出現企業排放的廢水污染物濃度低于污水處理廠的出水標準導致污染物總量核算不科學的情況，將污水處理廠執行的標準與工業企業執行的廢水污染物排放標準統一起來，采取更科學的方式來衡量污染物實際的排放量和管控的排放量，實現既能有效管理企業的廢水排放，又能合理的投資建設污水處理設施，避免重復投資帶來的浪費，真正實現對水環境的保護，以及對人類飲水安全的保障。

2 工業廢水處理循環利用方法及應用場景

2.1 重金屬回收技術

重金屬回收主要包括對環境危害大、對人員有危害的鋅、鎳、鉻、銅和金等物質，電子企業在其半導體工藝及電子電鍍中主要使用的重金屬有鎳、鉻、金和類金屬砷等，而且有很高的回收利用價值。目前的重金屬回收技術主要研究是膜電解法等。膜電解是一種由電位差驅動的直流電場，它將離子的物質從溶液中移動到預定的方向，并利用膜通過電荷離子的選擇性及滲透性來限制帶電離子，最終電解，是電解與膜分離技術相結合的產物，通過電極反應是廢水處理和回收有用物質的常用方法。膜電解過程幾乎不消耗化學藥品，特別適宜處理高濃度的廢水，具有多功能、能源利用率高、可控性強、環境適應性強、經濟性好等特點。廢水處理中，離子膜電解技術在電極氧化中起著重要作用，由于正離子通過離子交換膜收集在陰極室中，在分解過程中去除污染物，回收有用物質，實現污染控制和資源回收的雙重目標。采用該方法處理人造金剛石生產過程中產生的Ni2+廢水，從陰極中直接回收鎳78%以上，其處理時間6h，初始電壓2.5V，Cr6+為50mg/L，pH 值為7時，可以把Cr6+的濃度處理到小于0.5 mg/L，達到效果良好，達到了污水綜合排放標準[2]。

2.2 反滲透技術

反滲透技術是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作[3]。在國際上得到廣泛認可和應用的高效節能功能，廣泛應用于電子工業廢水處理領域，該技術在工業廢水處理工程中的應用，證明了穩定性和各項性能指標的可行性。目前，我國電子工業廢水處理工藝采用了離子交換、吸附、滲透等多種處理技術，各種技術的應用原理是不同的，而反滲透技術具有高效的工業廢水處理效果，許多重金屬離子滲透技術主要是利用外力的優勢，利用膜過濾廢水中的金屬離子和其他有害物質。為了在實際應用過程中達到物料分離的最終分離目的，必須建立分離條件并加以掌握，并根據工藝性能進行個性化設計。首先，由于外界容量的明確要求，作用力大于溶液中的滲透壓，且壓差越大，分離效率越高，滲透膜具有良好的滲透性。其次，靈活利用專有的分離性能，將分離的作用分為合理的滲透性和選擇性，分離作用完全發揮，普通膜的表面直徑必須小于1nm，有效過濾1nm 范圍內的大部分離子，提高分離效率。反滲透技術得到了廣泛的應用和創新，如在超純水生產、海水軟化、過濾分離等領域，工藝逐漸成熟，充分發揮了脫色均勻、脫鹽效果好的效益和技術優勢，總堿度、鈉離子和離子的去除率達到95%。它是一種廣泛應用于電子工業廢水循環利用的技術。

2.3 膜生物反應技術

膜生物反應就是指膜分離還有重新組合等一系列過程，當生物膜處于某些特殊環境內時就能夠進行分離，同時膜在完成分離之后還可以和其他類型的組件再次結合進而變成新型小單元。通過生物單元便可以做到多類型組合以及排列，從而實現生物分離的目標，并處于生物分離這一特殊的狀態。膜生物反應技術應用的技術即反應器與沉淀池中的配置還有構建，就膜生物反應整合的過程而言，其本質為膜生物分離以及結合。在處理工業廢水的諸多技術中，膜生物反應器技術是膜分離技術與生物處理技術有機結合的新型態廢水處理系統。這項技術實現了膜分離技術、化學處理技術以及物理處理技術三者的充分融合，專門應用于對工業廢水的處理工作中。而膜生物反應器技術中的缺氧池、好氧曝氣區、化學清洗池、膜分離池以及反洗系統這五項系統由于結構的全面完整性而得以有效運作，而該項技術還能夠實現對前三個核心系統的有效管控。好氧曝氣區的作用在于浸放由中空纖維膜組成的膜組件[4]。由于中空纖維膜的孔徑僅有零點二微米，具有良好的過濾細菌的功能，所以能夠有效規避細菌侵入而產生的各種污染。工業廢水在經過過濾處理后，集水管會實現對其的統一聚集，然后再進行統一的排放。如此，處理過后的工業廢水不僅實現了水與泥的有效分離，還能夠徹底清除藻類、細菌以及有機物等物質。因此，中空纖維膜是膜生物反應器技術中的重要組成部分，極大影響到該項技術能夠發揮出其應有的價值，所以必須通過化學反洗以及水反洗等方式定期維護中空纖維膜，從而確保其透水功能的有效發揮。

2.4 臭氧化處理技術

臭氧化處理技術主要運用臭氧來實現對工業廢水消毒和凈化等處理工作。這是因為其中的臭氧具有非常強的氧化功能，因此臭氧也可以在各種環境保護中被大力推廣和廣泛應用。臭氧化處理工藝相較于其他傳統的廢水處理技術來說具有以下三個方面的優勢。首先，臭氧化處理技術能夠實現多段臭氧化工藝之間的串聯，從整體上看其推流形式的應用以致于硝化液不需要再回流。如此，在處理工業廢水的實際操作中就可以有效降低運行成本。通過專家相關的研究分析可以得出，如果污泥回流比不超過零點五時，在應用臭氧化處理技術處理工業廢水時就不需要硝化液回流，而在此情況下工業廢水中的百分之八十五的總氮就能夠得以有效清除。至于傳統的廢水處理工藝僅能對總氮的百分之四十予以消除。其次，傳統的廢水處理技術還需再提升污泥回流量以及二沉池負荷，而臭氧化處理技術能夠在不進行上述操作的情況下不僅能有效提高系統處理污泥濃度的平均值，還能夠對固體物在系統中的停留時間進行有效延長，如此，將在單位池容中增強處理污染物的能力，并且實現對池容的節省，從而有效減少在購置和安裝工業廢水處理設備方面投入的資金。最后，有機碳是工業廢水的重要組成部分，當其進入缺氧段時將會被有效講解，而在臭氧段后將會提高繁殖異養菌的速度，從而有利于硝化菌的生存。

結語

綜上所述，工業廢水處理循環利用通過對工業廢水進行相關處理后能夠被再次使用于工業生產線或是其他用途中，不僅有利于有效解決工業用水的問題，還能夠有效緩解水質污染問題等等。而為了實現科學高效的工業廢水處理循環再利用，需要先進技術和專業設備的支撐。因此，國家要加強對研發先進技術和完善裝置設備的引導，加大對這方面的支持力度，而與工業生產相關的企業也應大力引進并且充分利用工業廢水處理循環利用技術，同時，完善廢水排放標準的統一工作，使得企業合理的投入污水處理設施，既能夠減少排放量，又能節約新鮮水用量。如此，不僅有利于促使自身謀取更多的經濟效益，實現最大化的社會效益，實現最大化的資源和環境效益。