分析工業廢水特點及處理方法

唐寶玲，劉慧麗

1.上海坤茂環境工程有限公司；2.通標標準技術服務（上海）有限公司

長期以來，工業廢水一直是全球廢水產生的主要原因。來自不同行業的工業廢水是水污染加劇的原因之一。通常，不同行業排放的廢水具有較高的生物需氧量、化學需氧量、總固體、總溶解固體、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，對生態系統具有重大毒性。

一、工業廢水的特點

（一）電廠脫硫廢水

脫硫廢水是一種新型的火力發電廠廢水，它是在國家加強大氣環境污染源控制后的新型產物。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,且不同電廠水質波動大。

（二）印染工業廢水

印染廢水是指以加工棉、麻、化學纖維及其混紡產品、絲綢為主的印染、毛織染整及絲綢廠等排出的廢水。小型印染企業直接排放的廢水有機質濃度高、鹽度高，且有機物難以降解，已成為工業廢水處理領域的難題。未經處理的排放會嚴重影響當地的生態環境，造成水質混濁。

（三）造紙廢水

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

（四）染料生產廢水

染料生產廢水中含有酸、堿、鹽、鹵、烴、胺、硝基等物質和染料及其中間產物，部分還含有吡啶、氰、酚、聯苯胺和重金屬汞、鎘、鉻等。廢水成分比較復雜，有毒且難以處理。

（五）食品工業廢水

由于食品加工廠生產食品的種類不同，食品工業廢水中的有害物質也不盡相同。但大多數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。廢水易腐敗發臭，并且隨著季節而變化。食品加工污水也多以有機物質為主，不含有毒物質，可以通過生物降解。

（六）農藥廢水

人們認為，農藥和化學工業產生的廢水中含有有毒和不可生物降解的化合物。在處理工業廢水之前，需要對其進行適當的處理。未完全處理的生產廢水和來自農業地區的地表徑，流是農藥進入水生基質的主要途徑。

（七）含氰廢水

鋼鐵廠在不同的過程中，包括廢物轉移、冷卻和粉塵控制，需要使用大量的水。工藝完成后，產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。在污染物中，氰化物是一種極其危險的成分，因為它對水生和人類生活具有致命的影響。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。含酚廢水是當今世界上來源廣泛、水質危害嚴重的工業廢水。它是環境中水污染的重要來源。苯酚是一種很難降解的有機物質。當它們排入水體時，會對人類、動物和植物造成嚴重的傷害。酚類物質會損害人體神經系統，導致厭食癥和失眠。當河流中的苯酚含量過高時，會直接導致魚類和水生植物的死亡。用含酚量高的水灌溉作物會減少作物產量，甚至不收獲。

（九）含汞廢水

汞污染已成為一個全球性問題，其具有遠程移動性。其揮發性、彌散性的大氣特性，使汞有可能被運送到遠離源頭的地區，甚至在北極地區。它在自然環境中不會分解。因為甲基汞進入機體后很難排出。因此，人類處于食物鏈的頂端，汞污染的風險最高。

（十）重金屬廢水

在眾多的工業廢水中，重金屬工業廢水是危害最大的。重金屬污染管理不力，已逐漸造成嚴重后果。一些流域和地區重金屬重大污染事件頻發，生態環境受到嚴重破壞。以工業廢水為主要排放源的水生態系統中，重金屬離子的污染已經成為一個嚴重的問題，對人類和其他生物的危害也越來越嚴重。重金屬一旦進入人體，就會在人體中積累，對人體造成損害。鉛、汞、鎘、鉻、鋅和銅離子被認為是必須從廢水中去除的污染物。特別是鉛會加熱造血系統，導致貧血、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發展。因此需要對其進行處理，以便將污染物降解成毒性較小的形式。

（十一）冶金廢水

2011年，中國原鋼鐵企業排放的廢水達6.3億立方米。在稀土冶金行業，每生產一噸稀土氧化物或其他凈化化合物，產生的廢水約為60-100噸。其主要包括重金屬工業含氟、含硫廢水、稀土濕法冶金酸堿廢水、高濃度氨氮(NH3-N)廢水、貴金屬工業氰化廢水、電鍍廢水和有機氯化物廢水雖然數量相對較少，但也含有危害。

（十二）酸性廢水

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

（十三）選礦廢水

選礦具有許多懸浮的固態物質和有害物質，且種類繁多。有害物質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、發泡劑等。

（十四）含油廢水

隨著工業的發展，石油的使用量不斷增加。但各種技術和管理發展滯后等原因不完善，使得大量的石油進入水中，形成污染。含油廢水會影響人們日常的生活用水以及地下水，進而對人體的健康造成不可磨滅的傷害。同時也會污染大氣層，危害空氣質量。影響作物的產量。

（十五）堿性廢水

堿性廢水具有堿性強、濃度高、毒性大及生物法處理難度大的特點,會對環境造成重大危害。一些堿性廢水中含有有機堿或無機堿，具有很強的腐蝕性，需要經過適當的處理才能排放。

二、工業廢水處理的研究新進展

（一）納濾膜

在過去幾年中，膜技術在廢水處理行業越來越流行，用于生產、家庭及工業淡水。根據膜的壓力梯度，膜技術可分為微濾、超濾、納濾和反滲透。納濾技術和反滲透技術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。盡管超濾和反滲透技術已廣泛應用于不同行業，但它們仍有一些局限性。如膜污染和小化學品的不滯留，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)。

納濾膜已成功應用于各種工業廢水的處理。在一項研究中，采用膜式納濾膜4040-TS80-TSF處理蠟染工業廢水。膜通量穩定，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廢水，也得到了類似的結果。納濾膜也可以與其他技術相結合，以更有效地處理廢水。采用膜生物反應器(MBR)技術處理乳業廢水。然而，滲透液中溶解固體含量高，使其無法被重復利用。因此，使用納濾膜處理膜生物反應器滲透液，以去除這些固體。膜生物反應器-納濾膜組合系統對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

使用微藻進行廢水處理，是傳統處理技術的一種可持續且環保的替代方法。落在廢水表面的陽光，可以被微藻用來生長并同時去除污染物。微藻也可以在干燥環境和高鹽廢水中生長。此外，大約2千克的二氧化碳可以產生1千克的藻類生物量，由此提供了一個處理廢水并隔離二氧化碳的機會。廢水中的污染物被微藻吸收為營養物質，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、農產業、家庭、畜牧業和食品加工業的廢水，這些廢水富含微藻生長所需的有機物和微量營養物質。

利用微藻處理廢水被稱為藻核降解。使工業能夠以極低的化學物質用量處理廢水，并降低與傳統技術相關的能源成本。微藻可以用來去除廢水中的營養物質、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器培養微藻。

（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系統，通常在缺氧的情況下，在產電微生物的幫助下，通過一系列氧化還原反應，將儲存在有機基質鍵中的化學能轉化為電能。微生物燃料電池內發生的氧化-還原反應，是葡萄糖、甘油、蘋果酸和硫作為底物。在微生物燃料電池中，有機分子通過催化還原分子的氧化充當微生物，尤其是細菌生長的基質。在這個過程中產生的電子，通過各種呼吸酶，導致產生化學能量梯度，進一步用于產生電能。

除了發電，微生物燃料電池還可以用來解決另一個全球性的挑戰，那就是廢水處理。在微生物燃料電池內部，細菌被用來催化底物的降解，并產生和維持當前的流動。因此，利用來自不同合成工業廢水中的有機物等污染物，作為細菌降解的基質，發電可以與廢水的處理相結合。此外，，微生物燃料電池技術在廢水處理效率和發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去除率達到大于90%。

（四）生物炭技術

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

三、工業廢水處理方法的優勢與局限性

（一）納濾膜

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

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

（二）微藻廢水處理

與其他技術相比，微藻廢水處理有許多好處。微藻不僅有助于廢水處理，還能產生生物量，用作肥料、動物飼料、生物燃料生產的基質，并有更多的工業應用。此外，微藻廢水處理是一種低成本、環境友好的方法，用于去除有毒污染物和回收有價金屬。然而，微藻廢水處理也面臨一些挑戰。這些挑戰包括對大片土地的要求、環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，限制了它們的大規模應用。廢水的特性也會影響藻類的生長。例如，幾種微藻對氨水有毒，氨水可能存在于工業廢水的高濃度中。除非將廢水的pH值校準到適當的范圍，否則微藻無法在廢水上高效生長。有時，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、同時產生電能的廢水處理技術。但這項技術的主要缺點是價格昂貴。使用昂貴的電極作為陰極和陽極，降低了其用于工業廢水處理的可行性。然而，微生物燃料電池發電，可以降低其運營費用。此外，處理后排放到環境中的污泥數量非常少。低功率密度、活化、濃度、歐姆損耗等其他挑戰，限制了它們的大規模應用。

（四）生物炭技術

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制尚不完全清楚。如與廢水處理中生物炭的大規模商業化相關的一些問題，包括生產成本增加、穩定性降低、嵌入材料的浸出、復雜的改性方法等。

四、結語

利用新技術處理工業廢水，是當前廢水處理研究領域的重要方向之一。新技術的開發和實施，將解決由于工業廢水中排放污染物而導致的飲用水短缺和安全、環境威脅、社區擴大導致的人口增加、城市化和衛生等關鍵問題。作為一項挑戰，世界各地的研究人員、學者和工業研發部門都在關注一些新技術，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用，有望成為一種極具前景的、高效、省時、節能、環保、廉價的工業廢水凈化技術。然而，對于納濾技術中納米材料的使用，需要計算機數字監測方法，能夠建議、預測和測量水中有限數量的納米粒子。此外，采用納濾膜、微藻廢水處理、微生物燃料電池、生物炭技術等新技術處理工業廢水污染物已成為一種趨勢。

然而，在工業廢水處理研究領域，正日漸需要新技術通過消除毒素和相關的污染，改善工業廢水的質量。這也要求未來研究工業廢水處理的新方法，具有經濟有效、生態友好、大規模工業生產和易商業化的優點。