零排放理念下工業廢水處理技術研究

孫旭陽，褚建益

（朗境環保科技有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

工業生產過程中必然會產出大量廢水和廢液，隨著我國工業企業的數量上升，工業產品類型眾多。排出的廢水量也在增加，如果不經處理就排放到河流中，會造成嚴重的環境污染，不僅影響水資源，還會逐漸腐蝕土壤，制約農業生產，不利于人們的身體健康。因此，踐行零排放理念十分重要。

1 零排放理念概述

1.1 零排放理念的概念

《工業用水節水術語》中對“零排放”理念有明確規定，即企業或其他主體單位生產用水要達到零廢水或廢液外排。20 世紀70 年代美國弗洛里達州蓋恩斯維市的一個發電廠首次實現了“工業零排放”，為工業和社會的和諧發展提供參考方向。如今我國正處于經濟飛速發展的時期，為盡快解決工業和環境保護之間的矛盾，零排放理念開始深入工業廢水處理工作當中。零排放是指工業廢水和廢液經過處理后，污染物無限減少，直至能源排放為零的污水處理活動。零排放理念不僅是要對生產過程中的污染進行處理，還要將另一部分處理不掉的能源充分利用起來，讓不可再生資源的排放量為零。工業廢水中含有大量氰化物、硫化物、油污，還有其他雜環化合物，除了部分物質可以被微生物降解外，其他重金屬元素對環境可造成嚴重污染。

1.2 零排放理念的意義

水是人類賴以生存的自然資源，如今城市化進程不斷加快，工業建設規模增加，水污染問題也愈發嚴峻。不同工業廢水也會帶來不同的污染問題，例如，石化企業排放的油污水和含鹽污水會導致管線堵塞、腐蝕設備，不利于整個污水處理系統的運作，工業煉油廢水排放情況如圖1 所示。因此，采用必要的污水處理技術能夠有效減少工業廢水對環境的負面影響，保護水環境。零排放理念并非單指某一樣技術，而是要求企業通過合理規劃，科學分析水中污染物分布情況，集成多種技術來控制水質平衡和鹽量平衡。因此，深入貫徹零排放理念，有利于工業生產達成減排目標，保護水體健康，降低對地下水的污染，減少整體工業用水量，有效緩解目前水資源短缺問題，固化高毒、高鹽物質，實現工業資源的循環利用。

2 零排放理念下的工業廢水處理技術

2.1 SBR 生化技術

SBR 生化技術也稱間歇活性污泥法或處理脫氨污水處理技術，是近幾年全球大力推廣的工業廢水處理技術，該技術使用了單一反應器，按照進氣—曝光—沉淀—出水的順序來完成污水處理。SBR 技術應用時具有經濟性高、無須二次沉淀池、耐沖擊、管理簡單等優勢。能夠做到持續進水、持續反應。SBR 技術發展初期主要應用于制革廢水的處理中。SBR 生化系統中的機械格柵和沉砂池能夠有效降解制革廢水中的粗大廢料，經過沉淀后，廢料會進入調節池內完成均質處理，處理后的液體再引入一級氣浮池中去除懸浮物，最后流入提升泵內脫去硫化物。經過SBR 生化技術處理后的工業廢水可達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）二級排放標準。如今我國水污染防治計劃正在深入實施，SBR 生化技術擁有良好發展前景[1]。

2.2 反滲透技術

反滲透技術常用于含油廢水和印染廢水的處理當中。我國工業油田在生產和開采過程中會使用到鋼鐵冷壓乳化液和鋼鐵金屬切削清洗液。這也造成此類廢水中油脂含量高，生化需氧量高。如果使用傳統的電解法或化學法，很難對含油廢水進行物質分離。使用反滲透膜技術可以有效去除油脂，經過膜處理后，乳化油濃縮液中的油脂可以被循環利用。印染廢水則具有鹽度高、重鉻酸鹽高、成分多樣、色度大等特點。生物處理技術對需氧量和重鉻酸鹽比例在40%內的廢水無法發揮作用。因此，可以使用反滲透技術，在反滲透裝置中將進水壓力控制在0.8MPa～1.2MPa，溫度控制在15～40℃，然后把經過活性炭吸附后的印染廢水引入裝置中，可實現對印染廢水色度的100%去除，印染廢水的生化需氧量可去除91%，脫鹽率能達到97%。而且反滲透膜經過鹽酸清洗后，可循環使用，具有較高的經濟性。

除此之外，將反滲透膜技術和納濾技術組合使用，能夠高效去除工業廢水中的高分子磷、病原體以及氮化物，提高污水處理效率。納濾和反滲透雙膜組合使用還可以實現高鹽廢液的零污染處理。通過調整納濾和反滲透雙膜中的濃度配比、溫度和進水壓力，能有效分離氯化鈉、硫酸鈉等物質，高純度氯化鈉的回收率可達到96.5%，實現資源的有效利用。

2.3 厭氧生物技術

2.3.1 厭氧氨氧化技術

厭氧生物技術通常應用于高濃度有機工業廢水處理過程中，使用該技術處理工業廢水要經過水解酸化、產氫產乙酸、產甲烷3 個階段。水解酸化過程中，細菌會通過細胞外酶作用把污水中的大分子有機物溶解，使其結構更小，方便后期處理。有機物分解過程中會產生大量酸類、醇類物質，如果有機物含氮量高，還會產生氮氣，經過電離形成碳酸氫銨。產氫、產乙酸、產甲烷能夠提高工業廢水的回收利用率，有效處理廢水中的有機物。厭氧氨氧化技術能耗較低，耗氧量少，厭氧生物不會因繁殖產生絮狀物，降低工業污泥的產量，避免因淤泥過多堵塞管道情況的發生。在處理工業污水時，雖然使用活性炭可以有效吸附有機物中的氮，但是無機含氮物無法徹底去除，如果要使用傳統的AO 技術，需要充足的氧氣支撐，成本較高，無法滿足工業污水處理經濟性的要求。而厭氧微生物菌可以直接和亞硝酸鹽反應，不需要氧元素就能達到脫氮效果，處理效果高，成本低，能滿足零污染理念下的工業污水處理要求[2]。

2.3.2 厭氧設備安裝

安裝厭氧設備之前，技術人員應確定工業廢水具體處理要求和廢水處理流程，確保厭氧技術的應用可滿足工廠的去污需求。安裝設備前，應在工業污水中投放水解菌群，然后沉淀和過濾掉難以分解的有機物。提高下一步厭氧生物技術的使用效率。在使用厭氧生物技術時，要根據工業種類選擇對應的化學藥劑，合理規劃藥劑投放量。在發生厭氧反應后，技術人員應將工業污水引入厭氧反應池，保證良好處理效果。由于溫度、濕度、pH 都會對厭氧技術的使用效果產生影響，所以安裝厭氧設備時，要保持良好的厭氧環境，確保厭氧生物技術的可操作性。不同厭氧微生物對溫度的要求也不同，例如，甲烷在55～60℃的環境內，甲烷菌厭氧消化率較高，有機物處理效果較好。通常來說，30～50℃的環境中厭氧微生物較活躍，pH 為5.0 能為厭氧菌群提供良好生存條件。但是特殊厭氧微生物除外，因此技術人員要根據實際需求調整pH，提高厭氧微生物的消化率。

安裝潛水曝氣機能夠提高厭氧環境中的微生物、有機物、氧氣循環流動效率，通過潛水曝氣機的攪拌、混合，有機物和氧氣充分接觸，確保工業廢水凈化效果。工業污水處理時常用的潛水曝氣機包括離心曝氣機、射流曝氣機。射流曝氣機就是利用噴嘴高速射出的水流形成負壓，吸入空氣，然后再將空氣與廢水混合。離心曝氣機則是利用葉輪的旋轉形成離心力，在排水時產生低壓真空區，吸入空氣，將廢水與空氣混合，增加污水與空氣的接觸，實現厭氧曝氣的效果。厭氧生物技術對含氮有機物濃度較高的工業廢水有良好的凈化效果，可以有效降低工業污水的排放。

2.4 納濾膜技術

納濾技術當前在我國工業廢水處理中應用范圍較廣，由于自身具有特殊的傳質分離屬性，所以納濾膜對工業廢水處理的各個環節都有良好的適應性，包括廢水處理后的排放、廢水二次利用、物質回收等。納濾膜主要應用于重金屬加工或電鍍生產中的廢水處理，此類廢水內含有大量鉛、銅、鉻、鎳離子。如果使用傳統的鹽后沉淀技術，很難徹底解決金屬廢水污染問題。但是使用納濾膜技術可以有效過濾廢水中的各種金屬離子。例如把乙二胺四乙酸二鈉當成納濾絡合劑，結合響應曲面法，能有效處理煤化產業中的高鹽廢水。控制進料泵頻率在12Hz，重金屬和乙二胺四乙酸二鈉pH 為3.05、兩者質量比為3.5:1 時。DL2540 納濾膜能回收工業廢水中78%的重金屬離子。然后將含有重金屬離子的混合液pH 調節到12 時。重金屬離子沉淀后，剩余液體回流，高鹽廢水即完成深度處理[3]。

2.5 物理污水處理技術

物理廢水處理技術對工業廢水的成分不會產生影響，不改變廢水中污染物的生化性質。一般物理廢水處理適用在化學廢水處理和生物廢水處理之前。常見的物理處理技術包含吸附、沉淀、撇脂、膜技術等等。物理廢水處理技術的優勢有成本低、操作簡單、過程靈活。能夠適應多種工業生產廢水，產出的固體廢物量遠低于其他技術。使用物理污水處理技術之前，要做好污水預處理，常見預處理技術包括沉淀、篩除、撇脂、吸附等。篩除是發展歷史最長的處理方法，可去除污水中的大型固體物和浮動生物。沉降技術可分為自然沉降和混凝沉降。沉淀池可以沉淀剩余的固體顆粒，保證處理系統不發生堵塞。常見沉淀池類型有平流式沉淀池、豎流式沉淀池、輻流式沉淀池。混凝沉淀是通過向污水投放混凝劑，讓細小顆粒形成膠團，然后沉降在池底。撇脂也是一種常見的污水預處理方法，是對污水中油脂、脂肪類物質進行去除，如果不去除油脂，油脂進入化學處理階段，會堵塞管道，降低污水處理效果。吸附是去除固體污染物表面的可溶性分子的物理去污方法，工業廢水處理過程中常用的吸附物質包括活性炭、硅膠、樹脂、硅藻土等等。其中活性炭應用范圍最廣泛，活性炭箱吸附原理如圖2 所示，活性炭箱具有吸附效果好、原料成本低廉等優勢。但是活性炭易碎，需要工作人員及時置換。

圖2 活性炭箱吸附原理

2.6 氧化處理技術

2.6.1 臭氧氧化

臭氧氧化處理技術就是將臭氧作為強氧化劑，與工業廢水中的多種有機物、無機物產生化學反應。臭氧在催化反應過程中，不會產生有害物質，也沒有副作用，具有環保、健康、能耗低、效率高等優點。使用臭氧氧化技術，能夠增強工業污水中有機物的降解效果。需要注意的是，臭氧作為催化劑使用時，其半衰期較短，當濃度高于25%時，效率就會降低，并具有威脅性。污水中如果含有較多顆粒物質，臭氧消耗速度會加快。因此要做好工業污水的物理預處理。經過臭氧氧化后的有機物礦化率較低，因此臭氧氧化技術具有良好發展前景。

2.6.2 芬頓氧化

氧化處理過程中，亞鐵離子和過氧化氫會發生化學反應，形成羥基自由基。芬頓氧化法可以有效降低工業污水中有機化合物的毒性，但是芬頓氧化法的應用效果受pH 的影響。而且氧化過程中產生的鐵離子無法二次使用，容易產生大量污泥。因此，想要發揮芬頓氧化的去污作用，可以配合使用催化劑，取代不飽和中心鐵復合材料。芬頓氧化技術對環境污染小，能降低污水中銅、鉻、鋁等重金屬分子的含量[4]。

2.6.3 光分解法

光分解法也是一種常見的化學氧化方法，電磁輻射分解成為水分子的過程中會成為自由基，光分解就是羥基自由基形成的過程。紫外線光分解能夠去除廢水的顏色。光分解法不需要使用其他催化劑或氧化劑，減少了化學產品的使用，降低污水處理成本。但是光分解法應用也具有局限性，比如一些具有光敏劑性質的有機物會導致鹵水更加渾濁，影響紫外線的輻射透過率，降低光分解的效率。

3 結語

綜上所述，基于零排放理念開展的工業廢水處理工作已經是工業發展的必然趨勢。為保證生產過程中無廢水的廢液排出，相關工作人員應做好技術研發工作。根據廢水中的物質組成情況和物質含量來制定科學的廢水處理方案，做到不可再生資源的“零排放”，將資源充分地回收利用，提高經濟效益。