中美工業(yè)廢水處理對比概述

　　摘要：污水處理是處理水污染的重要過程。主要采用物理、生物及化學的方法對生活污水以及工業(yè)廢水進行處理以分離水中的固體污染物并降低水中的有機污染物和富營養(yǎng)物(主要為氮、磷化合物)，從而減輕污水對環(huán)境的污染。工業(yè)廢水處理是處理工業(yè)廢水的一項重要措施。它在工業(yè)廢水排入下水道之前對其進行的再次回收和處理，并以此減少工業(yè)廢水中污染物含量，使其不容易腐臭。在高度規(guī)范的發(fā)達國家，這項技術(shù)得到了廣泛運用。目前中美的生活污水處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，活性污泥法在國內(nèi)國外得到了比較大的應用，但是對于工業(yè)廢水來說，美國由于大量重污染的企業(yè)外遷，工業(yè)廢水污染相對較少，但對中國來說，制藥、化工廢水等含有復雜成分的工業(yè)廢水還是中國企業(yè)面臨的一個難題。

　　研究員介紹

　　賀浩鑫(美方研究員)

　　布法羅大學環(huán)境工程碩士，主要研究方向為工業(yè)廢水的處理。現(xiàn)在在紐約州交通部Region 5 擔任橋梁建設監(jiān)工。

　　陳曦(中方研究員)

　　哈爾濱工業(yè)大學給排水專業(yè)本科，Carnegie Mellon University 環(huán)境工程研究生。主要的研究方向為超濾膜性能的優(yōu)化與改進。

　　中美工業(yè)廢水處置對比

　　1、起源

　　1972年美國通過聯(lián)邦水污染控制法(又稱之為清潔水法)，此法案使得聯(lián)邦政府取得主導全國水環(huán)境污染控制的管理權(quán)限，此后幾年，美國環(huán)保署抓緊制定并執(zhí)行21種主要工業(yè)行業(yè)的行業(yè)廢水排放標準(包括排放到城市污水處理廠的預處理排放標準)和確定以清潔水法的權(quán)限來管理含毒性化合物的廢水排放。美國于1978年通過了《預處理條例》，該條例確立了聯(lián)邦、州政府和工業(yè)企業(yè)、公眾在預處理方面的責任。它被賦予管理和控制工業(yè)用戶間接排放的權(quán)利，預處理項目要求間接排放者應獲得排污許可證，方可將其污水排入處理廠。許可證通常要求企業(yè)在排入集中處理系統(tǒng)前對污染物做預處理，并對出水水質(zhì)做出具體要求。

　　新中國成立初期到改革開放前，工業(yè)廢水處理進入從無到有的階段，企業(yè)開始運用單廠處理模式處理工業(yè)廢水。20世紀50年代，工農(nóng)業(yè)剛剛起步，工業(yè)廢水處理處于無序化狀態(tài)。20世紀60年代開始，國內(nèi)幾大市政設計院逐步介入工業(yè)廢水處理的研究和實踐工作。20世紀70年代起，國家開始進行統(tǒng)的政策規(guī)范，單廠處理模式得到了普遍運用。

　　2、技術(shù)特點

　　常見的工業(yè)廢水主要分布在電子、塑膠、電鍍、五金、印刷、食品、印染等行業(yè)。從廢水的排放量和對環(huán)境污染的危害程度來看，電鍍、線路板、表面處理等以無機類污染物為主的廢水和食品、印染、印刷及生活污水等以有機類污染物為主的廢水是處理的重點。在美國，各個工廠必須建立并運行各自的環(huán)保設備，根據(jù)各自的污水特點以及當?shù)氐奈鬯幚韽S處理能力，選擇合適的處理工藝對工業(yè)污水進行預處理，被預處理后的工業(yè)污水會被排入當?shù)氐奈鬯幚韽S。

　　工業(yè)廢水處理方法主要包括：物理法、化學法和生物法。

　　物理處理法的特點是在不改變廢水的化學性質(zhì)的前提下利用過濾、分離等物理方法去除廢水中不溶解的懸浮狀顆粒污染物質(zhì)，是對廢水的預處理，也是廢水處理的第一階段。

　　化學處理法的特點主要是向廢水中加入化學物質(zhì)，與廢水反應，產(chǎn)生無害物。

　　生物法的特點是利用微生物降解代謝有機物為無機物來處理廢水。

　　應詳細調(diào)研和試驗，根據(jù)廢水性質(zhì)和特點、排放時的要求、廢物回收的經(jīng)濟價值，考慮廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥、殘渣以及二次污染等來選擇處理方法。

　　3、技術(shù)類型

　　美國聯(lián)邦環(huán)保部(EPA)針對工業(yè)廢水的預處理標準，將工業(yè)廢水至少劃分成了35個種類。比如制鋁工業(yè)，制造電池工業(yè)，電鍍工業(yè)，墨水制造工業(yè)，無機化學物制造工業(yè)，除油脫脂工業(yè)，食品工業(yè)，制藥工業(yè)，紙漿工業(yè)等等，并為各個工業(yè)的廢水制定了最低排放標準，各個地區(qū)政府制定的標準只能比此標準更高。

　　1. 含鹽廢水的處理

　　含鹽廢水是指從紙漿工業(yè)，食品和飲料工業(yè)，冷卻塔，天然氣及石油工業(yè)的壓裂水，氯堿工業(yè)中產(chǎn)生的廢水。該類廢水中含有大量的溶解鹽，預處理工藝的目標是去除減少的溶解鹽，常見的處理工藝包括：蒸發(fā)/蒸餾系統(tǒng)，膜處理，電滲析，離子交換，鹽濃縮器。

　　2. 可降解有機物廢水的處理

　　可降解有機物廢水的預處理方法與常規(guī)的污水處理廠處理方法類似，比如使用活性污泥法和滴濾池提供好氧和厭氧處理?；钚晕勰喾ň褪窍蛩刑峁┐罅康难鯕庖员愦偈刮⑸锏男玛惔x，從而分解含碳有機物。

　　滴濾池則是一種比較老的處理工藝，是指將水通過巖石層或其他的層狀材料，在過濾介質(zhì)的表面有大量的微生物，當廢水通過時，含碳有機物會附著在介質(zhì)表面，從而被微生物分解。一般來說活性污泥法的處理效果要好于滴濾池。

　　3. 不可降解有機物廢水的處理

　　不可降解的有機廢水主要來自于制藥工業(yè)，殺蟲劑，油漆及合成有機化工工業(yè)，其預處理方法主要是物理法，比如講不可溶解的化學物質(zhì)隔離出來，活性炭吸附，燃燒，蒸餾，以及高級氧化法。

　　4. 酸堿廢水的處理

　　酸堿廢水的處理常常使用中和法，即使用一定的酸或堿來中和廢水。含堿廢水常常使用鹽酸中和，含酸廢水常常使用氫氧化鈉或碳酸鈣，氧化鈣來中和。

　　5. 有毒金屬廢水的處理

　　許多重金屬及其對應的鹽都有毒性，并且這些物質(zhì)不容易被污水處理廠處理。該類廢水的預處理措施最好是回收，如果不能夠回收的話就要將其沉降，分離及濃縮后丟入垃圾填埋場。

　　6. 油脂廢水的處理

　　大多數(shù)自然油以及人工合成的油脂與水都是不可溶的，其一般都會漂浮在廢水表面，因此可以被刮除重加工，生物降解，丟棄，及焚燒掉。

　　7. 食品工業(yè)廢水

　　農(nóng)業(yè)及食品工業(yè)的廢水常常是可以生物降解的并且是無毒的。其來源于罐裝食品，奶制產(chǎn)品，谷物產(chǎn)品肉類產(chǎn)品，制糖產(chǎn)品，該廢水中常常包括抗生素，荷爾蒙，以及殺蟲劑。由于該類工業(yè)常常是季節(jié)性的，因此會在某個季節(jié)產(chǎn)生突然的高峰期，此時其廢水排放量可能會超過當?shù)匚鬯幚韽S的處理能力，因此常常對其排入污水處理廠的污水量做出一定的限制。

　　根據(jù)不同的工業(yè)廢水分別列舉常用的處理技術(shù)：

　　1. 重金屬廢水的處理

　　重金屬廢水是指礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的含重金屬的廢水。常采用就地處理的方法，應防止與其他廢水混合使處理復雜化。處理后的水中重金屬低于排放標準可以排放或回用。形成新的重金屬濃縮產(chǎn)物盡量回收利用，無法回收的應加以無害化處理(如不溶化和固化處理)。

　　處理方法：

　　化學沉淀法(氫氧化物沉淀法，硫化物沉淀法，鐵氧體法)

　　還原法，將高價重金屬離子還原至低價，多用于廢水預處理。

　　吸附法，包括物理化學吸附法。但很多吸附材料再生效率低，用過之后還要對其進行處理因此價格較高。

　　生物吸附法，利用生物體吸附水中的重金屬離子。

　　膜分離法如電滲析法(要求處理水具有足夠的電導即電解質(zhì)的濃度不能過低)，反滲透膜，納濾，微濾和超濾。

　　混凝法，一般不能單獨用來去除廢水中的重金屬，常與其他方法相結(jié)合去除廢水中重金屬。

　　離子交換法，利用重金屬離子與離子交換樹脂發(fā)生離子交換，降低重金屬濃度的方法?？梢赃x擇性地回收貴重金屬，去除廢水中的金屬陽離子和陰離子，凈化純度較高。但運行費用較高，較少應用于大型水處理。

　　電化學法，電解使廢水中重金屬離子通過氧化還原反應富集重金屬。無需添加化學藥品，很少產(chǎn)生二次污染，但能耗大、成本高、副反應多。

　　2. 含氰廢水的處理：

　　含氰廢水是指氰化電鍍過程中產(chǎn)生的廢水。氰化電鍍所帶來的廢水，特點是濃度低、量大，但氰化物是劇毒物質(zhì)，含有氰的電鍍廢水對環(huán)境的污染和人體的危害非常嚴重。

　　處理方法：

　　堿性氯化法，在堿性條件下，采用次氯酸鈉、漂白粉、液氯等氯系氧化劑將氰化物破壞的方法。有局部氧化法和完全氧化法兩種工藝。

　　電解法，是用石墨作陽極，鐵板作陰極，在堿性廢水中加入氯化鈉進行電解，將CN-氧化去氰。處理后的廢水必要時需要再用堿性氯化法處理以去除殘存的CN-。

　　空氣催化氧化法，利用催化劑使氰根在活性炭上催化分解。應考慮pH的影響，對于CN-濃度<30mg/L的電鍍廢水，可處理達到排放標準。

　　3. 含酚廢水的處理

　　酚廢水主要來源于焦化、煤氣、煉油和以苯酚或酚醛為原料的化工、制藥等生產(chǎn)過程，其來源廣、數(shù)量多、危害大。

　　處理方法：

　　好氧-厭氧工藝，可除酚，出水的COD與NH3-N均可達標，效果優(yōu)于好氧生物處理。自然菌種降解活性有限，需要高降解活性菌種的篩選與培育。

　　氧化處理技術(shù)包括濕式催化氧化法即在傳統(tǒng)的濕式氧化工藝中加入適宜的催化劑提高廢水處理能力。但由于反應在高溫、高壓下進行，對設備要求高且催化劑的損耗大。需要研究溫和條件下高效經(jīng)濟的催化劑。

　　光化學氧化法，反應條件溫和、氧化能力強、適用范圍廣，適用于低濃度、少量，機物濃度較高，含難生物降解的有毒有機物的廢水處理。

　　生物處理技術(shù)，對濃度較低的含酚廢水處理效果好，對含酚濃度較高、毒性較強的廢水，存在毒性物質(zhì)對微生物活性的抑制作用，處理效率低。

　　4. 印染工業(yè)廢水的處理

　　印染工業(yè)用水量較大，排放多種廢水。廢水處理重點在改革工藝， 廢水和物料的回收利用，無害化處理等。

　　處理方法：

　　輻射技術(shù),形成大量˙OH自由基和H2O2可迅速氧化染料分子中的不飽和基團，有效去除染料水溶液的顏色。處理中部分染料分子會被最終氧化或者還原成為無機物，可去除COD。

　　活性污泥法，運行方式有推流式、完全混合式、分段曝氣法、吸附-再生法、延時曝氣法等多種運行方式。

　　5. 化學工業(yè)廢水的處理

　　化學工業(yè)廢水主要來自石油化學工業(yè)、煤炭化學工業(yè)、酸堿工業(yè)等排出的生產(chǎn)廢水。

　　處理方法：

　　生物處理，可去除許多廢水中含有大量的有機污染物。石油化工廢水的生物處理，多采用高負荷活性污泥法。如所含污染物濃度低，對出水要求不高，可采用生物吸附法;如污染物濃度高，對出水要求嚴格,則采用延時曝氣法,用完全混合式曝氣池。BOD含量超過 5000毫克/升的高濃度有機化工廢水，可以采用厭氧生物處理法，降解有機污染物。

　　許多高分子物質(zhì)一般不宜進行生物處理。含微生物非常敏感的化學毒物的廢水，應根據(jù)生物可降解容許濃度進行稀釋后，再生物處理。

　　生物處理后的出水中，還殘存相當數(shù)量的COD，有時有較高的色、臭、味,可以采用活性炭吸附法或臭氧氧化法進行三級處理。

　　濕式氧化法也是處理高濃度有機廢水的有效方法。

　　6. 食品工業(yè)廢水的處理

　　食品工業(yè)廢水是所排出的廢水都含有機物，具有強的耗氧性，且有大量懸浮物隨廢水排出，并可能含有病菌。

　　處理方法：

　　物理處理法，指應用物理作用改變廢水成分的處理方法。如篩濾、撇除、調(diào)節(jié)、沉淀、氣浮、離心分離、過濾、微濾等。

　　化學處理法，如中和、混凝、電解、氧化還原、離子交換、膜分離法等。

　　7. 選礦廢水的處理

　　選礦廢水包括選礦工藝排水、尾礦池溢流水和礦場排水。選礦廢水含懸浮物，酸堿性廢水，重金屬離子，黃藥、黑藥，氰化物，硫化物，化學耗氧物會嚴重污染水源和土壤,危害水產(chǎn)和植物,淤塞河流、湖泊。

　　處理方法：

　　懸浮物：主要采用預沉淀、混凝/沉淀法。

　　酸堿性廢水：廢水相互中和法、尾礦堿度中和酸性。

　　重金屬離子：調(diào)節(jié)原水pH值共沉淀或浮選技術(shù)、硫化物沉淀、石灰-絮凝沉淀、吸附技術(shù)(包括生物吸附)、螯合樹脂法、離子交換法、人工濕地技術(shù)。

　　黃藥、黑藥：鐵鹽混凝/沉淀法、漂白粉氧化、Fenton氧化降解法、人工濕地技術(shù)。

　　氰化物：自然凈化法、次氯酸鹽/液氯氧化、過氧化氫氧化法、鐵絡合物結(jié)合法、難溶鹽沉淀法、酸化-揮發(fā)再中和法、硫酸鋅-硫酸法、二氧化硫空氣氧化法、電解氧化化法、臭氧氧化法、離子交換法、生物降解法、人工濕地。

　　硫化物：與含重金屬廢水互相沉淀、吹脫法、空氣氧化法、化學沉淀法、化學氧化法、生化氧化法。

　　化學耗氧物：混凝/沉淀、生物降解、高級氧化、吸附法

　　8. 酸堿廢水的處理

　　酸堿廢水是一種有害的廢水，如不加處理直接排入排水管道或水體，會使管道及地下構(gòu)筑物遭到破壞，污染水體。

　　處理方法：一般均采用中和法處理。堿性廢水常采用直接排入酸性廢水系統(tǒng)內(nèi)相互中和的方法，混合后的余酸則進一步用堿性物質(zhì)中和。酸性廢水常用的中和處理方法有：酸堿廢水相互中和法、過濾中和法、投藥中和法等。

　　4、市場占有率及市場大小

　　GEP Research相關(guān)研究顯示，2016年，全球工業(yè)廢水處理行業(yè)市場規(guī)模約為3500億元左右，其中美國約為950億元，占全球的比重為27.1%，位列第一。

　　根據(jù)報告，2016年中國工業(yè)廢水處理行業(yè)市場規(guī)模約為843億元、占全球比重為24.1%，位居全球第二。預計2017~2020年我國工業(yè)廢水處理行業(yè)市場容量將達到3800億元。

　　5、法規(guī)支持

　　《清潔水法》，《預處理條例》

　　《中華人民共和國水污染防治法》，《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，《中華人民共和國環(huán)境保護法》，《城鎮(zhèn)排水與污水處理條例》，《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》

　　6、技術(shù)應用實例

　　1. SAMCO公司利用超濾(UF)+臭氧消毒來處理某制藥廠廢水

　　某賓夕法尼亞州的制藥廠需要對其廢水處理設備進行升級，SAMCO提出以下方案并獲得實施：

　　采用SAMCO的新型超濾系統(tǒng)來替代原有的老舊的和被堵塞的過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)的處理能力更大，并且配有前置快速沖洗設施來快速清潔濾膜。此外，改善了進水的污泥密度指數(shù)以減少濾膜的堵塞。Samco還設計了一個環(huán)形的臭氧發(fā)生器，以便于控制廢水中的細菌數(shù)量。為了減少廢水處理設備的維護工人，Samco采用了可編程邏輯控制器(PLC)來自動監(jiān)控水流、溫度、壓力等參數(shù)。

　　1.利用SBR序批式活性污泥法處理某甲醇廠廢水

　　某甲醇廠含低碳高氮廢水采用SBR序批式活性污泥法處理工藝。SBR序批式活性污泥法處理工藝是處理低碳高氮廢水最常用的生物處理方法之一。SBR工藝是一種將初沉、反應和二次沉淀各工序放在同一反應器中進行，提供一種時間順序上的污水處理。流程圖如下：

　　2. 利用復合混凝劑處理汽車零部件加工廢水(主要含汽車零部件加工過程中產(chǎn)生的含石油類污染物的清洗液廢水)，該類廢水的成分復雜、可生化性差，而且有一定的毒性，屬高濃度難降解有機廢水。復合混凝劑處理方法可有效破乳除油，去除CODcr。且復合混凝劑有較強的電荷中和和吸附架橋能力，形成大而密實的絮體，污泥體積小，含水率低，降低了污泥的處理費用。處理流程圖如下：

　　7、趨勢發(fā)展

　　總體水量管理和控制，在用水過程中追蹤每一步的用水量和排水量;發(fā)展工業(yè)廢水再利用;從廢水中提取有用物質(zhì)重復利用;減少廢水處理過程中的能源消耗。

　　目前，我國工業(yè)廢水處理行業(yè)競爭分散，未來隨著行業(yè)的發(fā)展，行業(yè)集中度有望提高。應研發(fā)高效、低耗的難處理廢水技術(shù)，發(fā)展工業(yè)聚集區(qū)污水處理技術(shù)。隨著工業(yè)廢水排放標準的提高，工業(yè)廢水處理的需求將呈不斷增長趨勢。目前工業(yè)廢水治理存在著市場競爭不規(guī)范、技術(shù)力量薄弱、地方保護主義嚴重、行業(yè)發(fā)展發(fā)展依賴于政策支持等問題。未來也會加大監(jiān)管力度減少企業(yè)偷排的現(xiàn)象。

　　8、技術(shù)空缺

　　工業(yè)廢水的種類多并且成分復雜，需要做很多工作去挑選合適的絮凝劑/多聚物，其實處理技術(shù)上沒有太大的空缺，主要是怎么控制成本。

　　由于存在工業(yè)廢水運營服務體制不健全、監(jiān)管不到位、統(tǒng)計局限性等問題我國很多工業(yè)廢水處理設施處于非正常運行狀態(tài)，有很多無證排污、偷排和超標排放。此外我國工業(yè)廢水的重復利用率較低。

　　9、主要品牌

　　Evoqua Water Technologies，GE Water and Process Technologies，Calgon Carbon， Samco Technologies, Inc， Dow Water & Process Solutions

　　北京萬邦達環(huán)保技術(shù)股份有限公司，揚州澄露環(huán)境工程有限公司，北京桑德環(huán)保集團有限公司，北京碧水源科技股份有限公司等。

　　對比結(jié)束

　　研究員們辛苦啦，聽聽大牛們怎么說~

　　徐博俊

　　法國SUEZ(蘇伊士)北美地區(qū)分公司工業(yè)系統(tǒng)銷售工程師

　　工業(yè)廢水處理的難點在于水質(zhì)情況復雜，不同工業(yè)的廢水差別極大，甚至同一個工業(yè)里不同制造工藝的出水都有可能很不一樣。所以在設計工藝前需要大量的前期工作去了解這種水以選取合適的工藝或設備。處理成本永遠是工業(yè)界最重視的，因此雖然設計工藝時處理效果很重要，但成本的控制也跟出水水質(zhì)同等重要。此外，高級氧化技術(shù)在工業(yè)廢水處理中可以發(fā)揮很重要的作用，復雜化合物在被氧化后有時就可以應用常規(guī)處理技術(shù)來處理了。

　　吉雪紅

　　陜西博益環(huán)境科技咨詢服務有限公司總經(jīng)理及高級工程師。

　　中方與美方廢水污染物排放管理及治理方面最大的區(qū)別在于：美方重在清潔生產(chǎn)，中方有些企業(yè)重在末端治理，因此污染物治理設施大而全，工藝操作過程極為復雜。物化處理過程中選用混凝劑針對性不強，有毒有害廢水處理過程中忽視微生物營養(yǎng)物對提高生化處理的效益，因此處理費用相當高，且達標排放率較低。

　　魏慧賢

　　江南大學教師，研究方向為電化學水處理及工業(yè)廢水處理

　　我覺得目前國內(nèi)工業(yè)污水處理主要的問題是國家的環(huán)保法規(guī)存在區(qū)域的不平衡性，有些地方管的嚴，企業(yè)要花成本進行水處理，而它的競爭對手可能在其他的地方，可能環(huán)保查處沒那么嚴格，那么那些企業(yè)可能不進行水處理或者進行的不嚴格，這樣他的產(chǎn)品的成本就不查的嚴的地方的企業(yè)低，造成競爭的不公平，出現(xiàn)一種“進行處理的企業(yè)處于不利的競爭地位甚至可能破產(chǎn)”的可能性。我認為這是一個大問題。