工业废水的资源化回用及处理技术概述

文中介绍了工业废水的回用及处理技术。列举了工业废水在食品业、钢铁业、造纸业、制革业中回用的现状，阐述了用物理法、化学法、生物法处理工业废水的技术，并说明了工业废水回用及处理技术应用的意义。
水是生命之源，人类生存和发展离不开水。随着社会的发展，水资源浪费和破坏的情况越来越严重，水资源短缺已成为当今社会的突出矛盾。中国拥有世界1/5 的人口，而可利用的淡水资源却只有世界的8%，人均拥有淡水量为2 500m3/a，仅为世界人均拥有淡水量的1/4。
目前，中国工业用水约占总用水的20%。其中，造纸、冶金、电力和化工行业用水量最多。中国工业平均用水量要比发达国家大上百倍，这样既浪费了水资源，使水资源更加短缺，产生的大量废水也会污染环境。近年来，我国污水年排放量约为360 亿t，废水COD 排放量约为1 715 万t，重金属、砷、氰化物、挥发酚等的排放量也逐年上升。我国拥有10 万km 河川，其中1.9 万km 河流被严重污染。七大水系中有一半河流被污染，86%的河流水质超标。滇池、巢湖、太湖等湖泊均存在富营养化等问题，水污染造成的经济损失每年高达1 800亿元。水体污染使城市水资源紧缺更加严重。
研究工业废水的资源化回用技术有利于改变中国水资源的现状，这也是实现经济可持续发展的重要保障。
1.工业废水的资源化回用
工业废水的资源化回用是指对工业废水中残留的有效成分进行再利用或者将工业废水处理后进行水资源的再利用。
1.1 食品工业中的废水回用
在食品工业中淀粉生产废水是污染最严重的废水之一。该废水中主要含有糖类、淀粉、蛋白质、纤维等高浓度有机物，直接处理成本较高，而且会造成废水中大量有用物质的浪费。
李琳等根据蛋白质和水溶性淀粉能被酿酒酵母和胶质芽孢杆菌利用的原理，其通过红薯淀粉废水扩大培养，制备的复合MBF 对废水COD 去除率达65%，红薯淀粉废水的絮凝率达到97%。B.Jiff等人在淀粉生产废水中培养发酵工业中的米曲霉生产α - 2 淀粉酶和微生物蛋白(BMP)，当30℃、pH 值= 5.0 时，MBP 的生产率= 6.1g/L (蛋白质含量为38%)，α2 淀粉酶浓度为55EU/mL，同时废水的COD 去除率为95%、BOD 去除率为93%、SS = 98%。他们在淀粉中废水培养葡糖淀粉酶和少孢根霉生产真菌蛋白，且废水COD 去除率也很高[4，5]。
1.2 钢铁工业中废水的回用
在钢铁工业中循环用水量占钢铁总用水量的95%以上。钢铁工业废水主要污染物质为油、无机物、有机物、SS 等，具有导电率高的特点。许多国内外钢铁企业对钢铁工业废水的进行了回用，先经过混凝、沉淀，再进行过滤后制成工业循环水。处理后的循环水，虽然废水的碱度、硬度、杂质和浊度等有所减少，废水的COD、油的含量也有所减少，但废水的金属离子浓度、硬度、电导率并没有减少，废水含盐率元超过工业循环水的要求，从而限制了处理后工业废水的广泛应用。近年国内的一些大型钢铁企业，如太钢、济钢、首钢等，均建设了双膜法处理设施，将钢铁废水通过双膜法处理后回用。
1.3 造纸工业中废水的回用
造纸业废水具有水量大的特点。平均每生产一吨纸会产生400 t 的废水，国内造纸工业年废水排放量为400 亿t，占工业废水排放总量的1/10。造纸工业废水的主要成分为氮、纤维素、磷木、碱、质素等。如直接排放不仅会对环境造成很大的污染，还会造成有用物质的浪费。
某秦皇造纸厂将制浆废水用于农田灌溉。该厂自建厂以来，当地农民一直用其生产废水来灌溉水稻，灌溉面积为14 公顷。通过多年对农作物的观察，尚未发现对农作物造成污染和影响，反而在造纸废水灌溉后，在其他条件相同的情况下，与普通灌溉相比，造纸废水灌溉的田秧苗返青提前了5 d，每公顷可少施化肥500 ～ 660 kg，产量达7 600 ～ 9 850 kg/公顷[10，11]。
造纸废水还可以用作型煤的粘合剂。加工型煤需要添加粘合剂，其主要成分为泡花碱。造纸废水中的黑液可取代泡花碱作为粘合剂加工型煤。这样既可以避免废水中有效成分的浪费，也可减少废水排放对环境的污染。此外，造纸黑液还可以用来生产水煤浆。
1.4 制革工业中废水的回用
在中国有2 300 多家大型制革企业，每年制革废水排放量达1 亿多t，其主要成分为悬浮物铬，硫化物，鞣剂等。制革废水的主要特点为悬浮物多、耗氧量高、碱性大，并含有硫化物、铬化合物等，如果直接排放会造成环境严重污染。
制革废水的资源化是将制革废水经过适当处理后再回用。如将铬鞣废水中的铬化合物、脱毛废水中的蛋白质、脱脂废水中的油脂分离提取出来，再将剩余废水经行处理。回收的铬化合物可用于配制用于鞣革的鞣液； 蛋白质和油脂可以经过深加工后出售。这样既可以节约成本，避免有效资源的浪费，也可避免废水对环境的污染。
早在上世纪50 年代，中国制革废水的资源化处理就已经提出来了。当时国内工业化水平不高，产生的废水量比较少，工业废水的资源化主要是提取制革废水中的蛋白质和油脂，进行再利用。到80 年代，制革工业发展迅速，其污水的排放对环境的污染程度越来越严重，此时制革废水资源化处理主要有环境保护和资源利用。先按水质的不同将各工序的废水分别收集，经适当处理后，再进行循环利用。制革废水的资源化主要为脱毛废水和铬鞣废水的循环利用。该技术涉及到机械、化工、化学等领域，还与制革工艺有关，与生产技术相结合，尽量减少生产过程中污水的产生，避免其对环境的污染。
2.工业废水的处理技术
工业废水占我国城市污水的70% 以上。工业废水污染程度较生活污水严重，如将其处理后排放有利于环境保护，有利于社会的可持续发展。
2.1 物理法
物理法是指用物理方法分离废水中呈悬浮状态的不溶解的污染物的水处理方法，该处理方法并没有改变污染物的化学组成。物理水处理方法通常有沉淀、浮力浮上、磁分离、过滤、调节、筛滤、离心分离等。
调节是指对工业废水进水量和水质进行调节，优化废水处理条件。沉淀分离是指利用污染物密度的不同，通过重力作用，使污水中悬浮状的颗粒分离出来。筛滤和过滤是指通过滤料、滤布、滤网、格栅的拦截作用去除悬浮在污水中的杂质。浮力上浮法是指利用污水中悬浮颗粒与水的密度差，使水中密度小于水的颗粒浮出水面，再通过适当方法加以分离。离心分离是指通过旋转离心力使污染物与废水进行分离。磁力分离是指通过磁场力的作用分离水中的带磁性的颗粒，而非磁性污染物需投加磁粉接种后，才能通过磁场去除，该方法用于去除其他物理方法难以去除的悬浮物。
2.2 化学法
化学法是向污水中投加化学物质，通过化学反应降低水中污染物浓度的方法。
2.2.1 混凝法
混凝法是指向水中投加一定量的混凝剂，通过架桥、脱稳等反应过程，使水中的颗粒污染物凝聚、沉降分离。水中胶体状态的污染物颗粒带有负电荷，胶体颗粒之间互相排斥从而形成稳定的混合液，当向水中投加带有相反电荷的混凝剂时，污水中的胶体状颗粒变为中性，接着分子引力作用下，凝聚成大颗粒发生沉降。
2.2.2 中和法
中和法是指通过投加化学药剂消除污水中过量的酸和碱，使其pH 值达到中性左右的过程。处理含酸污水投加碱，处理含碱污水投加酸。酸和碱均指投加无机酸和无机碱。一般按照“以废制废"的原则，亦可投加药剂，可间歇处理，也可以连续处理。
2.2.3 氧化还原法
氧化还原法是指通过投加氧化剂或还原剂与水中的污染物进行反应，从而降低污染物浓度的水处理方法。常用的氧化剂有臭氧、氯气、空气中的氧、漂白粉、纯氧等。氧化法经常用于处理含酚含氰废水。常用的还原剂则有亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、铁屑等，还原法多用于处理含汞、含铬废水。
2.2.4 电解法
电解法是指在废水中通电，从而使污染物发生氧化还原反应的水处理方法。在电解过程中，在阳极上产生氧气，发生氧化作用； 在阴极上产生氢气，发生还原作用。目前电解法主要用于处理含氰和含铬废水。
2.2.5 离子交换法
离子交换法中使用的离子交换剂分为无机离子交换剂(合成沸石或天然沸石)、有机离子交换树脂(鳌和树脂、弱碱性阴离子树脂、强酸性阳离子树脂、强碱性阴离子树脂、弱酸性阳离子树脂等)。采用离子交换法时，必须选好树脂。树脂对不同离子的交换能力是不一样的，树脂的交换能力取决于各种离子对该树脂的亲和力大小，另外还需考虑树脂的再生等。
2.2.6 膜分离法
膜分离法主要是指通过超滤、反渗透、微滤、渗析、电渗析等方法，通过一种特殊的半渗透膜，使废水中的离子得到分离的水处理方法。电渗析法主要用于将污水脱盐，金属离子回收等。反渗透作用主要是通过膜表面的化学作用进行分离，其可分离小粒径颗粒，除盐率较高，但是其所需的工作压力较大； 超滤所用的材质和反渗透相同，但超滤是通过筛滤作用分离污染物，分离的污染物粒径较大，透水率高，除盐率较低，工作压力小。
2.3 生物法
污水的生物处理法是指在一定条件下培养微生物，使微生物大量增殖。微生物会氧化、分解有机污染物，从而使污染物降解为无害物质，使污水得以净化。生物处理法可分为好氧处理法和厌氧处理法两种。其中好样处理效率高，效果好，使用广泛，是生物处理的主要方法。
2.3.1 好氧生物法
好氧生物法是利用含有大量好氧生物的活性污泥对废水进行处理，通过曝气提高微生物的活性状态，利用微生物的代谢作用使废水中的污染物得到降解和去除。好氧生物法包括生物转盘法、氧化沟法、A/O 法，SBR 法和A2/O 等。
2.3.1 厌氧生物法
厌氧生物法是在厌氧或缺氧的环境下利用厌氧微生物，降解废水中有机高分子化合物。厌氧生物法通常包括厌氧混合床AHBF、厌氧生物滤池、厌氧间歇型序批式反应法ASBR、上流式厌氧污泥床UASB 等工艺。一般来说，厌氧生物法常在好氧处理前的预处理。
3.结束语
每年国内工业生产会产生大量的废水，如对其进行资源化回用或有效处理，既可以减少环境污染，又可节约水资源和生产成本，有利于国民经济的可持续发展。