工业废水处理概述
第四章 工业废水处理概论
第一节 概述
一、工业废水的分类
工业企业各行业生产过程中排出的废水，统称工业废水，其中包括生产污水、冷却水和生活污水3种。
为了区分工业废水的种类，了解其性质，认识其危害，研究其处理措施，通常进行废水的分类，一般有3种分类方法。
1、按行业的产品加工对象分类。如冶金废水、造纸废水、炼焦煤气废水、金属酸洗废水、纺织印染废水、制革废水、农药废水、化学肥料废水等。
2、按工业废水中所含主要污染物的性质分类。含无机污染物为主的称为无机废水，含有机污染物为主的称为有机废水。例如，电镀和矿物加工过程的废水是无机废水，食品或石油加工过程的废水是有机废水。这种分类方法比较简单，对考虑处理方法有利。如对易生物降解的有机废水一般采用生物处理法，对无机废水一般采用物理、化学和物理化学法处理。不过，在工业生产过程中，一种废水往往既含无机物，也含有机物。
3、按废水中所含污染物的主要成分分类。如酸性废水、碱性废水、含酚废水、含镉废水、含铬废水、含锌废水、含汞废水、含氟废水、含有机磷废水、含放射性废水等。这种分类方法的优点是突出了废水的主要污染成分，可有针对性地考虑处理方法或进行回收利用。
除上述分类方法外，还可以根据工业废水处理的难易程度和废水的危害性，将废水中的主要污染物分为3类。
1、易处理危害小的废水。如生产过程中产生的热排水或冷却水，对其稍加处理，即可排放或回用。
2、易生物降解无明显毒性的废水。可采用生物处理法。
3、难生物降解又有毒性的废水。如含重金属废水，含多氯联苯和有机氯农药废水等。
上述废水的分类方法只能作为了解污染源时的参考。实际上，一种工业可以排出几种不同性质的废水，而一种废水又可能含有多种不同的污染物。例如染料工业，既排出酸性废水，又排出碱性废水。纺织印染废水由于织物和染料的不同，其中的污染物和浓度往往有很大差别。
二、工业废水对环境的污染
水污染是我国面临的主要环境问题之一。随着我国工业的发展，工业废水的排放量日益增加，达不到排放标准的工业废水排入水体后，会污染地表水和地下水。水体一旦受到污染，要想在短时间内恢复到原来的状态是不容易的。水体受到污染后，不仅会使其水质不符合饮用水、渔业用水的标准，还会使地下水中的化学有害物质和硬度增加，影响地下水的利用。我国的水资源并不丰富，若按人口平均占有径流量计算，只相当于世界人均值的四分之一。而地表水和地下水的污染，将进一步使可供利用的水资源数量日益减少，势必影响工农渔业生产，直接或间接地给人民生活和身体健康带来危害。
几乎所有的物质，排入水体后都有产生污染的可能性。各种物质的污染程度虽有差别，但超过某一浓度后会产生危害。
1、含无毒物质的有机废水和无机废水的污染。有些污染物质本身虽无毒性，但由于量大或浓度高而对水体有害。例如排入水体的有机物，超过允许量时，水体会出现厌氧腐败现象；大量的无机物流入时，会使水体内盐类浓度增高，造成渗透压改变，对生物(动植物和微生物)造成不良的影响。
2、含有毒物质的有机废水和无机废水的污染。例如含氰、酚等急性有毒物质、重金属等慢性有毒物质及致癌物质等造成的污染。致毒方式有接触中毒(主要是神经中毒)、食物中毒、糜烂性毒害等。
3、含有大量不溶性悬浮物废水的污染。例如，纸浆、纤维工业等的纤维素，选煤、选矿等排放的微细粉尘，陶瓷、采石工业排出的灰砂等。这些物质沉积水底有的形成“毒泥”，发生毒害事件的例子很多。如果是有机物，则会发生腐败，使水体呈厌氧状态。这些物质在水中还会阻塞鱼类的鳃，导致呼吸困难，并破坏产卵场所。
4、含油废水产生的污染。油漂浮在水面既损美观，又会散出令人厌恶的气味。燃点低的油类还有引起火灾的危险。动植物油脂具有腐败性，消耗水体中的溶解氧。
5、含高浊度和高色度废水产生的污染。引起光通量不足，影响生物的生长繁殖。
6、酸性和碱性废水产生的污染。除对生物有危害作用外，还会损坏设备和器材。
7、含有多种污染物质废水产生的污染。各种物质之间会产生化学反应，或在自然光和氧的作用下产生化学反应并生成有害物质。例如，硫化钠和硫酸产生硫化氢，亚铁氰盐经光分解产生氰等。
8、含有氮、磷等工业废水产生的污染。对湖泊等封闭性水域，由于含氮、磷物质的废水流入，会使藻类及其他水生生物异常繁殖，使水体产生富营养化。
三、废水的排放标准
1、国家标准《污水综合排放标准》
《污水综合排放标准》见附录十一。该标准包括4部分内容。(1)第一类污染物最高允许排放浓度；(2)第二类污染物最高允许排放浓度；(3)部分行业污染物最高允许排放浓度和污水排放定额；(4)污水分析采样方法。
第一类污染物，是指汞、镉、砷、铅、镍、苯并(a)芘等在动植物体内长期蓄积、毒性较大、影响长远的有毒物质。含有此类污染物的废水，不分其排放去向和方式，也不按受纳水体功能区分，一律在车间或车间处理设施的排出口取样，其最高允许浓度必须符合规定。
第二类污染物，指pH值、色度、SS、BOD、COD、石油类等20项污染物质。这类污染物的排放标准，按污水排放去向分别执行一、二、三级标准，而对新老企业又制定了不同的标准。这就使排放标准与地面水环境质量标准有机地联系起来，与不同水域的环境目标联系起来，污水排入不同的水域功能区则执行不同的标准值。
标准中的部分行业的排放标准和排水定额标准，规定了排水定额或水重复利用率，这不仅是为了压缩排水量，降低排污负荷，也是为了进一步采用负荷排放标准。不但要控制排污浓度，还要控制排水量和排污负荷。
2、部级标准《污水排入城市下水道水质标准》
该标准见附录十三。为了保护城市下水道设施不受破坏，保护城市污水处理厂的正常运行，保障养护管理人员的人身安全，保护环境，防止污染，充分发挥设施的社会效益、经济效益、环境效益，制定了本标准。
标准规定如下：
(1)严禁排入腐蚀下水道设施的污水。
(2)严禁向城市下水道倾倒垃圾、积雪、粪便、工业废渣和排放易于凝集堵塞下水道的物质。
(3)严禁向城市下水道排放剧毒物质(氰化钠、氰化钾)、易燃、易爆物质(汽油、煤油、重油、润滑油、煤焦油、苯系物、醚类及其它有机溶剂)和有害气体。
(4)医疗卫生、生物制品、科学研究、肉类加工等含有病原体的污水，必须经过严格消毒处理，除遵守本标准外，还必须按有关专业标准执行。
(5)放射性污水向城市下水道排放，除遵守本标准外，还必须按《放射防护规定》CGBJ8—74(内部试行))执行。
(6)水质超过本标准的污水，不得用稀释法降低其浓度，排入城市下水道。
部标与国标之间基本精神是一致的，某些地方由于侧重点不同，而有些差别。
1)国标列出了总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍和苯并(d)芘等九项一类污染物。部标亦列出类似项目，如汞及其无机化合物、镉及其无机化合物、六价铬无机化合物、砷及其无机化合物、铅及其无机化合物、镍及其无机化合物等。除镍外，两标准基本一致。镍的标准值国标为1.0mg/L，部标为2.0mg/L；Cr3+国标为1.0mg/L，部标为3.0mg/L。国标所列苯并(d)芘对二、三级标准区暂不考核。
2)国标中所列二类污染物共20项，对排入城市下水道并有城市二级生物处理厂者执行三级标准的数值；对于排入城市下水道并无城市二级生物处理厂者，按水体功能划分，执行一级或二级标准数值。后者要执行国标。由于城市下水道及污水处理厂设施属市政部门管辖，对有城市下水道且有集中二级生物处理厂者，一般执行部标。
一般来说，应有一个统一标准为好。
3、国标《农田灌溉水质标准》
为了防止土壤、地下水和农产品污染，保障人体健康，维护生态平衡，促进经济发展，制定了本标准。该标准规定了农田灌溉水质要求，标准实施办法和采样监测方法。标准适用于全国以地面水、地下水和处理后的城市污水及与城市污水水质相近的工业废水作为水源的农田灌溉用水，不适用于医药、生物制品、化学试剂、农药、石油炼制、焦化和有机化工等处理后的废水进行灌溉。严禁使用污水浇灌生食的蔬菜和瓜果。向农田灌溉渠道排放处理后的工业废水和城市污水，应保证其下游最近灌溉取水点的水质符合本标准。
废水排向渔业水体或海洋时应符合《渔业水质标准》(试行1979－03发布)及《海水水质标准》(GB3097—83)。
我国有关部门规定，各地方可根据当地情况制定地方标准，但原则上应严格执行国家、部和行业标准。
第二节 工业废水污染源调查
一、控制工业废水污染源的基本途径
控制工业废水污染源的基本途径是减少废水排出量和降低废水中污染物浓度，现分述如下：
1、减少废水排出量
减少废水排出量是减小处理装置规模的前提，必须充分注意，可采取以下措施：
(1)废水进行分流。将工厂所有废水混合后再进行处理往往不是好方法，一般都须进行分流。对已采用混合系统的老厂来说，无疑是困难的，但对新建工厂，必须考虑废水的分流问题。
(2)节约用水。每生产单位产品或取得单位产值排出的废水量称为单位废水量。即使在同一行业中，各工厂的单位废水量也相差很大，合理用水的工厂，其单位废水量低。常见这样的例子，许多工厂在枯水季节，工业用水限制为原用水量的50％时，生产能力并未下降，但用水限制解除后，又恢复到原有水平，这说明有些工厂节水的潜力是很大的。
(3)改革生产工艺。改革生产工艺是减少废水排放量的重要手段。措施有更换和改善原材料、改进装置的结构和性能，提高工艺的控制水平、加强装置设备的维修管理等。若能使某一工段的废水不经处理就用于其他工段，就能有效地降低废水量。
(4)避免间断排出工业废水。例如电镀工厂更换电镀废液时，常间断地排出大量高浓度废水，若改为少量均匀排出，或先放入贮液池内再连续均匀排出，能减少处理装置的规模。
2、降低废水污染物的浓度
通常，生产某一产品产生的污染物量是一定的，若减少排水量，就会提高废水污染物的浓度，但采取各种措施也可以降低废水的浓度。废水中污染物来源有二：
一是本应成为产品的成分，由于某种原因而进入废水中，如制糖厂的糖分等；
二是从原料到产品的生产过程中产生的杂质，如纸浆废水中含有的木质素等。
后者是应废弃的成分，即使减少废水量，污染物质的总量也不会减少，因此废水中污染物浓度会增加。对于前者，若能改革工艺和设备性能，减少产品的流失，废水的浓度便会降低。可采取以下措施降低废水污染物的浓度：
(1)改革生产工艺
尽量采用不产生污染物的工艺。例如，纺织厂棉纺的上浆，传统都采用淀粉作浆料，这些淀粉在织成棉布后，由于退浆而变为废水的成分，因此纺织厂废水中总BOD5的30％～50％来自淀粉。最好采用不产生BOD的浆料，如羧甲基纤维素(CMC)的效果很好，目前已有厂家使用。但在采用此项新工艺时，还必须从毒性等方面研究它对环境的影响。其它例子很多，例如电镀工厂镀锌、镀铜时避免使用氰的方法，已在生产上采用。
(2)改进装置的结构和性能
废水中的污染物质是由产品的成分组成时，可通过改进装置的结构和性能，来提高产品的收率，可降低废水的浓度。以电镀厂为例，可在电镀槽与水洗槽之间设回收槽，减少镀液的排出量，使废水的浓度大大降低。又如炼油厂，可在各工段设集油槽，防止油类排出，以减少废水的浓度。
(3)废水进行分流
在通常情况下，避免少量高浓度废水与大量低浓度的废水互相混合，分流后分别处理往往是经济合理的。例如电镀厂含重金属废水，可先将重金属变成氢氧化物或硫化物等不溶性物质与水分离后再排出。电镀厂有含氰废水和含铬废水时，通常分别进行处理。适于生物处理的有机废水应避免有毒物质和pH值过高或过低的废水混入。应该指出的是，不是在任何情况下高浓度废水或有害废水分开处理都是有利的。
(4)废水进行均和
废水的水量和水质都随时间而变动，可设调节池进行均质。虽然不能降低污染物总量，但可均和浓度。在某种情况下，经均质后的废水可达到排放标准。
(5)回收有用物质
这是降低废水污染物浓度的最好方法。例如从电镀废水中回收铬酸，从纸浆蒸煮废液中回收药品等。
(6)排出系统的控制
当废水的浓度超过规定值时，能立即停止污染物发生源工序的生产或预先发出警报。
二、污染源调查
1.现场调查 内容如下：
(1)查明工厂在所有操作条件(正常及高负荷)下的水平衡状况；
(2)记下所有用水工序，并编制每个工序的水平衡明细表；
(3)从各排水工序和总排水口取水样进行水质分析；
(4)确定排放标准。
2.资料分析 应明确下列事项：
(1)哪些工段是主要污染源；
(2)有无可能将需要处理的废水和不需处理就可排放的废水进行分流；
(3)能否通过改进工艺和设备减少废水量和浓度；
(4)能否使某工段的废水不经处理就可用于其它工段；
(5)有无回收有用物质的可能性；
第三节 工业废水处理方法概述
一、废水处理方法
废水处理过程是将废水中所含有的各种污染物与水分离或加以分解，使其净化的过程。废水处理法大体可分为：物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法，
1.物理处理法
物理处理法又分为调节、离心分离、沉淀、除油、过滤等。
2.化学处理法
化学处理法又可分为中和、化学沉淀、氧化还原等。
3.物理化学处理法
又可分为混凝、气浮、吸附、离子交换、膜分离等方法。
4.生物处理法
又可分为好氧生物处理法、厌氧生物处理法。
二、废水处理方法的选择
1.污染物在废水中存在状态
选择废水处理方法前，必须了解废水中污染物的形态。一般污染物在废水中处于悬浮、胶体和溶解3种形态。通常根据它们粒径的大小来划分。悬浮物粒径为1～100μm，胶体粒径为lnm～1μm，溶解物粒径小于lnm。一般来说，易处理的污染物是悬浮物，而胶体和溶解物则较难处理。悬浮物可通过沉淀、过滤等与水分离，而胶体和溶解物则必须利用特殊的物质使之凝聚或通过化学反应使其粒径增大到悬浮物的程度，或利用微生物或特殊的膜等将其分解或分离。
2.废水处理方法的确定
(1)有机废水可通过试验确定
1)含悬浮物时，用滤纸过滤，测定滤液的BOD5、COD。若滤液中的BOD5、，COD均在要求值以下，这种废水可采取物理处理方法，在悬浮物的去除同时，也能将BOD5、COD一道去除。
2)若滤液中的BOD5、COD高于要求值，则需考虑采用生物处理方法。进行生物处理试验时，确定能否将BOD。与COD同时去除。
好氧生物处理法去除废水中的BOD5和COD，由于工艺成熟，效率高且稳定，所以获得十分广泛的应用，但由于需供氧，故耗电较高。为了节能并回收沼气，常采用厌氧法去除BOD和COD，特别是处理高浓度BOD5和COD废水比较适 (BOD5＞1000mg/L)，现在也将厌氧法用于低BOD、COD废水的处理，亦获得成功。但是，从去除效率看，BOD5去除率不一定高，而COD去除率反而高些。这是由于难降解的COD，经厌氧处理后转化为容易生物降解的COD，使高分子有机物转化为低分子有机物。对于某些工业废水也存在此种现象。如仅用好氧生物处理法处理焦化厂含酚废水，出水COD往往保持在400～500mg/L，很难继续降低。如果采用厌氧作为第一级，再串以第二级好氧法，就可使出水COD下降到100～150mg/L。因此，厌氧法常常用于含难降解COD工业废水的处理。
3)若经生物处理后COD不能降低到排放标准时，就要考虑采用深度处理。
(2)无机废水
1)含悬浮物时，需进行沉淀试验，若在常规的静置时间内达到排放标准时，这种废水可采用自然沉淀法处理。
2)若在规定的静置时间内达不到要求值时，则需进行混凝沉淀试验。
3)当悬浮物去除后，废水中仍含有有害物质时，可考虑采用调节pH值、化学沉淀、氧化还原等化学方法。
4)对上述方法仍不能去除的溶解性物质，为了进一步去除，可考虑采用吸附、离子交换等深度处理方法。
(3)含油废水
首先做静置上浮试验分离浮油，再进行分离乳化油的试验。