工业废水处理技术体系：从污染物分类到核心处理工艺

工业废水处理概述

工业用水用于工艺需求、冷却、产汽、抑尘等。工业废水是上述用途使用后产生的水排弃物。即水中溶解或悬浮非水物质形成的废水。处理覆盖因上述活动污染水体的机制与工艺。目标：去除溶解/悬浮物质，使出水可安全排环境、回用原工艺或用于他工艺。

废水主要污染物成分

• 悬浮固体(SS)：肉眼可见，常规滤纸可滤除。无严格定义但通常>1-2μm。静置沉降沉底。
• 溶解固体(DS)：肉眼不可见、不可过滤除去。定义为<0.45μm物质。分正溶性物质(随温升溶解度增)和逆溶性物质(随温升溶解度降，水处理中通常指钙、镁、锶、钡盐即"硬度"离子)。逆溶性物质在锅炉/换热管热表面结垢。
• 胶体固体：介于溶解/悬浮之间。水呈雾状浑浊，肉眼不见颗粒。粒径~0.45-2.0μm。因离子表面电荷影响大不沉降，称稳定悬浮体系。
• 色度：胶体悬浮类型。天然水有机大分子落入胶体粒径范围，带电荷稳定不沉降。
• 生化需氧量(BOD)与化学需氧量(COD)：BOD指细菌分解有机物消耗氧量。安全BOD水平对优质出水至关重要。BOD过高致进一步污染风险、干扰处理、影响产品。影响因素：硝酸盐/磷酸盐、水温等，影响藻类等水生植物进而影响分解菌群。最佳处理环境支持分解菌群生命同时控制种群避免快速分解致高BOD。COD类似，测定分解有机物和氧化无机物/化学品消耗氧量，常用于工业废水。

废水处理技术分类

技术通常分四大类：(1)化学法，(2)物理法，(3)生物法，(4)膜法。

化学技术

• 中和：调节废水酸碱度至中性pH 7。
• 沉淀：加药改变污染物化学组成使新生成物沉淀分离。常用于重金属去除(常以氢氧化物沉淀)。需预处理去除干扰重金属沉淀物质。
• 混凝：加药使污染物絮凝聚集沉降分离。用于含胶体/悬浮固体废水澄清。硅胶/聚电解质助快速沉降物形成。乳化油废水可混凝澄清。脱色高效但降COD效果较弱。
• 吸附：用化学品使特定污染物吸附其表面后去除。用活性炭或合成活性表面。
• 离子交换：去除废水中不需要阴/阳离子。阳离子换H⁺/Na⁺，阴离子换OH⁻。树脂为有机/无机网络结构带官能团。废水处理多用有机聚合物合成树脂。

物理技术

• 格栅/筛滤：用滤器装置除去废水粗大固体。
• 澄清沉淀：工业废水厂常见关键工艺。澄清池为容纳废水池/池，静置一段时间使水中悬浮固体/其他物质沉底。
• 浮选/气浮：微小气泡注入废水，气泡携带污染颗粒上浮表面后去除。常用于油水分离。游离油上浮撇除。
• 空气吹脱：用气流去除废水中挥发/半挥发有机物。

生物技术

比其他方法更自然。微生物以废水复杂物质为食转化为简单物质，为后续处理做准备。主要目标降低BOD。主要技术：

• 普通活性污泥法：好氧过程，菌群消耗废水有机物、氮、氧生长繁殖。鼓风曝气搅拌悬浮菌群于曝气池。
• 高纯氧活性污泥法：类似普通法但用纯氧代替空气注入废水。
• 曝气塘/氧化塘法：类似普通法但用机械曝气机鼓风或剧烈搅拌废水空气传氧。
• 滴滤池/生物滤池法：固定膜好氧过程。高比表面积填料池，废水自顶部布水向下渗流。菌生长于填料利用废水有机物和氮。图1示典型滴滤池工艺。
• 转盘生物接触氧化法(RBC)：固定膜好氧过程，填料水平跨池，菌生长填料连续旋转交替接触废水和空气。
• 氧化沟法：类似活性污泥法。物理上环形配备机械曝气装置。

图1 典型滴滤池工艺

膜技术

工业废水处理中膜技术日益重要。可去除颗粒、胶体、大分子实现消毒。按分离物种粒径分级。主要技术：

• 反渗透(RO)：分离溶解盐和小分子有机物。
• 纳滤(NF)：选择性脱矿或有机溶液浓缩。用于抗生素分离。
• 超滤(UF)：分离乳液、胶体、大分子或蛋白质。
• 微滤(MF)：分离小颗粒、大胶体、微生物菌体。