中美工业废水处理对比概述

　　摘要：污水处理是处理水污染的重要过程。主要采用物理、生物及化学的方法对生活污水以及工业废水进行处理以分离水中的固体污染物并降低水中的有机污染物和富营养物(主要为氮、磷化合物)，从而减轻污水对环境的污染。工业废水处理是处理工业废水的一项重要措施。它在工业废水排入下水道之前对其进行的再次回收和处理，并以此减少工业废水中污染物含量，使其不容易腐臭。在高度规范的发达国家，这项技术得到了广泛运用。目前中美的生活污水处理技术已经比较成熟了，活性污泥法在国内国外得到了比较大的应用，但是对于工业废水来说，美国由于大量重污染的企业外迁，工业废水污染相对较少，但对中国来说，制药、化工废水等含有复杂成分的工业废水还是中国企业面临的一个难题。

　　研究员介绍

　　贺浩鑫(美方研究员)

　　布法罗大学环境工程硕士，主要研究方向为工业废水的处理。现在在纽约州交通部Region 5 担任桥梁建设监工。

　　陈曦(中方研究员)

　　哈尔滨工业大学给排水专业本科，Carnegie Mellon University 环境工程研究生。主要的研究方向为超滤膜性能的优化与改进。

　　中美工业废水处置对比

　　1、起源

　　1972年美国通过联邦水污染控制法(又称之为清洁水法)，此法案使得联邦政府取得主导全国水环境污染控制的管理权限，此后几年，美国环保署抓紧制定并执行21种主要工业行业的行业废水排放标准(包括排放到城市污水处理厂的预处理排放标准)和确定以清洁水法的权限来管理含毒性化合物的废水排放。美国于1978年通过了《预处理条例》，该条例确立了联邦、州政府和工业企业、公众在预处理方面的责任。它被赋予管理和控制工业用户间接排放的权利，预处理项目要求间接排放者应获得排污许可证，方可将其污水排入处理厂。许可证通常要求企业在排入集中处理系统前对污染物做预处理，并对出水水质做出具体要求。

　　新中国成立初期到改革开放前，工业废水处理进入从无到有的阶段，企业开始运用单厂处理模式处理工业废水。20世纪50年代，工农业刚刚起步，工业废水处理处于无序化状态。20世纪60年代开始，国内几大市政设计院逐步介入工业废水处理的研究和实践工作。20世纪70年代起，国家开始进行统的政策规范，单厂处理模式得到了普遍运用。

　　2、技术特点

　　常见的工业废水主要分布在电子、塑胶、电镀、五金、印刷、食品、印染等行业。从废水的排放量和对环境污染的危害程度来看，电镀、线路板、表面处理等以无机类污染物为主的废水和食品、印染、印刷及生活污水等以有机类污染物为主的废水是处理的重点。在美国，各个工厂必须建立并运行各自的环保设备，根据各自的污水特点以及当地的污水处理厂处理能力，选择合适的处理工艺对工业污水进行预处理，被预处理后的工业污水会被排入当地的污水处理厂。

　　工业废水处理方法主要包括：物理法、化学法和生物法。

　　物理处理法的特点是在不改变废水的化学性质的前提下利用过滤、分离等物理方法去除废水中不溶解的悬浮状颗粒污染物质，是对废水的预处理，也是废水处理的第一阶段。

　　化学处理法的特点主要是向废水中加入化学物质，与废水反应，产生无害物。

　　生物法的特点是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水。

　　应详细调研和试验，根据废水性质和特点、排放时的要求、废物回收的经济价值，考虑废水处理过程中产生的污泥、残渣以及二次污染等来选择处理方法。

　　3、技术类型

　　美国联邦环保部(EPA)针对工业废水的预处理标准，将工业废水至少划分成了35个种类。比如制铝工业，制造电池工业，电镀工业，墨水制造工业，无机化学物制造工业，除油脱脂工业，食品工业，制药工业，纸浆工业等等，并为各个工业的废水制定了最低排放标准，各个地区政府制定的标准只能比此标准更高。

　　1. 含盐废水的处理

　　含盐废水是指从纸浆工业，食品和饮料工业，冷却塔，天然气及石油工业的压裂水，氯碱工业中产生的废水。该类废水中含有大量的溶解盐，预处理工艺的目标是去除减少的溶解盐，常见的处理工艺包括：蒸发/蒸馏系统，膜处理，电渗析，离子交换，盐浓缩器。

　　2. 可降解有机物废水的处理

　　可降解有机物废水的预处理方法与常规的污水处理厂处理方法类似，比如使用活性污泥法和滴滤池提供好氧和厌氧处理。活性污泥法就是向水中提供大量的氧气以便促使微生物的新陈代谢，从而分解含碳有机物。

　　滴滤池则是一种比较老的处理工艺，是指将水通过岩石层或其他的层状材料，在过滤介质的表面有大量的微生物，当废水通过时，含碳有机物会附着在介质表面，从而被微生物分解。一般来说活性污泥法的处理效果要好于滴滤池。

　　3. 不可降解有机物废水的处理

　　不可降解的有机废水主要来自于制药工业，杀虫剂，油漆及合成有机化工工业，其预处理方法主要是物理法，比如讲不可溶解的化学物质隔离出来，活性炭吸附，燃烧，蒸馏，以及高级氧化法。

　　4. 酸碱废水的处理

　　酸碱废水的处理常常使用中和法，即使用一定的酸或碱来中和废水。含碱废水常常使用盐酸中和，含酸废水常常使用氢氧化钠或碳酸钙，氧化钙来中和。

　　5. 有毒金属废水的处理

　　许多重金属及其对应的盐都有毒性，并且这些物质不容易被污水处理厂处理。该类废水的预处理措施最好是回收，如果不能够回收的话就要将其沉降，分离及浓缩后丢入垃圾填埋场。

　　6. 油脂废水的处理

　　大多数自然油以及人工合成的油脂与水都是不可溶的，其一般都会漂浮在废水表面，因此可以被刮除重加工，生物降解，丢弃，及焚烧掉。

　　7. 食品工业废水

　　农业及食品工业的废水常常是可以生物降解的并且是无毒的。其来源于罐装食品，奶制产品，谷物产品肉类产品，制糖产品，该废水中常常包括抗生素，荷尔蒙，以及杀虫剂。由于该类工业常常是季节性的，因此会在某个季节产生突然的高峰期，此时其废水排放量可能会超过当地污水处理厂的处理能力，因此常常对其排入污水处理厂的污水量做出一定的限制。

　　根据不同的工业废水分别列举常用的处理技术：

　　1. 重金属废水的处理

　　重金属废水是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中排出的含重金属的废水。常采用就地处理的方法，应防止与其他废水混合使处理复杂化。处理后的水中重金属低于排放标准可以排放或回用。形成新的重金属浓缩产物尽量回收利用，无法回收的应加以无害化处理(如不溶化和固化处理)。

　　处理方法：

　　化学沉淀法(氢氧化物沉淀法，硫化物沉淀法，铁氧体法)

　　还原法，将高价重金属离子还原至低价，多用于废水预处理。

　　吸附法，包括物理化学吸附法。但很多吸附材料再生效率低，用过之后还要对其进行处理因此价格较高。

　　生物吸附法，利用生物体吸附水中的重金属离子。

　　膜分离法如电渗析法(要求处理水具有足够的电导即电解质的浓度不能过低)，反渗透膜，纳滤，微滤和超滤。

　　混凝法，一般不能单独用来去除废水中的重金属，常与其他方法相结合去除废水中重金属。

　　离子交换法，利用重金属离子与离子交换树脂发生离子交换，降低重金属浓度的方法。可以选择性地回收贵重金属，去除废水中的金属阳离子和阴离子，净化纯度较高。但运行费用较高，较少应用于大型水处理。

　　电化学法，电解使废水中重金属离子通过氧化还原反应富集重金属。无需添加化学药品，很少产生二次污染，但能耗大、成本高、副反应多。

　　2. 含氰废水的处理：

　　含氰废水是指氰化电镀过程中产生的废水。氰化电镀所带来的废水，特点是浓度低、量大，但氰化物是剧毒物质，含有氰的电镀废水对环境的污染和人体的危害非常严重。

　　处理方法：

　　碱性氯化法，在碱性条件下，采用次氯酸钠、漂白粉、液氯等氯系氧化剂将氰化物破坏的方法。有局部氧化法和完全氧化法两种工艺。

　　电解法，是用石墨作阳极，铁板作阴极，在碱性废水中加入氯化钠进行电解，将CN-氧化去氰。处理后的废水必要时需要再用碱性氯化法处理以去除残存的CN-。

　　空气催化氧化法，利用催化剂使氰根在活性炭上催化分解。应考虑pH的影响，对于CN-浓度<30mg/L的电镀废水，可处理达到排放标准。

　　3. 含酚废水的处理

　　酚废水主要来源于焦化、煤气、炼油和以苯酚或酚醛为原料的化工、制药等生产过程，其来源广、数量多、危害大。

　　处理方法：

　　好氧-厌氧工艺，可除酚，出水的COD与NH3-N均可达标，效果优于好氧生物处理。自然菌种降解活性有限，需要高降解活性菌种的筛选与培育。

　　氧化处理技术包括湿式催化氧化法即在传统的湿式氧化工艺中加入适宜的催化剂提高废水处理能力。但由于反应在高温、高压下进行，对设备要求高且催化剂的损耗大。需要研究温和条件下高效经济的催化剂。

　　光化学氧化法，反应条件温和、氧化能力强、适用范围广，适用于低浓度、少量，机物浓度较高，含难生物降解的有毒有机物的废水处理。

　　生物处理技术，对浓度较低的含酚废水处理效果好，对含酚浓度较高、毒性较强的废水，存在毒性物质对微生物活性的抑制作用，处理效率低。

　　4. 印染工业废水的处理

　　印染工业用水量较大，排放多种废水。废水处理重点在改革工艺， 废水和物料的回收利用，无害化处理等。

　　处理方法：

　　辐射技术,形成大量˙OH自由基和H2O2可迅速氧化染料分子中的不饱和基团，有效去除染料水溶液的颜色。处理中部分染料分子会被最终氧化或者还原成为无机物，可去除COD。

　　活性污泥法，运行方式有推流式、完全混合式、分段曝气法、吸附-再生法、延时曝气法等多种运行方式。

　　5. 化学工业废水的处理

　　化学工业废水主要来自石油化学工业、煤炭化学工业、酸碱工业等排出的生产废水。

　　处理方法：

　　生物处理，可去除许多废水中含有大量的有机污染物。石油化工废水的生物处理，多采用高负荷活性污泥法。如所含污染物浓度低，对出水要求不高，可采用生物吸附法;如污染物浓度高，对出水要求严格,则采用延时曝气法,用完全混合式曝气池。BOD含量超过 5000毫克/升的高浓度有机化工废水，可以采用厌氧生物处理法，降解有机污染物。

　　许多高分子物质一般不宜进行生物处理。含微生物非常敏感的化学毒物的废水，应根据生物可降解容许浓度进行稀释后，再生物处理。

　　生物处理后的出水中，还残存相当数量的COD，有时有较高的色、臭、味,可以采用活性炭吸附法或臭氧氧化法进行三级处理。

　　湿式氧化法也是处理高浓度有机废水的有效方法。

　　6. 食品工业废水的处理

　　食品工业废水是所排出的废水都含有机物，具有强的耗氧性，且有大量悬浮物随废水排出，并可能含有病菌。

　　处理方法：

　　物理处理法，指应用物理作用改变废水成分的处理方法。如筛滤、撇除、调节、沉淀、气浮、离心分离、过滤、微滤等。

　　化学处理法，如中和、混凝、电解、氧化还原、离子交换、膜分离法等。

　　7. 选矿废水的处理

　　选矿废水包括选矿工艺排水、尾矿池溢流水和矿场排水。选矿废水含悬浮物，酸碱性废水，重金属离子，黄药、黑药，氰化物，硫化物，化学耗氧物会严重污染水源和土壤,危害水产和植物,淤塞河流、湖泊。

　　处理方法：

　　悬浮物：主要采用预沉淀、混凝/沉淀法。

　　酸碱性废水：废水相互中和法、尾矿碱度中和酸性。

　　重金属离子：调节原水pH值共沉淀或浮选技术、硫化物沉淀、石灰-絮凝沉淀、吸附技术(包括生物吸附)、螯合树脂法、离子交换法、人工湿地技术。

　　黄药、黑药：铁盐混凝/沉淀法、漂白粉氧化、Fenton氧化降解法、人工湿地技术。

　　氰化物：自然净化法、次氯酸盐/液氯氧化、过氧化氢氧化法、铁络合物结合法、难溶盐沉淀法、酸化-挥发再中和法、硫酸锌-硫酸法、二氧化硫空气氧化法、电解氧化化法、臭氧氧化法、离子交换法、生物降解法、人工湿地。

　　硫化物：与含重金属废水互相沉淀、吹脱法、空气氧化法、化学沉淀法、化学氧化法、生化氧化法。

　　化学耗氧物：混凝/沉淀、生物降解、高级氧化、吸附法

　　8. 酸碱废水的处理

　　酸碱废水是一种有害的废水，如不加处理直接排入排水管道或水体，会使管道及地下构筑物遭到破坏，污染水体。

　　处理方法：一般均采用中和法处理。碱性废水常采用直接排入酸性废水系统内相互中和的方法，混合后的余酸则进一步用碱性物质中和。酸性废水常用的中和处理方法有：酸碱废水相互中和法、过滤中和法、投药中和法等。

　　4、市场占有率及市场大小

　　GEP Research相关研究显示，2016年，全球工业废水处理行业市场规模约为3500亿元左右，其中美国约为950亿元，占全球的比重为27.1%，位列第一。

　　根据报告，2016年中国工业废水处理行业市场规模约为843亿元、占全球比重为24.1%，位居全球第二。预计2017~2020年我国工业废水处理行业市场容量将达到3800亿元。

　　5、法规支持

　　《清洁水法》，《预处理条例》

　　《中华人民共和国水污染防治法》，《重金属污染综合防治“十二五”规划》，《中华人民共和国环境保护法》，《城镇排水与污水处理条例》，《城镇污水处理厂污染物排放标准》

　　6、技术应用实例

　　1. SAMCO公司利用超滤(UF)+臭氧消毒来处理某制药厂废水

　　某宾夕法尼亚州的制药厂需要对其废水处理设备进行升级，SAMCO提出以下方案并获得实施：

　　采用SAMCO的新型超滤系统来替代原有的老旧的和被堵塞的过滤系统，该系统的处理能力更大，并且配有前置快速冲洗设施来快速清洁滤膜。此外，改善了进水的污泥密度指数以减少滤膜的堵塞。Samco还设计了一个环形的臭氧发生器，以便于控制废水中的细菌数量。为了减少废水处理设备的维护工人，Samco采用了可编程逻辑控制器(PLC)来自动监控水流、温度、压力等参数。

　　1.利用SBR序批式活性污泥法处理某甲醇厂废水

　　某甲醇厂含低碳高氮废水采用SBR序批式活性污泥法处理工艺。SBR序批式活性污泥法处理工艺是处理低碳高氮废水最常用的生物处理方法之一。SBR工艺是一种将初沉、反应和二次沉淀各工序放在同一反应器中进行，提供一种时间顺序上的污水处理。流程图如下：

　　2. 利用复合混凝剂处理汽车零部件加工废水(主要含汽车零部件加工过程中产生的含石油类污染物的清洗液废水)，该类废水的成分复杂、可生化性差，而且有一定的毒性，属高浓度难降解有机废水。复合混凝剂处理方法可有效破乳除油，去除CODcr。且复合混凝剂有较强的电荷中和和吸附架桥能力，形成大而密实的絮体，污泥体积小，含水率低，降低了污泥的处理费用。处理流程图如下：

　　7、趋势发展

　　总体水量管理和控制，在用水过程中追踪每一步的用水量和排水量;发展工业废水再利用;从废水中提取有用物质重复利用;减少废水处理过程中的能源消耗。

　　目前，我国工业废水处理行业竞争分散，未来随着行业的发展，行业集中度有望提高。应研发高效、低耗的难处理废水技术，发展工业聚集区污水处理技术。随着工业废水排放标准的提高，工业废水处理的需求将呈不断增长趋势。目前工业废水治理存在着市场竞争不规范、技术力量薄弱、地方保护主义严重、行业发展发展依赖于政策支持等问题。未来也会加大监管力度减少企业偷排的现象。

　　8、技术空缺

　　工业废水的种类多并且成分复杂，需要做很多工作去挑选合适的絮凝剂/多聚物，其实处理技术上没有太大的空缺，主要是怎么控制成本。

　　由于存在工业废水运营服务体制不健全、监管不到位、统计局限性等问题我国很多工业废水处理设施处于非正常运行状态，有很多无证排污、偷排和超标排放。此外我国工业废水的重复利用率较低。

　　9、主要品牌

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

　　北京万邦达环保技术股份有限公司，扬州澄露环境工程有限公司，北京桑德环保集团有限公司，北京碧水源科技股份有限公司等。

　　对比结束

　　研究员们辛苦啦，听听大牛们怎么说~

　　徐博俊

　　法国SUEZ(苏伊士)北美地区分公司工业系统销售工程师

　　工业废水处理的难点在于水质情况复杂，不同工业的废水差别极大，甚至同一个工业里不同制造工艺的出水都有可能很不一样。所以在设计工艺前需要大量的前期工作去了解这种水以选取合适的工艺或设备。处理成本永远是工业界最重视的，因此虽然设计工艺时处理效果很重要，但成本的控制也跟出水水质同等重要。此外，高级氧化技术在工业废水处理中可以发挥很重要的作用，复杂化合物在被氧化后有时就可以应用常规处理技术来处理了。

　　吉雪红

　　陕西博益环境科技咨询服务有限公司总经理及高级工程师。

　　中方与美方废水污染物排放管理及治理方面最大的区别在于：美方重在清洁生产，中方有些企业重在末端治理，因此污染物治理设施大而全，工艺操作过程极为复杂。物化处理过程中选用混凝剂针对性不强，有毒有害废水处理过程中忽视微生物营养物对提高生化处理的效益，因此处理费用相当高，且达标排放率较低。

　　魏慧贤

　　江南大学教师，研究方向为电化学水处理及工业废水处理

　　我觉得目前国内工业污水处理主要的问题是国家的环保法规存在区域的不平衡性，有些地方管的严，企业要花成本进行水处理，而它的竞争对手可能在其他的地方，可能环保查处没那么严格，那么那些企业可能不进行水处理或者进行的不严格，这样他的产品的成本就不查的严的地方的企业低，造成竞争的不公平，出现一种“进行处理的企业处于不利的竞争地位甚至可能破产”的可能性。我认为这是一个大问题。