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第三章 工業廢水處理及再生利用基本方法

2。1概述

工業廢水處理及再生利用是採用各種方法將廢水中所含的汙染物質分離出來，或將其轉化為無害的物質，其基本目的是保證廢水達標排放，進而實現水資源再生利用。汙泥處理處置是工業廢水處理系統的重要組成部分，其目標是在安全、環保和經濟的前提下，實現汙泥減量化、穩定化、無害化和資源化。

2。1。1工業廢水排放標準

汙水排放標準是水汙染物的允許排放量或限值。汙水排放標準可以分為國家排放標準、行業排放標準和地方排放標準。

2。1國家排放標準

國家排放標準是國家環保行政主管部門制定並在全國範圍特定區域內適用的標準，如《地面水環境質量標準》適用於全國範圍。

將地面水劃分為五類。

Ⅰ類：主要適用於源頭水、國家自然保護區。

Ⅱ類：主要適用於集中式生活飲用水水源地一級保護區、珍貴魚類保護區、魚蝦產卵場等。

Ⅲ類：主要適用於集中式生活飲用水水源地二級保護區、一般魚類保護區及游泳區。

Ⅳ類：主要適用於一般工業用水區及人體非直接接觸的娛樂用水區。

Ⅴ類：主要適用於農業用水區及一般景觀要求水域。

同一水域兼有多種功能的，依最高功能劃分型別。

，將工礦企業和事業單位排放的汙染物分為兩類。

Ⅰ類汙染物指能在環境或動植物體內蓄積，對人體健康產生長遠不良影響者。對此類汙染物，不分其排放的方式和方向，也不分受納水體的功能級別，一律執行嚴格的標準值。

Ⅱ類汙染物係指其長遠影響小於Ⅰ類的汙染物質，按其排放水域的使用功能以及企業性質分為一級標準值、二級標準值和三級標準值。

《汙水綜合排放標準》還對礦山、鋼鐵、焦化、石油化工、農藥、造紙等26個行業規定了排放標準，包括最高允許排水定額和相關的汙染物最高允許排放濃度。

2。2行業排放標準

目前我國允許製漿造紙工業、紡織整染工業、肉類加工工業、電鍍業、合成氨工業、磷肥工業、聚氯乙烯工業、製藥工業、合成革與人造革工業、製糖工業、羽絨工業等工業門類，執行相應的行業排放標準。

等控制排放的汙染物專案；對採用含氯漂白工藝企業提出了二噁英監控指標；將AOX指標列為強制執行專案。

分年限規定了紡織染整工業水汙染物最高允許排放濃度及排水量。按照廢水排放受納水體，將排放標準分為三級；按照紡織染整工業建設專案的立項時間，將排放標準分為三類。

根據落實國家環境保護規劃、環境保護管理和環保執法工作的需要，國家正在制定新的《紡織染整工業水汙染物排放標準》，以代替GB4287—92，2008年4月環境保護部發布了徵求意見稿。國家將調整和增加控制排放的汙染物專案，提高汙染物排放控制要求。

，規定了電鍍企業水汙染物和大氣汙染物排放限制、監測和監控要求。環保部2008年第30號檔案規定，在環境容量較小、生態環境脆弱等地區執行特別排放限值。

，規定了製藥工業水汙染物排放限制、監測和監控要求。環保部2008年第30號檔案規定，在環境容量較小、生態環境脆弱等地區執行特別排放限值。

2。3地方排放標準

地方排放標準是由省、自治區、直轄市人民政府批准，地方環保行政主管部門釋出的，在特定行政區適用的汙染物排放標準。如《上海市汙水綜合排放標準》分別適用於浙江省、江蘇省。

2。4各類標準的關係

《中華人民共和國環境保護法》第10條規定：“省、自治區、直轄市人民政府對國家汙染物排放標準中沒作規定的專案，可以制定地方汙染物排放標準，對國家汙染物排放標準已作規定的專案，可以制定嚴於國家汙染物排放標準的地方汙染物排放標準。”兩種標準並存的情況下，執行地方排放標準。在國家汙水排放標準與國家行業排放標準並存的情況下，執行行業排放標準。

根據經濟發展和環境保護要求，排放標準會適時地進行修訂，要注意採用的廢水排放標準必須是更新後的現行排放標準。

2。1。2再生回用水水質標準

在廢水再生利用時，不同的利用目的對水質的要求有所不同。

2。1。2。1城市汙水再生利用水質標準

我國已經頒佈的城市汙水再生利用水質標準有《城市汙水再生利用分類》等。

2。1。2。2工業廢水再生利用水質標準

在實施工業廢水再生利用時，根據不同的利用目的，必須符合相應的再生利用水水質標準的要求。工業廢水再生利用為城市雜質水、景觀環境用水或農田灌溉用水時，可參照城市汙水再生利用的相應用水水質要求。目前，我國尚未建立工業廢水生產回用水質系列標準，一般工業廢水生產回用時，再生回用水水質參照相應的生產工藝用水水質要求，經技術經濟比較後確定。

2。1。3工業廢水處理及再生利用處理系統

按照不同的廢水特性和處理要求，工業廢水處理有多種不同的方法。一般按照過程機理，可分為物理法、化學法、物理化學法和生物法等各種處理方法。由於工業廢水種類繁多，性質不同，濃度差異很大，工業廢水處理工藝相對複雜，一般需要多種處理方法有機組合來完成。

工業廢水處理系統通常包含廢水的預處理、主處理、深度處理、再生利用處理，以及汙泥處理處置。

2。1。3。1預處理系統

工業廢水預處理的主要功能是分離去除廢水中的漂浮物、粗大顆粒和懸浮物，同時均衡廢水水量和水質。對於難以生物降解廢水或對微生物有毒性的有機廢水，往往採用分質收集預處理方法，改善廢水的可生化性。使用的主要技術有格柵、初次沉澱和氣浮等，處理過程中會產生柵渣、初沉汙泥和浮渣等。

2。1。3。2主處理系統

主處理系統的主要功能是去除廢水中呈膠體和溶解狀態的主要汙染物。對工業廢水中的有機汙染物採用生物處理方法。生物處理可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。低濃度有機廢水一般採用好氧生物處理；高濃度有機廢水一般採用厭氧生物處理後再進行好氧處理。對重金屬等無機汙染物，採用化學或物理化學方法處理。

2。1。3。3深度處理及再生利用處理系統

深度處理的主要功能是在主處理的基礎上，進一步去除微量溶解性難降解有機物、膠體、氨氮、磷酸鹽、無機鹽、色度成分、大腸桿菌以及影響再生利用的溶解性礦物質等，以確保處理水達標排放或實現回用。深度處理及再生利用處理經常採用混凝、過濾、化學氧化、超濾、反滲透、活性炭吸附、離子交換、消毒等技術。

2。1。3。4汙泥處理處置系統

汙泥處理處置系統的主要功能是在安全、環保和經濟的前提下，實現汙泥減量化、穩定化、無害化和資源化。汙泥處理是在汙泥濃縮、調理和脫水的基礎上，根據汙泥處置要求進一步處理，包括汙泥穩定、汙泥熱幹化和汙泥焚燒等。汙泥處置是處理後汙泥的消納過程，包括土地利用、填埋、建築材料綜合利用等。

2。2物理化學處理法

2。2。1格柵

格柵是一種物理處理方法。由一組相平行的金屬柵條與框架組成，傾斜安裝在格柵井內，設在集水井或調節池的進口處，用來去除可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大的懸浮物及雜物，以保證後續處理設施的正常執行。

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工業廢水處理一般先經粗格柵後再經細格柵。粗格柵的柵條間距一般採用10～25mm，細格柵的柵條間距一般採用6～8mm。小規模廢水處理可採用人工清理的格柵，較大規模或粗大懸浮物及雜物含量較多的廢水處理可採用機械格柵。

人工格柵是用直鋼條製成的，一般與水平面成45°～60°傾角安放。傾角小時，清理時較省力，但佔地面積較大。機械格柵的傾角一般為60°～70°。格柵柵條的斷面形狀有圓形、矩形及方形，目前多采用斷面形式為矩形的柵條。為了防止柵條間隙堵塞，廢水透過柵條間距的流速一般採用0。6～1。0m/s。

有時為了進一步截留或回收廢水中較大的懸浮顆粒，可在粗格柵後設置隔網。

2。2。2調節

在工業廢水處理中，由於廢水水質水量的不均勻性，一般均設定調節池，進行水量和水質均衡調節，以改善廢水處理系統的進水條件。

調節池的停留時間應滿足調節廢水水量和水質的要求。廢水在調節池中的停留時間越長，均衡程度越高，但容積大，經濟上不盡合理。通常根據廢水排放量、排放規律和變化程度等因素，設計採用不同的調節時間，其範圍可在4～24h取值，一般工業廢水調節池的水力停留時間為8h左右。

在調節池中為了保證水質均勻，避免固體顆粒在池底部沉積，通常需要對廢水進行混合。常用的混合方法有空氣攪拌、機械攪拌、水泵強制迴圈、差流水力混合等方式。

空氣攪拌混合是透過所設穿孔管與鼓風機相連，用鼓風機將空氣通入穿孔管進行攪拌，其曝氣強度一般可取2m

採用機械攪拌混合時，為保持混合液呈懸浮狀態所需動力為5～8W/m

水泵強制迴圈混合方式是在調節池底設穿孔管，穿孔管與水泵壓水管相連，用壓力水進行攪拌，簡單易行，混合也比較完全，但動力消耗較多。

差流水力混合常採用穿孔導流槽布水進行均化，雖然無需能耗，但均化效果不夠穩定，而且構築物結構複雜，池底容易沉泥，目前還缺乏效果良好的構造形式。

空氣攪拌的效果良好，能夠防止水中懸浮物的沉積，且兼有預曝氣及脫硫的效能，是工業廢水處理中常用的混合方式。但是，這種混合方式的管路常年浸沒於水中，易遭腐蝕，且有致使揮發性汙染物質逸散到空氣中的不良後果，另外執行費用也較高。在下列情況下一般不宜選用：①廢水中含有有害的揮發物或溶解氣體時；②廢水中的還原性汙染物有可能被氧化成有害物質時；③空氣中的二氧化碳能使廢水中的汙染物轉化為沉澱物或有毒揮發物時。

2。2。3中和

中和屬於化學處理方法。在工業廢水中，酸性廢水和鹼性廢水來源廣泛，當廢水酸鹼度較大時，需考慮中和處理。通常可在調節池進行中和處理，或者單獨設定中和反應池。

2。2。3。1酸性廢水的藥劑中和法

酸性廢水的中和處理採用鹼性中和劑，主要有石灰、石灰石、白雲石、蘇打、苛性鈉等。透過中和反應式可以計算出中和一定量的酸所需的鹼性中和劑投加量。表2-1列出了中和不同種類的酸所需的各種鹼性中和劑投加量。

採用石灰為中和劑時，一般採用機械方法進行消解，攪拌機轉速可設為20～40r/min。如採用空氣攪拌，強度可採用8～10L/（m

用石灰中和酸性廢水時，中和反應時間一般採用2～5min。當考慮去除重金屬或其他毒物，採用其他中和劑時，應延長混合反應時間，一般採用15～20min。中和池設攪拌裝置，可採用水力攪拌、壓縮空氣或機械攪拌。

2。2。3。2鹼性廢水的藥劑中和法

鹼性廢水的中和處理採用酸性中和劑，主要有鹽酸、硫酸和硝酸。有時煙道氣也可用於中和鹼性廢水。表2-2列出了酸性中和劑中和鹼性廢水的理論單位消耗量。

2。2。4混凝

混凝是在混凝劑的作用下，膠體和懸浮物脫穩並黏結的過程。工業廢水中含有膠體和細微懸浮物的粒徑分別為1～100nm和100～10000nm。由於布朗運動和水合作用，尤其是微粒間的靜電斥力，膠體和細微懸浮物能在水中長期保持懸浮狀態。投加混凝劑可破壞膠體和懸浮物的穩定性，使其相互聚集為數百微米以致數毫米的絮凝體，以便採用沉降、過濾或氣浮等方法去除。混凝技術在工業廢水處理中應用極為普遍。

2。2。4。1混凝機理

化學混凝的機理至今仍未完全清楚。因為它涉及的因素很多，如水中的雜質成分和濃度、水溫、pH值、鹼度、水力條件以及混凝劑種類等。但歸結起來，可以認為化學混凝主要是壓縮雙電層作用、吸附架橋作用和網捕作用。

，可降低或消除膠粒的ξ電位。這種透過投加電解質壓縮擴散層，使微粒間產生相互聚結的作用，稱為壓縮雙電層作用。膠粒因ξ電位降低或消除而失去穩定性的過程，稱為膠粒脫穩。脫穩膠粒相互聚結的過程，稱為凝聚。

。這種由高分子物質吸附架橋而使微粒相互黏結的過程，也稱為絮凝。

混凝劑投加過量時，膠粒對高分子物質產生強烈吸附，膠粒會被高聚物包卷而喪失表面吸附活性。若混凝劑為正電荷離子，並且不以等電量交換吸附層中的負離子，則可導致進入吸附層的正離子過量，造成膠體電性改變。

網捕作用三價鋁鹽或鐵鹽等水解而生成沉澱物，在自身沉降過程中，能集卷、網捕水中的膠體等微粒，使膠體黏結。

上述三種作用產生的微粒凝結現象——凝聚和絮凝總稱為混凝。

混凝過程完成以後需要與泥水分離過程相結合組成一個完整的處理工藝，在廢水處理中，常用沉澱或氣浮。

2。2。4。2混凝劑

在混凝處理中，以壓縮雙電層及中和電荷為機理的藥劑，稱為凝聚劑。以吸附架橋為機理的藥劑，稱為絮凝劑。兼有上述兩種功能的藥劑，稱為混凝劑。單用一種混凝劑收效不佳時，可投加輔助藥劑，這種輔助藥劑稱為助凝劑。

混凝劑用於廢水處理的混凝劑種類較多，主要有無機鹽類混凝劑和高分子混凝劑兩大類。若再根據分子量、官能團以及所帶電荷，則可以進一步分為高分子、低分子、陽離子型、陰離子型和非離子型混凝劑等。表2-3為常見混凝劑的分類。工業廢水性質差異較大，採用何種混凝劑需要透過實驗確定。

鋁鹽和鐵鹽是常用的無機混凝劑。鋁鹽混凝劑主要有硫酸鋁［Al

助凝劑助凝劑主要有以下三類。

①pH調整劑。在原水pH值不符合處理工藝要求，或在投加混凝劑後pH值發生較大變化時，需要投加酸性或鹼性物質予以調整。常用的pH調整劑有H

②絮凝結構改良劑。其功能是加大絮體的粒徑、密度和機械強度，改善沉降效能和汙泥脫水效能。聚丙烯醯胺是工業廢水處理常用的有機高分子助凝劑。

③氧化劑。當原水中有機物含量較高時，容易形成泡沫，不僅感官性狀差，而且絮凝體不易沉降。投加Cl

2。2。4。3混凝裝置

混凝裝置包括混凝劑的配製和投加裝置、混合裝置和反應裝置。

工業廢水處理常用的混合裝置是管道混合和機械混合。處理水量較小時，可採用管道混合。機械攪拌混合的槳板外緣線速度一般在2m/s左右。

反應裝置可分為水力攪拌裝置和機械攪拌裝置。水力攪拌裝置主要有隔板反應池、旋流反應池、渦流反應池等；機械攪拌裝置主要是機械攪拌反應池。反應時間一般在15～30min。

2。2。5沉澱

2。2。5。1沉澱池的型別與特點

沉澱是利用水中懸浮顆粒的可沉降效能，在重力作用下產生下沉，以實現固液分離的過程，是廢水處理中應用最廣泛的物理方法。沉澱池常按水流方向區分為平流沉澱池、豎流沉澱池、輻流沉澱池及斜板沉澱池四種類型。不同型別沉澱池的特點及適用條件如表2-4所示。

2。2。5。2沉澱池工藝設計

沉澱池是廢水處理工藝中使用最廣泛的一種處理構築物，可以應用到廢水處理流程中的多個部位。如初次沉澱池、混凝沉澱池、化學沉澱池、二次沉澱池、汙泥濃縮池等。沉澱池工藝設計的內容包括確定沉澱池的數量、沉澱池的型別、沉澱區尺寸、汙泥區尺寸、進出水方式和排泥方式等。

設計沉澱池時應根據其在處理流程中的位置和需要達到的汙染物去除率，合理確定沉澱池的表面負荷率、廢水在池內的平均流速以及沉澱時間等。特別要注意的是，隨著廢水排放標準的不斷提高，沉澱池表面負荷率的取值應相應最佳化調整。

將剩餘活性汙泥投加到入流廢水中，利用剩餘汙泥的活性對入流廢水中的汙染物質產生吸附與絮凝作用，這一過程稱為生物絮凝，這一方法已在工業廢水處理中得到較為廣泛的應用。採用生物絮凝，可以使沉澱效率提高10%～15%，活性汙泥的投加量一般在100～400mg/L。

2。2。6氣浮

工業廢水處理及再生利用

餘淦申，郭茂新，黃進勇

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