工业园区废水集中治理

工业园区废水集中治理
        改革开放以来，我国建设了众多高新技术开发区、经济技术开发区、特色工业园区、技术示范区及科技园等形式的工业园区，其中包括综合性工业园区以及以电镀、纺织印染、食品、石化及化学工业、电子信息等行业为主的特定工业园区。在各类工业园区迅猛增长的同时，如果对园区废水管理不善、处理方法不当，将给环境带来严重污染，因此工业园区废水的有效治理是环境保护工作中的重点关注问题。
    根据国内外的成功经验，工业园区废水经各工厂进行必要的预处理后，再集中收集、处理，在节约土地、降低投资及运行成本、提高资源利用率、便于管理、保证处理效果和环境安全等方面具有明显的优势；但是，园区废水具有水质复杂、水量变化幅度大等特点，如果集中处理所采用的工艺不当，也会造成新的环境问题。本文将针对电镀工业园区、化学及石化工业园区、纺织印染工业园区、综合性工业园区的废水集中治理实例进行分析，为工业园区废水集中处理的工艺优化提供参考。
    1·电镀工业园区废水治理方法分析
    电镀废水成分复杂，除含CN-、酸、碱外，还含有Cr6+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+、Ag+等重金属离子，且水质水量变化大。由于该类废水中有毒有害物质及重金属离子含量较高，会对微生物产生毒害及抑制作用，一般不适宜直接采用生化法。我国电镀工业园区废水处理以物化法居多，也有采用环境生物技术与化学絮凝沉淀法结合工艺成功处理的案例[1]。此外还有运用“SR复合功能菌”处理电镀废水的实例，该菌种对金属离子和pH耐受力较强，出水中总Cr3+、Cr6+、Zn2+、Ni2+、Cu2+等可达《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的一级标准[2]。
    我国广东、江苏、浙江等地区电镀行业较发达，是电镀工业园区成功发展的典型。园区废水通常分5类（见表1）收集并处理，一般处理流程如图1所示。   
    广东某电镀工业园区，将处理量为5 000 m3/d的电镀废水严格按上述5类分类收集，出水总氰、Cr6+、总铜、总镍、总锌监测最大值分别为0.132、0.061、0.06、0.31、0.885 mg/L，去除率分别可达99.6%、99.8%、99.9%、99.4%、98.2%，可达广东省地方《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）一级标准，药剂费为2.95元/m3[3]。广东另一电镀工业园区处理5 000 m3/d的废水，将前处理酸洗废水和含铬废水共同处理，其余废水依旧分类处理。最终，对CN-、Cr6+、Cu2+和Ni2+的去除率可高达99.8%、99.7%、99.7%和99.7%，也可达上述排放标准，药剂费为2.82元/m3[4]。
    高平工业区电镀园废水日处理量1.2×104 m3/d，也采用类似方法将废水分类处理，而不同的是，将前处理废水在生物处理前进行了铁-碳粒料微电解法预处理，一定程度上消除了表面活性剂等难降解物质及少量金属对微生物的抑制及毒害作用。出水总氰、总铬、Cr6+、总铜、总镍、监测最大值分别为<0.004 mg/L、0.030 mg/L、0.010 mg/L、0.28 mg/L、0.33 mg/L[5]。除此之外，宁波钟公庙电镀工业园区废水采用槽边回用工艺，减少了污染物排放的同时提高了资源的利用率[6]。
    综上所述，对于成分复杂的电镀工业园区废水，分质分类收集处理能有效地保证处理效率。不过分类越多，其收集水池需设置越多，而收集管线也就越复杂，工程造价也就越高。而将前处理酸性废水加入含铬废水共同处理，不仅可以节约含铬废水处理中酸的用量，还可引入Fe2+，起到混凝作用，利于后续沉淀。此方法不仅能节约管线等，还能降低药剂费。除此，若先将酸性的含氰废水与碱性的含铬废水混合，相互调节pH，再进行后续处理也是优化方案之一，但还需进一步研究论证。对混排废水的收集必不可少，能有效降低各指标超标的可能。在处理分类废水时，进行适当预处理，可明显改善处理效果，但考虑处理费用，应以具体需要而定。为向清洁生产发展，废水槽边回用应推广，虽然需要加大投资，但回用减少了清洁水用量，并提高了铬等物质的回收率。
    2·化学和石化工业园区废水治理方法分析
    在我国化学工业中，石油化工所占比例日益增加。而化学工业园区中，很多都已发展成为以石油化工为主的化学工业园区，如南京化学工业园区、上海化学工业园区等[7]。石油化工废水成分复杂，水质水量波动大，可生化性较差，污染物浓度高且难降解，其中卤代烃类、苯类、甲苯类、氯苯类、苯胺类、硝基苯类、有机氮类以及挥发酚等物质[8-10]，对生化系统中微生物有较强的毒性或抑制性。化学工业园区废水也含有苯系物及其各类衍生物，还含有酸、碱、重金属等生物抑制性物质，水质水量波动大，可生化性较差，有毒物质含量高。对于此类难处理废水，单一的处理工艺很难达到水质排放要求。在实际应用中，隔油、气浮、絮凝、厌氧、好氧、吸附和膜分离应用较多，它们的组合高效且实用[11]。在处理过程中，一般采用物化法预处理，厌氧+好氧生化处理，若要回用，再结合吸附、膜分离等深度处理。
    苏北某化学工业园废水在Fenton强化预处理后采用水解酸化-A/O生物处理工艺，并在好氧生化池中投加粉末活性碳（PAC）加强有机物降解、改善污泥沉降性，最终以曝气生物滤池把关COD及NH3-N的去除，出水能达《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级排放标准[12]。   天津开发区化工业区污水处理厂采用“MBBR+活性污泥法”工艺处理1.25×104m3/d化工废水，COD、SS、TN和TP的去除率分别为91.3%、96%、75%和73%[13]。青岛某石化污水处理站采用两段SBR处理气浮池出水，可克服“葡萄糖效应”，COD去除率90%[14]。为实现出水回用，也有案例采用“臭氧+曝气生物滤池”工艺处理石化废水，出水COD<30 mg/L[15]；大庆石化公司采用“生物接触氧化+絮凝沉淀+过滤消”工艺处理石化废水，出水COD、NH3-N、TP、油、悬浮物和浊度分别为12.95、1.43、0.17、0.45、6.77、和5.86 mg/L，出水可用作园区内回用水[16]。
    综上所述，对于化学和石化工业园区废水，预处理工艺的正确选择极为重要，国内常用混凝沉淀或混凝气浮等工艺，其设备简单，工艺成熟，效果较好，实际运用实例较多。Fenton氧化对改善废水可生化性有良好的效果，并且Fe2+的絮凝作用可强化对COD、色度的去除，因而日益受到关注，应用前景广阔。在生化处理阶段，选择抗冲击负荷能力强的组合工艺是出水达标的重要保障。为提供更好的生物降解环境、强化处理效果，也可根据需要投加PAC等生物载体或高效菌株。当以回用为目标时，此类废水毒性物质较多，深度处理工艺相对较复杂，应充分考虑其经济性。
    3·纺织印染工业园区废水治理方法分析
    纺织印染工业园区废水含有染料、表面活性剂等，有机物含量高，色度高，硫化物含量高，水温高，水质水量变化大，可生化性差，且一般为碱性，也属于难处理废水之一[17-19]。处理该类废水可采用物理、化学和生物等多种方法。物理法多用活性碳吸附，该方法对水中溶解性有机物去除效果好，但处理费用高。化学法多用混凝沉淀、化学氧化和电化学法等，其中混凝沉淀工艺运用最为普遍，可有效去除分散染料、硫化染料、悬浮物和带负电荷的污染物，但对水溶性染料和不易形成胶粒的物质去除效果较差[20]。生物法一般采用厌氧好氧联合工艺。但随着PVA等化学染料、表面活性剂及其他助剂的广泛使用，废水的COD不但达到2 000~3 000 mg/L，还使得BOD5/COD值低至0.2以下[21]。而废水中大量的硫化物也给生物处理带来了障碍。因此，在处理该类园区废水时，适宜采用“预处理+生化+物化”的联合处理工艺（见表2）。   
   
    此外，台湾春丽工业园区在废水处理过程中发现回流浓缩污泥对色度的去除有强化作用，还可减少混凝剂用量[26]。
    可见，对于纺织印染废水，通过水解酸化提高其可生化性已成为必要环节；对废水pH值的控制也尤为重要。一般纺织印染废水总体呈碱性，需要大量酸来中和，如果能在园区内适当引入产生酸性废水的企业，则可降低药剂费用。但在吸纳其他企业废水时需慎重，避免其他重金属或有毒物质进入废水处理系统。此外，混凝沉淀作为该类废水处理的常用工艺，药剂费用支出庞大，如何减少药剂用量、降低运行成本、减少二次污染将成为未来研究中的重点。
    4·综合工业园区废水治理方法分析
    对于行业集中性不高或无突出行业的地区，建立单一行业的工业园区并不现实，更多地区选择建立综合工业园区。很多综合工业园区都囊括了化学、石化、纺织印染、电子、食品、造纸等多种行业，其园区废水水质由各行业废水水质和水量共同决定。与特定工业园区相比，对综合工业园区废水进行统筹管理的重要性胜于对处理工艺的选择。综合工业园区中不同行业的废水应进行严格分类。各企业废水应有单独管路排入集中污水处理系统，且实行水质水量在线监测，企业废水只有达到接管标准时，才能排入集中污水处理系统。
    对于重金属等有毒有害污染物含量高的行业废水更需加强管理。此类企业废水的处理及排放方式有以下三类：一、企业自行处理达标排放（一类污染物车间内达标）；二、经企业预处理达接管标准后（一类污染物车间内达标），排入集中污水处理系统处理达标排放；三、企业自行处理后由园区统一排放口排放（一类污染物车间内达标），生活污水及其他废水进入集中污水处理系统处理达标排放[27]。第一种方式难于监管，容易发生偷排漏排情况，环境安全性较低，不建议采用。第二种方式环境安全性较高，但对集中处理系统工艺要求高。第三种方式安全性最高，对园区污水集中处理造成的压力较小，但对入园企业要求高，实施较困难。
    相对于单一行业的特定工业园区而言，综合工业园区废水处理具有“互补”优势：一、将酸性废水与碱性废水混合之后再进行处理，可大大减少pH调节剂用量；二、将难降解有机物含量高的废水与食品废水等可生化性高的废水混合后处理，可降低生化处理难度，省去化学氧化、电化学等费用高昂的预处理环节；三、将高温废水与低温废水混合后处理，可减少热交换工序，节约建设投资。例如：某综合治理工程将pH值低、含有余氯的造纸废水同pH值高的印染废水混合，在达到相互调节pH值目的的同时，造纸废水中的余氯还对印染废水中的难降解染料起到氧化作用，提高了色度的去除率，其综合治理投资仅为分建治理总投资的70%，处理费用为0.85元/m3，也低于同规模造纸厂或印染厂分散处理费用[28]。
    而然，不同类型的工业废水往往需要特定的前处理，废水混合后虽然可以降低污染物浓度，但废水组成更加复杂，也向后续处理带来了更高的挑战。此外，废水混合后水量增加，考虑其经济性，无法再采用高级氧化等高效预处理。因此，废水混合应在各行业废水分类预处理之后，以便在发扬混合优势的同时降低后续处理难度。
    目前在世界许多地区，水资源匮乏已成为最为紧迫的环境问题[29]。为达到排放标准，废水处理费用不菲，而水回用技术则为应对水资源紧缺现状、降低投资提供了契机[30]。国外众多工业园区已纷纷实施水回用战略，以用于农灌、工业冷却过程、降尘、冲厕、景观等。对于分散工业企业来说，水回用规模往往成为水回用实施的约束条件，而集中处理的工业园区则基本解决了规模制约问题，更适于水回用的实施[31]。但是，并非所有出水都可直接回用。如园区处理出水一般含有碳酸盐、碳酸氢盐等残留物，不能直接用于农灌，并且出水电导率、可溶性盐类以及残留金属离子往往不能达到水回用和农灌标准。所以，为达到循环利用的目的，还需进行一系列必要的处理。
    土耳其西北部的Bursa综合工业园区，拥有超过200家企业，纺织印染、汽车制造、金属、造纸、塑料、食品行业均有，其水资源消耗大，废水产生多。该园区二级处理出水经Fenton氧化、混凝沉淀和离子交换后，TSS、TDS、铁离子、碱度和电导率分别为0 mg/L、50 mg/L、0.1 mg/L、100 mg/L和100μs/cm，处理出水可作为纺织印染过程用水回用，处理费用为2.54元/m3[32-33]。台湾春丽某综合工业园区，拥有遍及众多行业的450余家企业，废水排放量超过3×104 m3/d。该园区二级处理出水经PAC混凝沉淀、Fenton氧化和离子交换后达农灌标准，处理费用为0.515元/m3[34]。
    除此之外，在回用中，膜技术也是常用方法，具有占地小、药剂用量少、污泥产量低等优点，但由于工业园区废水性质复杂，其运用于园区废水处理实例较少[35-36]，需进一步研究及工程示范。实践证明，对于水资源及土地资源紧缺的国家和地区，园区废水回用将有效的缓解紧缺现状。目前，我国工业园区废水回用实例较少，重视不足，但面对水资源日益缩减现状，走资源循环利用的可持续发展道路势在必行。 
    5·总结与展望
    行业集中地区通常建立以单独行业为主的特定工业园区，该类园区废水管理相对容易，废水处理工艺一般走强化预处理+生化处理+物化联合的路线。而行业分散，无主导行业地区通常建立综合工业园区，废水特征多样，有效的分类预处理必不可少，生化处理单元应选用高效生化处理系统，如MBBR、生物流化床等。
    对综合工业园区废水的管理十分重要，对企业预处理要求的不同决定了集中处理工艺的难易。利用各行业废水的互补性混合处理综合工业园区废水可降低处理难度和费用，但混合废水浓度不高、成分复杂，处理需考虑经济性。
    为应对缺水现状，工业生产工艺过程水的回用以及处理出水回用将成为未来的发展趋势。毋庸置疑，为达到各种回用标准，今后在工业园区的废水处理中，膜分离技术将得到广泛应用。
    为保证工业园区废水的有效治理，对园区废水治理的规划应全面列入园区规划之中，并在园区建设中推行清洁生产，从源头控制污染的产生。
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