工业废水循环利用的机理与方法研究

张壮伟

（中国电子科技集团公司第十三研究所 河北石家庄 050000）

引言

我国社会的发展与工业化程度密切相关，工业化的主体是各类工业企业，其在生产过程中都面临着废水处理达标困难、用水量大回用率低等现象，从而产生水污染问题以及造成局部地区水资源的短缺。工业生产过程中的诸多环节都会产生工业废水，其中生产工艺、设备冷却、纯水制备等环节是工业废水的主要来源，尤其是生产工艺过程中产生的工业废水中含有大量的诸如酸、碱等有害物质[1]。相较于其他类型的工业企业，如：电子企业由于生产工艺复杂，使用的有害化学物质多，所以在实际生产过程中将会产生多种有害物质的工业废水，从而为工业废水有效处理带来困难。因此，电子企业应该在高度重视工业废水达标排放基础上，通过污水深度治理利用来实现工业废水的循环再利用，从而降低废水排放污染环境风险以及促使水资源短缺等问题得以有效解决。

1 工业废水循环利用的发展现状

1.1 工业废水循环利用效率不高

相较于其他发达国家研发的工业废水循环利用技术及实际应用情况，我国在这方面的意识还比较薄弱，而且与有效处理工业废水相关的技术和能力等还有待完善。除此之外，大多数工业企业还没有对工业废水循环利用引起重视，更多的是满足工业废水达标排放要求。就电子企业而言其中小型企业由于自身生产规模较小以及流动资金相对短缺等原因，缺乏专业人员关注工业废水处理和循环利用，其大型企业则为了降低在处理工业废水方面的成本而未考虑工业废水循环利用，从而降低电子企业工业废水循环利用的效率。

1.2 工业废水循环利用方法选择不当

从我国处理工业废水的发展现状看来，对于在工业生产过程中所产生的工业废水，大多数的工业企业都会选择当前最常用的工业废水处理技术对其进行相应的处置。工业废水循环利用处理是一种复杂、综合性的先进系统，不是单一的技术和方法，而且同样的技术和方法并不适用于所有的类似工业企业，需要对具体情况进行分析。然而大多数工业企业对工业废水的循环利用处理技术和工艺不甚了解，已经实施的工程在实际中也遇到运行不稳定等问题，很多的技术和方法都有一定的局限性，导致很多企业没有能充分与自身实际生产情况相结合做出正确的决定，导致盲目选择使用某项技术企图实现循环利用。如此，在对工业废水循环利用的过程中将会导致废水污染环境风险增高，循环利用处理的技术和方法推动迟缓，从而不利于工业废水循环利用处理的发展。

1.3 工业废水水质情况复杂，相同处理工艺不一定适用于同类企业

工业废水处理循环利用主要有两种途径。第一种是利用工业废水处理循环利用技术，工业废水在经过相关设施的处理后达到了排放标准，随后再应用RO混床或者是软化器等设备的再次处理使其达到了能够再次回归工业生产线上的软化水的标准，从而实现了对于工业废水处理循环利用，不仅有利于节约水资源，还能够防止水污染。第二种在处理工业废水的过程中只需使其达到非饮用水的标准利用到相关的设施即可，这种处理过后得到的水可应用于喷洒除尘以及清洗设备等。从已有的介绍工业废水循环利用的文章看，不同种类的工业企业在工业废水循环利用的处理工艺差异较大。例如：电子工业企业采用的多是金属回收技术以及反渗透技术等；而建筑工业企业则多用生物制剂增效法来处理工业废水。此外，同类工业企业采用的工业废水循环利用的方法不尽相同，已证明有效的循环利用方法在不同类企业中的应用也较少，故未形成标准化和稳定化的循环利用技术方案，导致循环利用技术推广不够。

1.4 废水排放监管存在多头管理情况,监管标准不统一

目前污水排放的监管,城市排水管理部门和生态环境部门都有监管的职责,只是监管的重点不同,市政部门有排水的许可管理,而生态环境部门有排污的许可管理,两者都是针对废水排放的管理,但是执行的标准确不尽相同,排污管理更加注重的是工业废水的处理及达标排放,排水管理部门注重的是生活污水和工业污水是否排入市政污水管网,以及是否满足要排入的污水处理厂的处理要求。因此国家监管部门要做好管理衔接，废水管理要多部门齐抓共管才能更好的实现达标排放管理，需要多个方面人员的配合，国家应加大监管力度，通过健全完善监管制度，让用水企业不要存在侥幸心理，通过水费价格调节等机制的建立，进一步引导企业从源头采取节水和减排，优化废水处理的工艺，将废水污染物的总量控制与污水处理厂的达标排放标准有机统一，避免出现企业排放的废水污染物浓度低于污水处理厂的出水标准导致污染物总量核算不科学的情况，将污水处理厂执行的标准与工业企业执行的废水污染物排放标准统一起来，采取更科学的方式来衡量污染物实际的排放量和管控的排放量，实现既能有效管理企业的废水排放，又能合理的投资建设污水处理设施，避免重复投资带来的浪费，真正实现对水环境的保护，以及对人类饮水安全的保障。

2 工业废水处理循环利用方法及应用场景

2.1 重金属回收技术

重金属回收主要包括对环境危害大、对人员有危害的锌、镍、铬、铜和金等物质，电子企业在其半导体工艺及电子电镀中主要使用的重金属有镍、铬、金和类金属砷等，而且有很高的回收利用价值。目前的重金属回收技术主要研究是膜电解法等。膜电解是一种由电位差驱动的直流电场，它将离子的物质从溶液中移动到预定的方向，并利用膜通过电荷离子的选择性及渗透性来限制带电离子，最终电解，是电解与膜分离技术相结合的产物，通过电极反应是废水处理和回收有用物质的常用方法。膜电解过程几乎不消耗化学药品，特别适宜处理高浓度的废水，具有多功能、能源利用率高、可控性强、环境适应性强、经济性好等特点。废水处理中，离子膜电解技术在电极氧化中起着重要作用，由于正离子通过离子交换膜收集在阴极室中，在分解过程中去除污染物，回收有用物质，实现污染控制和资源回收的双重目标。采用该方法处理人造金刚石生产过程中产生的Ni2+废水，从阴极中直接回收镍78%以上，其处理时间6h，初始电压2.5V，Cr6+为50mg/L，pH 值为7时，可以把Cr6+的浓度处理到小于0.5 mg/L，达到效果良好，达到了污水综合排放标准[2]。

2.2 反渗透技术

反渗透技术是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作[3]。在国际上得到广泛认可和应用的高效节能功能，广泛应用于电子工业废水处理领域，该技术在工业废水处理工程中的应用，证明了稳定性和各项性能指标的可行性。目前，我国电子工业废水处理工艺采用了离子交换、吸附、渗透等多种处理技术，各种技术的应用原理是不同的，而反渗透技术具有高效的工业废水处理效果，许多重金属离子渗透技术主要是利用外力的优势，利用膜过滤废水中的金属离子和其他有害物质。为了在实际应用过程中达到物料分离的最终分离目的，必须建立分离条件并加以掌握，并根据工艺性能进行个性化设计。首先，由于外界容量的明确要求，作用力大于溶液中的渗透压，且压差越大，分离效率越高，渗透膜具有良好的渗透性。其次，灵活利用专有的分离性能，将分离的作用分为合理的渗透性和选择性，分离作用完全发挥，普通膜的表面直径必须小于1nm，有效过滤1nm 范围内的大部分离子，提高分离效率。反渗透技术得到了广泛的应用和创新，如在超纯水生产、海水软化、过滤分离等领域，工艺逐渐成熟，充分发挥了脱色均匀、脱盐效果好的效益和技术优势，总碱度、钠离子和离子的去除率达到95%。它是一种广泛应用于电子工业废水循环利用的技术。

2.3 膜生物反应技术

膜生物反应就是指膜分离还有重新组合等一系列过程，当生物膜处于某些特殊环境内时就能够进行分离，同时膜在完成分离之后还可以和其他类型的组件再次结合进而变成新型小单元。通过生物单元便可以做到多类型组合以及排列，从而实现生物分离的目标，并处于生物分离这一特殊的状态。膜生物反应技术应用的技术即反应器与沉淀池中的配置还有构建，就膜生物反应整合的过程而言，其本质为膜生物分离以及结合。在处理工业废水的诸多技术中，膜生物反应器技术是膜分离技术与生物处理技术有机结合的新型态废水处理系统。这项技术实现了膜分离技术、化学处理技术以及物理处理技术三者的充分融合，专门应用于对工业废水的处理工作中。而膜生物反应器技术中的缺氧池、好氧曝气区、化学清洗池、膜分离池以及反洗系统这五项系统由于结构的全面完整性而得以有效运作，而该项技术还能够实现对前三个核心系统的有效管控。好氧曝气区的作用在于浸放由中空纤维膜组成的膜组件[4]。由于中空纤维膜的孔径仅有零点二微米，具有良好的过滤细菌的功能，所以能够有效规避细菌侵入而产生的各种污染。工业废水在经过过滤处理后，集水管会实现对其的统一聚集，然后再进行统一的排放。如此，处理过后的工业废水不仅实现了水与泥的有效分离，还能够彻底清除藻类、细菌以及有机物等物质。因此，中空纤维膜是膜生物反应器技术中的重要组成部分，极大影响到该项技术能够发挥出其应有的价值，所以必须通过化学反洗以及水反洗等方式定期维护中空纤维膜，从而确保其透水功能的有效发挥。

2.4 臭氧化处理技术

臭氧化处理技术主要运用臭氧来实现对工业废水消毒和净化等处理工作。这是因为其中的臭氧具有非常强的氧化功能，因此臭氧也可以在各种环境保护中被大力推广和广泛应用。臭氧化处理工艺相较于其他传统的废水处理技术来说具有以下三个方面的优势。首先，臭氧化处理技术能够实现多段臭氧化工艺之间的串联，从整体上看其推流形式的应用以致于硝化液不需要再回流。如此，在处理工业废水的实际操作中就可以有效降低运行成本。通过专家相关的研究分析可以得出，如果污泥回流比不超过零点五时，在应用臭氧化处理技术处理工业废水时就不需要硝化液回流，而在此情况下工业废水中的百分之八十五的总氮就能够得以有效清除。至于传统的废水处理工艺仅能对总氮的百分之四十予以消除。其次，传统的废水处理技术还需再提升污泥回流量以及二沉池负荷，而臭氧化处理技术能够在不进行上述操作的情况下不仅能有效提高系统处理污泥浓度的平均值，还能够对固体物在系统中的停留时间进行有效延长，如此，将在单位池容中增强处理污染物的能力，并且实现对池容的节省，从而有效减少在购置和安装工业废水处理设备方面投入的资金。最后，有机碳是工业废水的重要组成部分，当其进入缺氧段时将会被有效讲解，而在臭氧段后将会提高繁殖异养菌的速度，从而有利于硝化菌的生存。

结语

综上所述，工业废水处理循环利用通过对工业废水进行相关处理后能够被再次使用于工业生产线或是其他用途中，不仅有利于有效解决工业用水的问题，还能够有效缓解水质污染问题等等。而为了实现科学高效的工业废水处理循环再利用，需要先进技术和专业设备的支撑。因此，国家要加强对研发先进技术和完善装置设备的引导，加大对这方面的支持力度，而与工业生产相关的企业也应大力引进并且充分利用工业废水处理循环利用技术，同时，完善废水排放标准的统一工作，使得企业合理的投入污水处理设施，既能够减少排放量，又能节约新鲜水用量。如此，不仅有利于促使自身谋取更多的经济效益，实现最大化的社会效益，实现最大化的资源和环境效益。