唐宝玲，刘慧丽

1.上海坤茂环境工程有限公司；2.通标标准技术服务（上海）有限公司

长期以来，工业废水一直是全球废水产生的主要原因。来自不同行业的工业废水是水污染加剧的原因之一。通常，不同行业排放的废水具有较高的生物需氧量、化学需氧量、总固体、总溶解固体、钠、钾、钙和镁等金属、总硬度、总磷酸盐、硫酸盐和氮。此外，溶解氧的含量通常低于正常范围。重金属也是工业废水中的主要污染物。如铅、砷、铜、锌、铬、镉、汞和镍，是废水中最常见的重金属，对人类健康具有重大危害，对生态系统具有重大毒性。

一、工业废水的特点

（一）电厂脱硫废水

脱硫废水是一种新型的火力发电厂废水，它是在国家加强大气环境污染源控制后的新型产物。锅炉烟气湿法脱硫(石灰石/石膏法）过程中吸收塔的排放水。其高浊度、高硬度,高含盐量、污染物种类多,且不同电厂水质波动大。

（二）印染工业废水

印染废水是指以加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品、丝绸为主的印染、毛织染整及丝绸厂等排出的废水。小型印染企业直接排放的废水有机质浓度高、盐度高，且有机物难以降解，已成为工业废水处理领域的难题。未经处理的排放会严重影响当地的生态环境，造成水质混浊。

（三）造纸废水

依据制浆造纸工艺以及纸种、所添加化学药品的差异，产生的废水也有很大不同。造纸工业废水的特点是废水排放量大，BOD高，废水中纤维悬浮物多，而且含二价硫和带色，并有硫醇类恶臭气味。

（四）染料生产废水

染料生产废水中含有酸、碱、盐、卤、烃、胺、硝基等物质和染料及其中间产物，部分还含有吡啶、氰、酚、联苯胺和重金属汞、镉、铬等。废水成分比较复杂，有毒且难以处理。

（五）食品工业废水

由于食品加工厂生产食品的种类不同，食品工业废水中的有害物质也不尽相同。但大多数食品加工污水中有很高的氮、磷元素以及各种微生物，包含致病微生物。废水易腐败发臭，并且随着季节而变化。食品加工污水也多以有机物质为主，不含有毒物质，可以通过生物降解。

（六）农药废水

人们认为，农药和化学工业产生的废水中含有有毒和不可生物降解的化合物。在处理工业废水之前，需要对其进行适当的处理。未完全处理的生产废水和来自农业地区的地表径，流是农药进入水生基质的主要途径。

（七）含氰废水

钢铁厂在不同的过程中，包括废物转移、冷却和粉尘控制，需要使用大量的水。工艺完成后，产生的废水含有不同的污染物，如苯酚、氨、氰化物、氯和其他几种有毒物质。在污染物中，氰化物是一种极其危险的成分，因为它对水生和人类生活具有致命的影响。这些废水的处理效率在很大程度上受到干扰元素不同组合的影响，如硫氰酸盐、氨、苯酚等。

（八）含酚废水

苯酚是一种芳香族化合物，在各类废水中大量存在。含酚废水是当今世界上来源广泛、水质危害严重的工业废水。它是环境中水污染的重要来源。苯酚是一种很难降解的有机物质。当它们排入水体时，会对人类、动物和植物造成严重的伤害。酚类物质会损害人体神经系统，导致厌食症和失眠。当河流中的苯酚含量过高时，会直接导致鱼类和水生植物的死亡。用含酚量高的水灌溉作物会减少作物产量，甚至不收获。

（九）含汞废水

汞污染已成为一个全球性问题，其具有远程移动性。其挥发性、弥散性的大气特性，使汞有可能被运送到远离源头的地区，甚至在北极地区。它在自然环境中不会分解。因为甲基汞进入机体后很难排出。因此，人类处于食物链的顶端，汞污染的风险最高。

（十）重金属废水

在众多的工业废水中，重金属工业废水是危害最大的。重金属污染管理不力，已逐渐造成严重后果。一些流域和地区重金属重大污染事件频发，生态环境受到严重破坏。以工业废水为主要排放源的水生态系统中，重金属离子的污染已经成为一个严重的问题，对人类和其他生物的危害也越来越严重。重金属一旦进入人体，就会在人体中积累，对人体造成损害。铅、汞、镉、铬、锌和铜离子被认为是必须从废水中去除的污染物。特别是铅会加热造血系统，导致贫血、脑病、肝炎等。由于废水是疾病的主要来源，并阻碍人类的可持续发展。因此需要对其进行处理，以便将污染物降解成毒性较小的形式。

（十一）冶金废水

2011年，中国原钢铁企业排放的废水达6.3亿立方米。在稀土冶金行业，每生产一吨稀土氧化物或其他净化化合物，产生的废水约为60-100吨。其主要包括重金属工业含氟、含硫废水、稀土湿法冶金酸碱废水、高浓度氨氮(NH3-N)废水、贵金属工业氰化废水、电镀废水和有机氯化物废水虽然数量相对较少，但也含有危害。

（十二）酸性废水

年我国大约要排出工业废酸近百万立方米，化工厂、化纤厂、金属表面处理行业及电镀行业等在其制酸和用酸的过程中，会排出大量的酸性废水。直接排放酸性废水会腐蚀管道，危害人类身体健康，导致作物产量下降。

（十三）选矿废水

选矿具有许多悬浮的固态物质和有害物质，且种类繁多。有害物质包括重金属离子和选矿剂。重金属离子包括铜、锌、铅、镍、钡、镉、砷以及稀有元素。选矿过程中添加的浮选剂有:捕收剂、抑制剂、活性剂、硫化剂、发泡剂等。

（十四）含油废水

随着工业的发展，石油的使用量不断增加。但各种技术和管理发展滞后等原因不完善，使得大量的石油进入水中，形成污染。含油废水会影响人们日常的生活用水以及地下水，进而对人体的健康造成不可磨灭的伤害。同时也会污染大气层，危害空气质量。影响作物的产量。

（十五）碱性废水

碱性废水具有碱性强、浓度高、毒性大及生物法处理难度大的特点,会对环境造成重大危害。一些碱性废水中含有有机碱或无机碱，具有很强的腐蚀性，需要经过适当的处理才能排放。

二、工业废水处理的研究新进展

（一）纳滤膜

在过去几年中，膜技术在废水处理行业越来越流行，用于生产、家庭及工业淡水。根据膜的压力梯度，膜技术可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透。纳滤技术和反渗透技术是在膜过滤的主罩下，对半透膜施加高压和剪切力的两种技术。尽管超滤和反渗透技术已广泛应用于不同行业，但它们仍有一些局限性。如膜污染和小化学品的不滞留，限制了它们的使用。

纳滤过程中，在5-35bar的工作压力下，通过半透式纳滤膜(通常孔径为1-5nm)，将低分子量溶质分离出来。纳滤膜对污染物的分离，取决于颗粒大小的变化和电荷类型(离子污染物)。

纳滤膜已成功应用于各种工业废水的处理。在一项研究中，采用膜式纳滤膜4040-TS80-TSF处理蜡染工业废水。膜通量稳定，对废水中所有染料的去除率均在80%以上。用AFC-40纳滤膜处理含锌工业废水，也得到了类似的结果。纳滤膜也可以与其他技术相结合，以更有效地处理废水。采用膜生物反应器(MBR)技术处理乳业废水。然而，渗透液中溶解固体含量高，使其无法被重复利用。因此，使用纳滤膜处理膜生物反应器渗透液，以去除这些固体。膜生物反应器-纳滤膜组合系统对COD的去除率为99.9%，对固体废物的去除率为93.1%。

（二）微藻废水处理

使用微藻进行废水处理，是传统处理技术的一种可持续且环保的替代方法。落在废水表面的阳光，可以被微藻用来生长并同时去除污染物。微藻也可以在干燥环境和高盐废水中生长。此外，大约2千克的二氧化碳可以产生1千克的藻类生物量，由此提供了一个处理废水并隔离二氧化碳的机会。废水中的污染物被微藻吸收为营养物质，并被吸收用于生长。因此，微藻可以用作降低BOD和COD以及去除废水中污染物的潜在药剂。为此，可以使用来自工业、农产业、家庭、畜牧业和食品加工业的废水，这些废水富含微藻生长所需的有机物和微量营养物质。

利用微藻处理废水被称为藻核降解。使工业能够以极低的化学物质用量处理废水，并降低与传统技术相关的能源成本。微藻可以用来去除废水中的营养物质、重金属、病原体、染料和更多的污染物。此外，它们还可以通过光合作用产生氧气来降低BOD。微藻废水处理的原理为采用滚道池和光生物反应器培养微藻。

（三）微生物燃料电池

微生物燃料电池是一种生物催化的电化学系统，通常在缺氧的情况下，在产电微生物的帮助下，通过一系列氧化还原反应，将储存在有机基质键中的化学能转化为电能。微生物燃料电池内发生的氧化-还原反应，是葡萄糖、甘油、苹果酸和硫作为底物。在微生物燃料电池中，有机分子通过催化还原分子的氧化充当微生物，尤其是细菌生长的基质。在这个过程中产生的电子，通过各种呼吸酶，导致产生化学能量梯度，进一步用于产生电能。

除了发电，微生物燃料电池还可以用来解决另一个全球性的挑战，那就是废水处理。在微生物燃料电池内部，细菌被用来催化底物的降解，并产生和维持当前的流动。因此，利用来自不同合成工业废水中的有机物等污染物，作为细菌降解的基质，发电可以与废水的处理相结合。此外，，微生物燃料电池技术在废水处理效率和发电方面有了很大的提高。微生物燃料电池具有显著的污染物去除性能，COD去除率达到大于90%。

（四）生物炭技术

生物炭是一种多孔炭化材料，通过热解或热化学分解生物质，在缺氧的情况下产生。由于生物炭具有广阔的表面积、大量的孔隙、含氧外官能团和经济可行性，可有效用于去除各种有机和无机污染物。此外，生物炭可以利用有机肥、污水污泥和木质纤维素生物质等有机废物作为基质制备，从而减少了制备过程中化学品的使用。来自污水污泥的生物炭富含矿物质，具有高孔隙度，含有所需的功能基团，并具有大量能够吸附污染物的优点。污泥衍生生物炭的这些特性，使它们成为工业废水有效处理的候选材料。生物炭通过各种机制去除污染物，如物理吸附、表面沉淀、静电相互作用、孔隙填充、表面络合和离子交换。被去除的吸附剂和污染物的物理化学特性的变化，归因于不同的吸附机理。

三、工业废水处理方法的优势与局限性

（一）纳滤膜

与其他传统过滤技术相比有许多优点。通过纳滤，可以在不添加钠离子的情况下，从硬质废水中有效地去除钙、镁等金属离子。因此，在软化废水时，纳滤膜不需要添加额外的化学物质。在过去的50年里，其他处理技术都需要添加额外的化学物质。

与蒸馏不同，纳滤膜不需要加热和冷却进料，从而有效减少了分离费用。此外，在分离纳滤单元中的分子时，不需要磁力搅拌。综上所提，纳滤可满足大进料量、滤液连续稳定出料速度的要求。因此，纳滤膜可用于处理相当大的进料量、稳定的流量和高的去除效率。然而，由于纳米孔径的存在，纳滤膜在工业上的应用受到限制。此外，纳滤膜的污染、不带电溶质的分离不足、滞留物的处理、膜寿命短以及对化学品的抵抗力低都与纳滤有关。

（二）微藻废水处理

与其他技术相比，微藻废水处理有许多好处。微藻不仅有助于废水处理，还能产生生物量，用作肥料、动物饲料、生物燃料生产的基质，并有更多的工业应用。此外，微藻废水处理是一种低成本、环境友好的方法，用于去除有毒污染物和回收有价金属。然而，微藻废水处理也面临一些挑战。这些挑战包括对大片土地的要求、环境和工作条件对处理效率的影响、从处理过的废水中分离微藻生物量等，限制了它们的大规模应用。废水的特性也会影响藻类的生长。例如，几种微藻对氨水有毒，氨水可能存在于工业废水的高浓度中。除非将废水的pH值校准到适当的范围，否则微藻无法在废水上高效生长。有时，氮和磷的水平，可能不足以支持微藻的生长，从而降低总生物量，说明处理过程在长期内不可行。

（三）微生物燃料电池

微生物燃料电池是一种很有前途、同时产生电能的废水处理技术。但这项技术的主要缺点是价格昂贵。使用昂贵的电极作为阴极和阳极，降低了其用于工业废水处理的可行性。然而，微生物燃料电池发电，可以降低其运营费用。此外，处理后排放到环境中的污泥数量非常少。低功率密度、活化、浓度、欧姆损耗等其他挑战，限制了它们的大规模应用。

（四）生物炭技术

尽管在去除废水中的各种污染物方面具有很大的潜力，但控制生物炭吸附过程的机制尚不完全清楚。如与废水处理中生物炭的大规模商业化相关的一些问题，包括生产成本增加、稳定性降低、嵌入材料的浸出、复杂的改性方法等。

四、结语

利用新技术处理工业废水，是当前废水处理研究领域的重要方向之一。新技术的开发和实施，将解决由于工业废水中排放污染物而导致的饮用水短缺和安全、环境威胁、社区扩大导致的人口增加、城市化和卫生等关键问题。作为一项挑战，世界各地的研究人员、学者和工业研发部门都在关注一些新技术，以克服这些限制。

纳滤膜、微藻废水处理、微生物燃料电池、生物炭等新方法的应用，有望成为一种极具前景的、高效、省时、节能、环保、廉价的工业废水净化技术。然而，对于纳滤技术中纳米材料的使用，需要计算机数字监测方法，能够建议、预测和测量水中有限数量的纳米粒子。此外，采用纳滤膜、微藻废水处理、微生物燃料电池、生物炭技术等新技术处理工业废水污染物已成为一种趋势。

然而，在工业废水处理研究领域，正日渐需要新技术通过消除毒素和相关的污染，改善工业废水的质量。这也要求未来研究工业废水处理的新方法，具有经济有效、生态友好、大规模工业生产和易商业化的优点。