水業導航：我國工業廢水處理現狀及污染防治對策
發布日期：2020-10-24 來源：給水排水 瀏覽次數：
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核心提示： 水業導航：我國工業廢水處理現狀及污染防治對策
原創 張統等 給水排水 1
本文刊登在《給水排水》2020年第10期水業導航欄目。作者張統、李志穎、董春宏等。我國工業廢水排放主要集中在石化、煤炭、造紙、冶金、紡織、制藥、食品等行業。其中，造紙和紙制品行業廢水排放量占工業廢水總排放量的16.4%，化學原料和化學制品制造業排放量占總排放量的15.8%，煤炭開采和洗選業排放量占總排放量的8.7%。我國政府一直非常重視工業廢水的治理技術研發與應用，自20世紀70年代起，國家就集中科研院所、大學等優勢力量，投入大量人力、物力、財力，開展工業廢水處理技術研究，著力解決一批占國民經濟比重較大工業的廢水處理技術難題。
為強化工業廢水的處理力度，保護生態環境，國家頒布相關政策，將工業企業逐步遷入廢水處理設施較為完善的工業園區，以實現工業廢水集中收集、統一處理。根據生態環境狀況公報數據，2018年，全國97.8%的省級及以上工業集聚區建成了污水集中處理設施并安裝自動在線監控裝置。在政府與企業的共同努力下，采取了包括革新生產技術、淘汰落后產能、注重廢水再生利用、降低單位產品水耗等一系列措施，使我國工業廢水排放量自2011年開始逐年下降。根據《中國環境統計年鑒》數據，2009年我國工業廢水排放量為234.4億m3，占全國廢水排放總量的40%左右；2010年我國工業廢水排放量237.5億m3；之后工業廢水排放量進入下降期，2015年工業廢水排放量為199.5億m3，而2017年下降到了181.6億m3，占全國廢水排放總量的23.55%。隨著《中國制造2025》戰略的深入推進，我國工業生產技術不斷更新，滿足人們物質文化需要的工業品不僅門類多，產量巨大，由此產生的工業廢水也具有新的特征，水中污染物種類增多、特性各異、處理難度增大，排入環境后造成的危害和持久性增加。盡管我國在工業廢水處理領域取得了一些成就，研發了系列工業廢水處理技術并付諸實踐、排放量逐年減少、處理率逐年上升、排放強度逐漸降低，但因工業廢水種類多，技術要求高，管理難度大，因此暴露出很多問題，主要概括為以下幾方面：
(1)部分二線城市和中小城市的工業廢水處理率仍處于較低水平。大城市尤其是特大型城市，環境污染壓力大，政府主管部門主動性強，監管嚴，廢水治理率及達標率都較高。而部分二線城市和一些中小城市，經濟發展壓力較大，隨著一線城市工業產能的轉移，工業廢水污染也逐漸向中小城市轉移，污染問題日益突出，解決工業污染的實際需求與日俱增。各地工業廢水處理設施投資很不平衡，主要集中在山東、江蘇、浙江等經濟發達、水資源豐富的沿海地區，東北和中西部地區項目投資較少。尤其尚未進入工業園區的分散工業企業排放的廢水未得到有效處理，處理率仍需提高。另外，對于非常態廢水，比如石油化工行業沖洗生產線廢水、原油罐沉析高鹽鈍化廢水、鋼鐵冷軋冷卻液等，由于排放規律性不強，不易監管，加之個別企業責任心不強，這部分廢水并未得到及時有效處理，其排放量和污染程度不容小視。（2）現有污水處理設施負荷率低、運行達標率低。隨著“水十條”的出臺，以及政府對環境治理的高度重視，要求企業按法規要求配置廢水處理設施，新規下大多數新建、改建或者擴建項目都配置了污水處理設施。然而，據統計數據，2015年我國工業廢水設施的平均負荷率約為49.3％，負荷率明顯偏低。也有一些企業為響應國家號召，投入了大量資金開展廢水治理技術工藝研究，但是排放標準的提升和排放要求的精細化，使運行成本顯著增加，影響企業正常運行的積極性。（3）工業園區廢水處理工藝適應性差，運行效率低。各個企業的廢水在排入工業園區集中處理設施之前通常都經過一定的預處理，基于經濟原因，優先選用生化處理工藝，而對于受酸堿度、溫度、含鹽量、有毒物質、難降解污染物等因素影響不能采用生化處理的廢水，主要采用物化處理工藝，預處理后仍不能滿足進入園區污水處理廠水質指標的大多采用生化法進一步處理，因此，排入工業園區污水處理廠的廢水中能生物降解的污染物基本已經降解完了，剩下的絕大部分是難生物降解的污染物，而園區污水處理廠在設計時主要以生化處理工藝為主，其處理效果自然不好，這是由于企業和園區在污水處理工藝設計時缺少統一協調和優化的結果。在我們調查的工業園區污水處理項目中，經常出現進水COD 200 mg/L左右，出水COD 100 mg/L左右的情況，生化系統去除率約50%，這也驗證了上述分析所得出的結論，即企業的廢水處理方法和園區綜合廢水的處理方法由于缺乏統籌和總體優化造成效率低下。（4）排放標準和考核指標不夠科學合理。我國關于工業廢水的排放標準，主要有《污水綜合排放標準》（GB 8978）、《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962）、行業排放標準、地方或流域排放標準以及地方環保部門行政要求等。根據國家綜合排放標準與行業排放標準不交叉執行的原則，一般情況下從嚴執行。隨著環境標準體系日益完善，排放水質要求逐漸細化，執行綜合排放標準的情景越來越少，單獨排放執行行業排放標準或者地方標準較多，工業園區內企業執行污水排入城鎮下水道水質標準較多。污水排入城鎮下水道水質B級標準和污水綜合排放三級標準都是排入設置二級處理污水處理廠的城鎮下水道的水質要求，前者屬于行業標準，應優先執行，除放寬部分行業BOD5指標外，總體上比后者要求更嚴格，并且增加了氨氮、總氮和溶解性總固體指標要求，其中要求溶解性總固體不大于2 000 mg/L，而很多行業的工業廢水溶解性總固體都會超過2 000 mg/L，像化工、冶金、食品等行業某些廢水甚至大于10 000 mg/L，據此要求統一達到溶解性總固體不大于2 000 mg/L，對于企業來說，顯然較難實現。而且，即使在標準中提出了溶解性總固體的目標，在現實監督與考核中，也很少見到在廢水排放口安裝溶解性總固體或者電導率等在線監測設備。另外，一些尚未列入行業標準的企業，地方環保部門一般都會從嚴要求，甚至要求參考執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918）或者《地表水水質標準》（GB 3838），此類做法盲目追求高標準，缺乏針對性，還導致關鍵性特征污染物控制不嚴。除此之外，工業廢水往往成分復雜，有些成分還未可知，常常對排放口在線監測儀器造成一定干擾，影響數據的準確性，有些單位為了保證污水處理設施出水COD達標，在取樣口前加入一種專用的氧化劑，在常規條件下其對有機物的氧化能力很弱，對COD并沒有去除效果，但樣品進入在線監測儀器或利用重鉻酸鉀法測定COD時，反應在強酸條件進行，此時所投加氧化劑與有機物的反應顯著，而重鉻酸鉀消耗量相對減小，造成出水COD 顯著降低的表象，為防止對環境造成更大的危害，必須嚴格監督執法，避免這種現象蔓延。制藥、化工等園區污水處理廠也經常因為氯離子濃度高，COD在線監測儀無法測出真實數據，對設施運行和監管都帶來一定困難。（5）技術研發和投入不夠，造成技術進步緩慢。我國工業廢水處理市場化程度偏低，不易通過技術獲得市場認可。環保企業開展技術研發的動力不足，投資力度不夠，處理技術進步滯后于工業廢水污染控制要求。往往是新的工業廢水類型處理需求產生時，處理技術卻沒有成功實踐。近些年，并未出現令人眼前一亮的先進技術和工藝，真正擁有獨特高新技術的國內知名大型環保公司較少，“拿來主義”居多，現有污染治理技術升級緩慢。國家投資重大項目的研究經費雖然不少，但都較集中，一般的中小環保公司很難申請到。類似化工、垃圾滲濾液等高濃度、高鹽、難生物降解廢水的深度處理技術，始終未能很好解決。現有的處理技術投資大、運行費用高、穩定性差，并非該類廢水處理的最優解。（6）工業廢水的再生綜合利用率不高。廢水是放錯地方的資源，盡管國家再三強調要提升資源的利用率，實際上我國的廢水再生利用率仍然不高，與發達國家70%的重復利用率相比還有很大差距。究其原因，一是人們的用水觀念沒有跟上時代步伐，認為只要是新鮮水就沒有問題，只要是再生水就不放心，就可能出問題；二是國家對再生水的重視程度還有待提高，盡管出臺了系列政策，也鼓勵再生利用行為，因為缺乏行之有效的鼓勵措施，對可用再生水的行業或工業需要更加明確的界定，對再生水的利用標準還需要進一步細化，目前常見的主要有《城市污水再生利用》系列標準。工業企業的再生水利用標準隨行業不同差異很大，應分類加強立法與管理。針對工業廢水處理過程中存在的一系列問題，為加快實現污染物排放由單一濃度控制向濃度和總量控制相結合的轉變，加快污染物排放由末端治理向全過程控制轉變，大幅度減少工業廢水的產生和排放強度，我國制定了“政策優先、源頭預防、過程控制、末端治理、回收利用、嚴格監督、依標排污”的策略，作者根據自己的經驗和認識提出以下策略和建議。
（1）加大監管力度，提升監管信息化水平。污水處理設施是否運行？是否按照設計要求運行？可以考察污水處理設施多個關鍵指標，如進水泵的運行情況和能耗、生化系統曝氣設施的運行情況和能耗、雙膜系統進水泵的運行情況和能耗、臭氧系統的臭氧流量和能耗等，不同處理系統選擇兩到三個關鍵指標，實現在線記錄與數據遠程傳輸，通過多個指標來綜合判定污水處理設施是否正常運行，在即將到來的5G時代，這些實現起來技術上不存在任何難度。
（2）優化工業園區廢水排放管理。當前通常是將園區內企業和園區污水處理廠作為兩個平行個體來管理，工業園區污水處理廠運營主體，往往無法對接園區企業排污管理，這種模式缺乏系統性和整體性，實際上園區污水處理廠接收了各企業的廢水，應根據園區污水處理廠的工藝流程，有權限對企業的廢水排放，提出更細致的排放要求，當然，該要求必須基于國家和行業標準，同時更有利于園區污水處理廠的運行。對于某些特殊廢水，可以將園區某些企業排污口看作是車間排放口，園區污水處理廠排放口看作總排放口。例如，當園區企業排放的廢水可生化性普遍較差的情況下，對于某些企業排放可生化性較好的廢水，可以適當放寬其處理后出水的BOD5指標，從而提高進入園區水處理廠廢水的可生化性，有利于發揮生化系統協同代謝作用，并保持處理系統的穩定性。這也是制定《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962）時，相比《污水綜合排放標準》（GB 8978），放寬了BOD5指標的初衷。（3）合理制定考核指標與標準。以生化系統為主的體系，難生物降解有機物處理始終是難點，尤其當溶解性難生物降解有機物超過排放標準時，高級氧化工藝必不可少，如臭氧催化氧化、Fenton氧化、超臨界氧化、濕式氧化等，均有一定效果，也有一定工程應用，但是也存在明顯缺點，臭氧催化氧化處理效率低、可氧化分解有機物濃度低；Fenton氧化法在處理效率、處理精度等方面需要提高，污泥量需要大幅降低，更為關鍵的是Fenton工藝的參數控制，不同類型廢水差異很大，難以掌握；超臨界氧化和濕式氧化研究多，應用少。近年開發出來的異相催化氧化技術，比現有高級氧化技術COD去除率提高20%，污泥產量顯著降低，具有普適性。但化學方法總體上運行費用大，有些企業為減少投入，在出水中投加一種專用氧化劑或確切說是一種掩蔽劑，造成監測時COD達標、實則不達標的表象，必須加以糾治，一種可行的解決方法是采用TOC指標作為判據。（4）制定激勵政策，支持企業開展技術創新。我國現有科研制度下，國家投入科研經費大多集中在大學及科研院所，研究內容偏重污水處理的理論和機理，與工業企業廢水處理實際需求有較大距離，研究成果無法立即產生效益。工業廢水處理是實踐要求很強的領域，大量的環保企業直接面對用戶，更了解用戶的需求，但是希望工業企業投資支持技術研發，目前還有實際困難，企業更喜歡拿來就用。因此，希望國家在相關政策和經費上，對聲譽好、科研實力強的環保企業進行傾斜，鼓勵以環保企業為主體的應用技術研究。（5）大力推動企業清潔生產，鼓勵建設循環經濟產業園。以廢水及廢物的再生利用為契機，按照“減量化、資源化、再利用”原則，合理配置資源再利用環節，通過產業園的有序規劃，并以此為基礎按階段、分步驟進行企業的引進和協調，實現上下游企業之間、企業內部不同工序之間的水資源的再生利用，使上游企業生產過程產生為尾料或廢料，成為下游一家或多家企業或企業內部其他工序的原料，從而推動廢水、廢物的再利用和社會經濟的有序發展。工業生產在我國國民經濟發展中起著主導和推動作用。工業廢水處理行業的前景與工業的發展密切相關，雖然工業廢水排放總量呈現緩慢下降趨勢，但國家對排放標準的要求越來越嚴，對扭轉環境污染的決心愈發堅定，投資力度會越來越大，加之各項扶持政策的出臺，工業廢水處理行業即將進入快速發展期，行業規模將保持較高擴張速度，工業廢水治理市場發展前景更加光明。
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