工業(yè)廢水治理技術(shù)及試題解析一、引言工業(yè)廢水是工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類廢水的總稱，其排放量大、成分復(fù)雜、毒性強(qiáng)，若未經(jīng)有效處理直接排入環(huán)境，會(huì)嚴(yán)重污染水體、土壤和空氣，威脅生態(tài)平衡與人類健康。例如，印染廢水含有的染料會(huì)降低水體透光率，影響水生植物光合作用；電鍍廢水含有的重金屬（如鎘、鉻）會(huì)在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈進(jìn)入人體，導(dǎo)致慢性中毒。因此，工業(yè)廢水治理是環(huán)境保護(hù)的重要環(huán)節(jié)，也是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。二、工業(yè)廢水的特點(diǎn)與分類（一）工業(yè)廢水的主要特點(diǎn)1.成分復(fù)雜：包含有機(jī)物（如染料、酚類）、無機(jī)物（如重金屬、酸堿）、懸浮物（如纖維、泥沙）等多種污染物，且不同行業(yè)廢水成分差異大。2.濃度高：COD（化學(xué)需氧量）、BOD（生化需氧量）、重金屬等污染物濃度遠(yuǎn)高于生活污水，如造紙廢水COD可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬mg/L。3.毒性大：含有的氰化物、重金屬、有機(jī)農(nóng)藥等污染物具有強(qiáng)毒性，對(duì)生物和人體危害大。4.難降解：部分污染物（如多環(huán)芳烴、抗生素）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，難以通過常規(guī)生物處理降解。（二）工業(yè)廢水的分類1.按行業(yè)分類：造紙廢水、印染廢水、化工廢水、電鍍廢水、食品加工廢水等。2.按污染物類型分類：有機(jī)廢水：以有機(jī)物為主要污染物（如食品廢水、印染廢水）；無機(jī)廢水：以無機(jī)物為主要污染物（如電鍍廢水、酸堿廢水）；重金屬廢水：含鎘、鉻、鉛等重金屬（如電鍍、冶煉廢水）；難降解廢水：含持久性有機(jī)污染物（如制藥、農(nóng)藥廢水）。三、工業(yè)廢水治理核心技術(shù)解析工業(yè)廢水治理技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法、生物法、高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）及組合工藝，各類技術(shù)的原理、適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)如下：（一）物理法：預(yù)處理的基礎(chǔ)手段物理法通過物理作用分離廢水中的懸浮物、膠體或油類，不改變污染物的化學(xué)性質(zhì)，是廢水處理的第一步。1.格柵與篩網(wǎng)：原理：利用網(wǎng)格攔截廢水中的大顆粒懸浮物（如纖維、塑料）；適用范圍：所有工業(yè)廢水的預(yù)處理；優(yōu)缺點(diǎn)：簡單易行，成本低，但僅能去除大顆粒污染物。2.沉淀法：原理：利用重力使懸浮物（密度大于水）沉降；類型：平流式沉淀池、豎流式沉淀池、斜管沉淀池；適用范圍：去除泥沙、金屬氧化物等懸浮物；優(yōu)缺點(diǎn)：效率高，無二次污染，但占地面積大。3.氣浮法：原理：向廢水中通入空氣或產(chǎn)生微氣泡，使懸浮物（密度接近水或小于水）附著氣泡上升至水面，刮除分離；類型：加壓溶氣氣浮、電解氣?。贿m用范圍：含油廢水（如煉油廢水）、印染廢水（去除染料膠體）；優(yōu)缺點(diǎn)：去除效率高，占地面積小，但需投加浮選劑（如PAC），成本較高。（二）化學(xué)法：快速去除污染物的關(guān)鍵化學(xué)法通過化學(xué)反應(yīng)改變污染物的化學(xué)性質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為易分離的物質(zhì)（如沉淀、氣體），適用于處理高濃度、毒性大的廢水。1.中和法：原理：用酸（如硫酸）中和堿性廢水，用堿（如氫氧化鈉）中和酸性廢水，使pH值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)（6-9）；適用范圍：酸堿廢水（如化工、電鍍廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：見效快，操作簡單，但需消耗大量酸堿，產(chǎn)生鹽類副產(chǎn)物。2.混凝法：原理：投加絮凝劑（如PAC、PAM），通過壓縮雙電層（降低膠體ζ電位）、吸附架橋（高分子鏈連接膠體）、網(wǎng)捕作用（沉淀物包裹膠體）使膠體聚集為大絮體，再通過沉淀或氣浮去除；適用范圍：含膠體、懸浮物的廢水（如印染、造紙廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：去除效率高，能同時(shí)去除部分有機(jī)物，但會(huì)產(chǎn)生大量污泥（需后續(xù)處理）。3.化學(xué)沉淀法：原理：向廢水中投加化學(xué)藥劑（如硫化鈉、石灰），與重金屬離子（如Cd2?、Pb2?）反應(yīng)生成難溶沉淀物（如CdS、Pb(OH)?）；適用范圍：重金屬廢水（如電鍍、冶煉廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：能有效去除重金屬，但藥劑成本高，沉淀物需安全處置（避免二次污染）。4.氧化還原法：原理：利用氧化劑（如高錳酸鉀、臭氧）氧化還原性污染物（如酚類、氰化物），或利用還原劑（如亞硫酸鈉）還原氧化性污染物（如六價(jià)鉻）；適用范圍：含酚、氰、六價(jià)鉻的廢水（如化工、電鍍廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：針對(duì)性強(qiáng)，效果好，但氧化劑/還原劑成本高，易產(chǎn)生二次污染。（三）生物法：低成本降解有機(jī)物的主流技術(shù)生物法利用微生物（細(xì)菌、真菌、藻類）的代謝作用，將有機(jī)物分解為無害物質(zhì)（如CO?、H?O、N?），是處理有機(jī)廢水的核心技術(shù)，具有成本低、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)。1.好氧生物處理：原理：在有氧條件下，好氧微生物（如活性污泥中的細(xì)菌）將有機(jī)物氧化分解為CO?和H?O；類型：活性污泥法：通過曝氣使微生物形成絮體（活性污泥），與廢水混合接觸，降解有機(jī)物；關(guān)鍵參數(shù)：MLSS（混合液懸浮固體濃度，2-4g/L）、SVI（污泥體積指數(shù)，____mL/g）、DO（溶解氧，2-4mg/L）；生物膜法：微生物附著在載體（如填料、濾料）表面形成生物膜，廢水流經(jīng)生物膜時(shí)，有機(jī)物被降解；類型包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、MBR（膜生物反應(yīng)器）；適用范圍：低濃度有機(jī)廢水（COD<1000mg/L，如生活污水、食品廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：處理效率高，無二次污染，但對(duì)水質(zhì)波動(dòng)敏感，需維持適宜的DO、溫度（20-30℃）、pH（6-8）。2.厭氧生物處理：原理：在無氧條件下，厭氧微生物（如產(chǎn)甲烷菌）將有機(jī)物分解為CH?（沼氣）和CO?；類型：UASB（升流式厭氧污泥床）：廢水自下而上流經(jīng)污泥床，微生物形成顆粒污泥，降解有機(jī)物；COD去除率可達(dá)70%-80%；IC（內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器）：通過沼氣提升實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，強(qiáng)化傳質(zhì)，適用于高濃度有機(jī)廢水（COD>5000mg/L）；適用范圍：高濃度有機(jī)廢水（如造紙、釀酒廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：成本低（無需曝氣），能回收沼氣（能源利用），但處理時(shí)間長（停留時(shí)間1-3天），對(duì)溫度敏感（中溫35℃左右）。3.兼氧生物處理（A/O、A2/O工藝）：原理：結(jié)合厭氧（Anoxic）、好氧（Oxic）過程，處理含氮磷的廢水；A/O工藝：厭氧段（反硝化，去除NO??-N）+好氧段（硝化，去除NH?-N）；A2/O工藝：厭氧段（釋磷）+缺氧段（反硝化）+好氧段（硝化、吸磷）；適用范圍：含氮磷的廢水（如化工、食品廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：能同時(shí)去除有機(jī)物、氮、磷，效果好，但工藝復(fù)雜，占地面積大。（四）高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）：難降解廢水的克星高級(jí)氧化技術(shù)通過產(chǎn)生羥基自由基（·OH）（氧化電位2.8V，僅次于F?），快速氧化降解難降解有機(jī)物（如染料、抗生素），是生物處理的補(bǔ)充技術(shù)。1.Fenton氧化法：原理：Fe2?催化H?O?產(chǎn)生·OH，氧化有機(jī)物；反應(yīng)式：Fe2?+H?O?→Fe3?+·OH+OH?；適用范圍：難降解有機(jī)廢水（如印染、制藥廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：氧化能力強(qiáng)，操作簡單，但需調(diào)節(jié)pH（3-4），產(chǎn)生鐵泥（需處理）。2.臭氧氧化法：原理：臭氧（O?）直接氧化有機(jī)物，或分解產(chǎn)生·OH（在堿性條件下）；適用范圍：含染料、酚類的廢水；優(yōu)缺點(diǎn)：氧化能力強(qiáng)，無二次污染，但臭氧發(fā)生器成本高，利用率低（約30%）。3.光催化氧化法：原理：在紫外光（UV）照射下，半導(dǎo)體催化劑（如TiO?）產(chǎn)生·OH，氧化有機(jī)物；適用范圍：難降解有機(jī)廢水（如農(nóng)藥、塑料廢水）；優(yōu)缺點(diǎn)：氧化能力強(qiáng)，無二次污染，但催化劑易失活，處理成本高。4.電化學(xué)氧化法：原理：通過電極反應(yīng)產(chǎn)生·OH、O?等氧化劑，氧化有機(jī)物；適用范圍：含重金屬、難降解有機(jī)物的廢水；優(yōu)缺點(diǎn)：針對(duì)性強(qiáng)，效果好，但電極成本高，能耗大。（五）組合工藝：復(fù)雜廢水的解決方案單一技術(shù)難以處理復(fù)雜工業(yè)廢水（如高濃度、難降解、含多種污染物），因此需采用預(yù)處理+生物處理+深度處理的組合工藝，例如：造紙廢水：格柵→沉淀→氣浮→活性污泥法→臭氧氧化→超濾；印染廢水：混凝沉淀→UASB→生物膜法→Fenton氧化→活性炭吸附；電鍍廢水：中和→化學(xué)沉淀→過濾→反滲透（回收水資源）。四、典型試題解析（一）選擇題題干：下列哪種技術(shù)最適合處理高濃度有機(jī)廢水（COD=____mg/L）？（）A.活性污泥法B.UASB反應(yīng)器C.混凝沉淀D.中和法答案：B解析：活性污泥法（A）適合低濃度有機(jī)廢水（COD<1000mg/L），高濃度廢水會(huì)抑制好氧微生物活性；UASB反應(yīng)器（B）是厭氧處理技術(shù)，適合高濃度有機(jī)廢水（COD>5000mg/L），能有效降解COD并回收沼氣；混凝沉淀（C）主要去除懸浮物和膠體，對(duì)溶解性有機(jī)物去除率低；中和法（D）用于處理酸堿廢水，與COD去除無關(guān)。因此選B。（二）簡答題題干：簡述活性污泥法的基本原理及影響因素。答案：1.基本原理：通過曝氣使廢水中的好氧微生物（如細(xì)菌、原生動(dòng)物）形成絮體（活性污泥），活性污泥中的微生物利用廢水中的有機(jī)物作為碳源和能源，進(jìn)行代謝活動(dòng)，將有機(jī)物氧化分解為CO?、H?O等無害物質(zhì)，同時(shí)微生物自身繁殖，最后通過沉淀分離活性污泥（部分回流，保持污泥濃度），使廢水達(dá)標(biāo)排放。2.影響因素：溶解氧（DO）：需維持在2-4mg/L，DO過低會(huì)導(dǎo)致厭氧分解，產(chǎn)生異味；DO過高會(huì)浪費(fèi)能源，破壞污泥絮體；混合液懸浮固體濃度（MLSS）：一般為2-4g/L，MLSS過低會(huì)導(dǎo)致處理效率低；MLSS過高會(huì)增加污泥沉降難度（如污泥膨脹）；污泥齡（SRT）：即活性污泥在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，需大于微生物的世代時(shí)間（一般為3-5天），否則微生物無法繁殖；溫度：適宜溫度為20-30℃，溫度過低會(huì)降低微生物代謝速率；溫度過高（>40℃）會(huì)殺死微生物；pH值：適宜范圍為6-8，pH過高或過低會(huì)抑制微生物活性；營養(yǎng)比（C:N:P）：需滿足100:5:1（有機(jī)物:氮:磷），否則會(huì)導(dǎo)致微生物生長受限。（三）案例分析題題干：某印染廠產(chǎn)生的廢水，主要污染物為：COD=6000mg/L，BOD?=1500mg/L，懸浮物=200mg/L，染料（如活性艷紅）=50mg/L，pH=10（堿性）?？缮暂^差（B/C=0.25）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合理的處理工藝，并說明各步驟的作用。答案：處理工藝：格柵→調(diào)節(jié)池→中和池→混凝沉淀→UASB反應(yīng)器→A/O生物池→Fenton氧化→活性炭吸附→達(dá)標(biāo)排放。各步驟作用：1.格柵：去除廢水中的大顆粒懸浮物（如纖維、布屑），防止后續(xù)設(shè)備堵塞；2.調(diào)節(jié)池：調(diào)節(jié)廢水的水量和水質(zhì)（如COD、pH波動(dòng)），使后續(xù)處理工藝穩(wěn)定運(yùn)行；3.中和池：投加硫酸（H?SO?）中和堿性廢水，將pH調(diào)節(jié)至7-8，為后續(xù)混凝、生物處理創(chuàng)造適宜條件；4.混凝沉淀：投加絮凝劑（如PAC，投加量____mg/L）和助凝劑（如PAM，投加量1-2mg/L），通過壓縮雙電層、吸附架橋作用去除懸浮物和部分染料膠體（去除率約30%-40%），同時(shí)提高廢水的可生化性（B/C升至0.35-0.4）；5.UASB反應(yīng)器：厭氧處理，利用顆粒污泥中的厭氧微生物（如產(chǎn)甲烷菌）降解高濃度COD（去除率約70%-80%），將COD降至____mg/L，同時(shí)產(chǎn)生沼氣（可用于鍋爐燃燒，回收能源）；6.A/O生物池：缺氧段（A段）：利用反硝化細(xì)菌將好氧段產(chǎn)生的NO??-N還原為N?（去除率約80%），同時(shí)降解部分有機(jī)物；好氧段（O段）：利用好氧微生物（如活性污泥）進(jìn)一步降解有機(jī)物（COD去除率約80%-90%），將COD降至____mg/L，同時(shí)通過硝化作用將NH?-N轉(zhuǎn)化為NO??-N（去除率約90%）；7.Fenton氧化：投加FeSO?（____mg/L）和H?O?（____mg/L），在pH=3-4條件下產(chǎn)生·OH，氧化降解難降解染料（如活性艷紅）（去除率約50%-70%），將COD降至60-90mg/L；8.活性炭吸附：利用活性炭的多孔結(jié)構(gòu)吸附剩余的有機(jī)物和染料（去除率約20%-30%），確保出水達(dá)標(biāo)（COD<50mg/L，染料<1mg/L，懸浮物<10mg/L）。五、結(jié)論與展望工業(yè)廢水治理是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需根據(jù)廢水的特點(diǎn)（成分、濃度