《工业废水处理技术》课件

工业废水处理技术工业废水处理是现代环保工程的重要组成部分，对保护水资源、维护生态平衡和促进工业可持续发展具有重要意义本课程将系统介绍工业废水处理的基本理论与实践应用，探讨各类处理技术的原理与适用场景课程概述课程基本信息教学目标本课程总计学时，学分，专通过系统学习，学生将掌握工业322为环境工程专业本科生设计课废水处理的基本原理、技术路线程旨在培养学生掌握工业废水处与工程应用能够针对不同类型理的基本理论与实践应用能力，的工业废水特性，选择合适的处为将来从事环境工程工作打下坚理工艺，并进行基本的工程设计实基础与运行管理学习重点目录基础概念•工业废水概述•工业废水特点与分类•处理标准与法规基础处理技术•物理处理技术•化学处理技术•生物处理技术高级处理技术•高级氧化技术•膜分离技术应用与发展•特种工业废水处理案例•工业废水回用技术第一章工业废水概述工业废水的定义与范围工业废水的产生与排放现状工业废水是指工业生产过程中产生的废水和污水，包括直接用于工随着工业化进程的加速，工业废水排放量呈现上升趋势全球每年艺过程的生产废水、各种工艺设备和容器的冲洗水、直接冷却水和产生数十亿吨工业废水，其中相当一部分未经处理或处理不达标就间接冷却水等其范围涵盖几乎所有工业部门，是水污染的主要来直接排放，对水环境造成严重威胁源之一中国工业废水污染现状工业废水处理的重要性中国作为制造业大国，工业废水排放量巨大尽管近年来处理率有所提高，但区域差异明显，某些地区污染问题仍然突出，特别是在一些高污染行业集中的地区工业废水的定义科学定义特性与分类工业废水是指工业企业在生产过程中产生和排放的废水，包括工工业废水的特点是种类多样，成分复杂根据来源可分为冶金废艺废水、冷却水、洗涤水等多种类型这些废水因行业和工艺的水、化工废水、食品加工废水、造纸废水、纺织印染废水等十几不同，成分和性质差异极大个大类，每类又可细分为多个小类从技术角度看，工业废水可分为生产污水（包括混入的生活污与城市生活污水相比，工业废水的本质区别在于污染物种类水）和生产废水两大类前者主要含有机污染物，后者则可能含多、浓度高、成分复杂、毒性大、处理难度高尤其是某些行业有多种无机物质和特殊污染物的特种废水，含有大量难降解有机物和重金属等有毒有害物质中国工业废水排放现状工业废水污染问题水体重金属污染电镀、冶金等行业排放的废水中含有铬、镉、铅、汞等重金属，这些物质难以降解，可在生物体内累积，通过食物链富集放大，最终危害人体健康，可导致神经系统损伤、癌症等严重疾病有机物污染导致的生态破坏印染、造纸、制药等行业排放的有机废水进入水体后，会消耗水中溶解氧，导致水生生物窒息死亡某些有机物还具有生物毒性，直接杀伤水生生物，破坏水生态系统结构和功能典型案例湘江流域重金属污染湘江流域因长期的有色金属开采和冶炼活动，导致河水和沉积物中铅、锌、镉、砷等重金属超标严重这不仅危害了当地居民的饮水安全，还对农业生产造成了严重影响，成为我国典型的工业废水污染案例水体富营养化问题食品加工、制药等行业排放的含氮磷废水是水体富营养化的主要原因之一过量的氮磷导致蓝藻等大量繁殖，形成水华现象，破坏水体生态平衡，降低水质，影响饮用水安全第二章工业废水特点高浓度有毒有害物质成分复杂多变性含重金属、有机污染物等对生物系统有毒不同行业废水成分差异大，处理难度高高盐高碱特性电镀、石化废水含高浓度盐分，影响生物处理难降解有机物含量高水质水量波动大传统生物法处理效果差，需要高级氧化等技术生产工艺波动导致废水特性变化，需要调节特点一成分复杂多变性行业差异工序变化工业废水的成分受行业类型影响极大例如，造纸废水主要含有即使在同一企业内，不同生产工序产生的废水性质也相差甚远高浓度有机物和悬浮物；印染废水则以高色度和复杂染料分子为以电子制造业为例，酸洗工序产生强酸废水，而镀铜工序则产生特征；电镀废水中含有多种重金属离子；石化废水则以石油烃类含铜废水，电镀工序又会产生含镍、铬等重金属废水和难降解有机物为主此外，企业的生产规模、设备状况、原料质量以及季节性生产波这种行业间的巨大差异决定了工业废水处理不能采用统一的处理动等因素，都会导致废水成分和水量的周期性变化，增加了处理工艺，必须根据废水特性量身定制处理方案的复杂性和难度特点二高浓度有毒有害物质重金属类铬、镍、铜、锌、电镀、冶金、矿山废镉、铅、汞等水有机毒物苯系物、酚类、多环石化、焦化、制药废芳烃水氰化物氰化钠、氰化钾电镀、选矿废水农药残留有机磷、有机氯农药农药生产废水工业废水中的有毒有害物质种类繁多，浓度远高于生活污水这些物质中，许多具有致癌、致畸、致突变特性，对人体健康构成严重威胁例如，六价铬具有强致癌性，苯并芘被列为一级致癌物，氰化物则具有急性毒性这些有毒物质同时对生物处理系统产生抑制甚至毒杀作用，导致活性污泥法等传统生物处理技术效果不佳因此，含毒废水通常需要先进行物化预处理，去除或降低有毒物质浓度，才能进入生物处理单元特点三高盐高碱特性高盐废水来源电镀、石化、制革、海水淡化等行业高盐对生物处理的影响抑制微生物活性，降低处理效率设备腐蚀与结垢问题氯离子腐蚀管道，硫酸根形成结垢工业废水中的高盐度主要来自生产过程中使用的各种盐类物质电镀行业使用的各种金属盐；石化行业的催化剂和中和剂；制革行业的硫化钠和铬盐等都会导致废水中含有高浓度的盐分这些废水中氯离子浓度通常在以上，远高于海水盐度10,000mg/L高盐废水会导致渗透压升高，破坏微生物细胞壁，抑制或杀死微生物，使得传统生物处理效率大幅降低同时，高浓度的氯离子会加速金属设备腐蚀，硫酸根离子则易形成硫酸钙结垢，增加设备维护成本处理高盐废水通常需要采用特殊的耐盐微生物或膜分离、蒸发结晶等物理化学方法特点四水质水量波动大第三章工业废水分类按行业分类1根据废水来源行业划分按污染物特性分类有机废水、无机废水、混合废水按处理难度分类难降解废水、易降解废水按危害程度分类高毒性废水、低毒性废水工业废水分类是制定处理方案的基础，科学合理的分类有助于选择最适合的处理技术通常，我们可以从多个维度对工业废水进行分类，如按行业来源、污染物特性、处理难度和危害程度等进行划分不同分类方法有不同的应用场景例如，在宏观管理层面，常按行业进行分类统计和管理；在技术选择层面，则更多地考虑污染物特性和处理难度；而在环境风险评估中，危害程度分类则显得尤为重要科学分类是实现一废一策精准处理的前提按行业分类造纸废水印染废水电镀废水造纸废水特点是高（通常在印染废水以高色度、高盐分和复杂有机染电镀废水含有铬、镍、铜、锌等多种重金COD1000-），色度大，含有大量纤维料分子为特征这些染料大多具有芳香环属，酸碱性强，处理难度大常采用分质5000mg/L悬浮物和木质素类难降解有机物处理难结构，难以生物降解处理工艺通常包括处理策略，针对不同重金属废水采用化学点在于降低其高和色度，常采用混凝物化预处理生化处理深度脱色单元，其沉淀、离子交换或电化学方法进行处理，COD++沉淀生化处理高级氧化组合工艺中臭氧氧化是有效的脱色手段处理后的重金属可回收利用++按污染物特性分类有机废水无机废水有机废水主要含有各类有机污染无机废水主要含有无机盐类、重物，表现为和值较高金属、酸碱等物质，和COD BODCOD BOD典型来源包括食品加工、制药、通常较低典型来源包括电镀、造纸、印染等行业有机废水可冶金、矿山、化工等行业酸碱进一步分为易降解有机废水（如废水主要通过中和处理；含重金食品废水）和难降解有机废水属废水则采用化学沉淀、离子交（如印染废水）处理方法主要换等方法处理；高盐废水可通过包括生物处理为主，辅以物化预膜分离或蒸发结晶处理处理和深度处理混合废水混合废水同时含有有机和无机污染物，处理难度较大如石油化工废水既含有难降解有机物，也可能含有重金属、酸碱和盐分处理通常需要组合多种工艺，如物化预处理生物处理深度处理的组合工艺流程，确保各类污染物都能得到++有效去除第四章工业废水处理标准国家排放标准体系行业特定排放标准地方排放标准中国建立了以《水污染防治针对污染特征显著的行业，各省市可根据当地环境容量法》为核心的法律法规体系，制定了专门的排放标准，如和保护需求，制定严于国家形成了国家、行业和地方三电镀、造纸、制药等行业标标准的地方排放标准，如太级标准体系，全面规范工业准，要求更为严格，指标更湖、巢湖等重点流域有特殊废水排放行为加全面排放限值国际标准比较相比国际标准，中国工业废水排放标准体系逐步完善，某些指标已接近或达到发达国家水平，但在特征污染物控制方面仍有差距工业废水排放标准《污水综合排放标准》《污水排入城镇下水道水质标准》行业特定排放标准GB8978-1996GB/T31962-2015针对特定行业废水特点，我国制定了多个行业特这是我国工业废水排放的基础性标准，规定了水该标准规定了工业废水排入城镇污水收集系统的定排放标准，如《电镀污染物排放标准》GB污染物排放的一般要求和监测方法该标准将排水质要求，是城镇污水处理厂进水水质的保障、《制药工业水污染物排放标准》21900GB放水体环境功能和保护目标分为三类，对、标准考虑了污水处理厂的处理能力，对可生化性等这些标准对行业特征污染物提出了pH

21903、、等常规指标和重金属等有毒有指标要求相对宽松，但对有毒有害物质仍有严格更为针对性的要求COD BODSS害物质设定了不同的限值限制•考虑行业特点，增加特征污染物控制指标•一级标准主要适用于国家自然保护区•根据下游污水处理厂工艺设置、两类控制A B•根据最佳可行技术确定限值标准•二级标准适用于集中式生活饮用水源地等•新建企业和现有企业可能有不同要求•三级标准适用于排入城镇污水处理厂的废水•规定了43项污染物指标限值•特别强调了对管网系统有害的物质控制第五章工业废水处理方法概述预处理技术工业废水处理的第一步，主要解决废水中大颗粒悬浮物、油类等污染物，为后续处理创造条件包括格栅拦截、沉砂、气浮除油和均质调节等工艺单元预处理阶段对保护后续处理设施、稳定处理效果至关重要物理化学处理通过物理作用和化学反应去除污染物物理处理包括沉淀、过滤、吸附等；化学处理包括中和、混凝、氧化还原、化学沉淀等这些方法在去除悬浮物、胶体、重金属等方面效果显著，但对溶解性有机物去除有限生物处理技术利用微生物代谢作用降解废水中的有机污染物，是处理有机废水的主要方法包括好氧生物处理（活性污泥法、生物膜法）和厌氧生物处理（、等）生物法处理成本低，UASB IC但对废水水质要求高，不适用于高盐、高毒废水深度处理技术进一步去除常规处理后残留的污染物，提高出水质量主要包括高级氧化技术和膜分离技术高级氧化能有效降解难降解有机物；膜分离则可去除细小颗粒和溶解性物质这些技术处理效果好但成本较高，通常用于废水回用或特殊排放要求预处理技术机械筛分沉砂与沉淀格栅和筛网是最基础的预处理设施，用于去除废水中的大颗粒悬沉砂池去除废水中的砂粒、灰渣等无机颗粒物，避免其沉积在管浮物、纤维和杂质格栅按栅条间距可分为粗格栅和道和水池中沉砂池通常设计为水平流或曝气式，粒径大于50mm细格栅；筛网则孔径更小，可达，能截的颗粒可有效去除初沉池则主要去除有机悬浮物，降5-50mm

0.5-5mm

0.2mm留更细小的颗粒这些设备防止大颗粒物质进入后续处理单元，低后续生化处理的负荷保护水泵和管道免受堵塞调节与中和pH调节均质工业废水值变化大，许多处理工艺对值有严格要求中和pH pH调节池是工业废水处理中不可或缺的单元，主要功能是均化水质池通过添加酸碱调节剂（如石灰、烧碱、硫酸等）将废水调pH水量波动对于排放规律性差、浓度变化大的工业废水，通过足至适宜范围常采用自动控制系统，根据在线监测结果自动pH够容积的调节池，可以平衡水量波动，均化水质变化，减轻后续投加药剂，确保出水稳定pH处理单元的冲击负荷，提高整体处理稳定性物理处理技术沉淀气浮过滤沉淀是利用重力作用分离废水气浮通过引入微小气泡，使轻过滤是通过多孔介质截留废水中悬浮物的过程根据悬浮物质颗粒附着于气泡表面上浮至中悬浮物的过程工业废水处特性可分为自然沉淀、混凝沉水面形成浮渣，从而实现固液理中常用砂滤、多介质过滤等，淀和加权沉淀沉淀池形式多分离气浮技术特别适用于处作为沉淀或气浮后的深度处理样，包括水平流、辐流式和竖理含油、含脂类物质和轻质悬单元新型过滤技术如纤维束流式等沉淀可去除浮物的废水，如食品加工、石过滤、陶瓷膜过滤等，具有更50-的悬浮物，同时降低油化工等行业废水高的过滤精度和处理效率70%的30-40%BOD吸附吸附利用多孔吸附剂表面力吸附废水中溶解性污染物活性炭是最常用的吸附剂，对色度、、微量有机物有良好去COD除效果此外，分子筛、活性氧化铝等新型吸附材料在特定污染物处理中也有广泛应用化学处理技术化学处理技术是工业废水处理的重要环节，主要通过添加化学药剂引发化学反应，改变污染物形态，使其易于分离常用的化学处理方法包括中和法、混凝法、氧化还原法、化学沉淀法和离子交换法等中和法适用于酸碱废水；混凝法通过加入混凝剂使胶体聚集形成大颗粒，便于沉淀分离；氧化还原法可转化有毒污染物；化学沉淀主要用于重金属去除；离子交换则可选择性去除特定离子这些技术可单独使用，也可与其他处理方法组合，形成高效处理工艺生物处理技术1好氧生物处理活性污泥法是最常用的好氧处理工艺，微生物在有氧条件下降解有机物，转化为二氧化碳、水和新的生物量特点是处理效率高，能同时去除、氨氮，但能耗较高，产BOD泥量大2厌氧生物处理和反应器是典型的高效厌氧处理设备，在无氧条件下将有机物转化为甲烷和二UASB IC氧化碳适用于高浓度有机废水处理，能耗低，产泥少，但启动周期长，对环境变化敏感3生物脱氮除磷通过生物硝化反硝化和生物过量摄取磷机制，去除废水中的氮磷污染物和A/O A²/O工艺是常用的脱氮除磷工艺，通过合理设置厌氧区、缺氧区和好氧区，实现氮磷的高效去除4生物膜法生物接触氧化法利用填料上生长的生物膜处理废水与活性污泥法相比，生物膜法抗冲击负荷能力强，不易发生污泥膨胀，但存在填料堵塞和生物膜脱落等问题第六章高级氧化技术·OH氧化能力强羟基自由基氧化电位高达，仅次于氟

2.8V99%降解效率高对难降解有机物的去除率可达以上90%5-6技术种类多包括臭氧、、电化学、光催化等多种技术Fenton⁻10⁹s反应速度快自由基反应通常在纳秒级完成高级氧化技术是处理难降解有机污染物的有效手段，通过产生强氧化性的羟基自由基，能快速降解多种难以生物降解的有机物，如苯·OH系物、酚类、农药、抗生素等这类技术在工业废水深度处理、特种废水处理以及水回用系统中有广泛应用高级氧化原理羟基自由基氧化主要氧化机制非选择性反应可攻击几乎所有有机物多种产生途径可通过光、化学、电等多种方式生成链式反应特性一个自由基可引发多次氧化反应矿化终产物最终生成₂、₂和无机盐CO H O高级氧化技术的核心是产生具有强氧化性的羟基自由基羟基自由基的氧化电位高达，仅次于氟，远高于常用的氯和臭氧这种高氧化电位使其能够氧化几·OH

2.8V

1.36V

2.07V乎所有的有机物，包括那些对常规氧化剂具有抵抗性的难降解物质羟基自由基与有机物反应主要通过三种方式加成反应对不饱和键、氢原子提取从C-H键和电子转移这些反应通常以极快的速率进行，反应常数在10⁸-10¹⁰L/mol·s量级反应过程中生成的有机自由基进一步与氧气反应，最终导致有机物完全矿化为₂和₂，或转化为更易生物降解的小分子CO H O臭氧氧化技术臭氧的产生与特性臭氧强化技术臭氧₃是一种强氧化剂，通常通过电晕放电法现场制备工为提高臭氧氧化效率，发展了多种强化技术臭氧₂₂过O/H O业臭氧发生器利用高压放电使氧气分子分解后重组形成臭氧，浓氧化氢组合工艺能加速臭氧分解生成羟基自由基；臭氧催化氧度一般为臭氧在水中溶解度有限，半衰期短化则使用金属氧化物催化剂如₂、₂₃促进臭氧分15-20%20-MnO FeO分钟，使用时需考虑传质效率和反应时间解；臭氧组合则利用紫外光促进臭氧分解这些强化技术能30UV/显著提高处理效率，降低总臭氧用量臭氧反应机理工程应用臭氧在水中有两种反应途径一是直接氧化，通过臭氧分子的选择性反应，主要攻击含有不饱和键、芳香环和氨基等的化合物；臭氧技术在印染废水脱色、制药废水降解、含酚废水处理等领域二是间接氧化，臭氧分解产生羟基自由基，进行非选择性氧化有广泛应用臭氧处理系统通常包括气体制备、气液接触和尾气、碱度和有机物性质会影响这两种途径的相对重要性处理三部分常用的气液接触设备有微孔曝气器、文丘里喷射器pH和旋转喷射器等处理成本是限制臭氧技术大规模应用的主要因素，能耗约占总运行成本的以上50%氧化技术Fenton反应原理Fenton反应是⁺催化₂₂分解产生羟基自由基的过程，核心反应为⁺Fenton Fe²H O Fe²+₂₂⁺⁻这一过程能高效产生羟基自由基，氧化降解各类有机H O→Fe³+·OH+OH污染物同时，生成的⁺可与₂₂继续反应，再生⁺，形成循环Fe³H OFe²影响因素分析反应效率受多因素影响值是最关键因素，最佳范围为；⁺与Fenton pH

2.5-

3.5Fe²₂₂配比通常为；温度升高可加速反应，但超过℃会导致₂₂自分H O1:5-1540H O解；反应时间一般为小时此外，废水中的碱度、有机物种类也会影响处理效果1-3经济性评价法与其他高级氧化技术相比具有成本优势其主要费用包括药剂₄和Fenton FeSO₂₂成本、调节剂成本和污泥处理费用工业应用中，处理吨废水的成本H OpH Fenton1在元之间，具体取决于废水特性和处理要求与臭氧和相比，投资和运行成本均5-20UV较低改进型技术Fenton为克服传统法的局限性，发展了多种改进技术光利用光照促进⁺Fenton FentonUV Fe³还原，减少铁盐用量；电通过电化学方法原位生成₂₂和再生⁺；异相Fenton H OFe²使用固体催化剂，扩大适用范围并减少污泥产生这些技术在特定废水处理中Fenton pH显示出良好应用前景电化学氧化技术直接阳极氧化直接阳极氧化是有机污染物在阳极表面直接转移电子被氧化的过程这种氧化方式具有选择性，效率与电极材料密切相关常用的高氧化能力电极材料包括₂、₂、掺硼金刚石PbO SnOBDD等电极因其宽电位窗口和高化学稳定性，成为近年研究热点BDD间接电氧化间接电氧化是通过电极反应产生的氧化性中间体如氯、次氯酸、过氧化氢、臭氧等氧化污染物的过程这种方式具有介质效应，氧化剂可离开电极表面在溶液中氧化污染物，提高反应效率含氯废水电解产生的活性氯是常见的氧化介质，对含氨氮废水有良好处理效果电极材料选择电极材料是决定电氧化效率的关键因素阳极材料需具备良好的导电性、电化学活性、机械强度和耐腐蚀性除传统的钛基贵金属氧化物电极如外，新型纳米结构电极、碳基材料电极等DSA具有更高的电催化活性和稳定性，是未来发展方向工程应用与局限性电化学氧化技术已在染料废水、含酚废水、垃圾渗滤液等处理中得到应用其优势在于设备紧凑、自动化程度高、无二次污染；局限性主要是能耗高、电极成本高、处理大水量时经济性差解决这些问题的途径是开发高效低成本电极材料，优化反应器设计，以及与其他处理技术联用光催化氧化技术催化剂选择光催化原理₂是最常用的光催化剂，具有化学稳定TiO当半导体催化剂受到能量大于其带隙的光照性好、无毒、成本低等优点，但其带隙较宽时，价带电子被激发到导带，形成电子空-，只能吸收紫外光、

3.2eV ZnO穴对这些光生电子和空穴迁移到催化剂表₃、等催化剂以及掺杂改性₂WO CdSTiO面，与水和氧气反应生成活性氧物质催化剂能拓展光响应范围，提高可见光利用如、₂⁻，进而氧化降解有机污染·OH·O效率物反应器设计影响因素光催化反应器设计需考虑光源分布、催化剂光催化效率受多因素影响光强越高，反应4固定方式和水力条件常见的反应器类型包速率越大；催化剂浓度存在最佳值，过高会括搅拌槽式、固定床式、光纤式和薄膜式降低光透过率；影响催化剂表面电荷和pH等悬浮催化剂系统具有较大比表面积但需污染物吸附能力；溶解氧是电子受体，增加后续分离；固定化催化剂系统则避免了分离曝气可提高效率；某些无机离子如⁻会Cl问题但可能存在传质限制抑制反应高级氧化UV光解原理UV直接通过高能紫外光子断裂分子键₂₂组合工艺UV/H O2光裂解过氧化氢生成羟基自由基UV臭氧组合工艺UV/紫外光促进臭氧分解产生更多自由基高级氧化技术通过紫外光与氧化剂协同作用，产生高活性的羟基自由基，实现对难降解有机物的有效处理₂₂系统中，紫外光波UV UV/HO长通常为照射使₂₂分子断裂为两个羟基自由基；臭氧系统中，光促进臭氧分解产生自由基，同时增强直接光解效果254nm HO UV/UV高级氧化对含氯有机物如三氯甲烷、四氯化碳、杀虫剂和抗生素等具有优异的处理效果在工程应用中，反应器设计需考虑透过率、混UVUV合效率和剂量控制等因素尽管设备投资和能耗相对较高，但在特种废水深度处理和高品质回用水生产中仍有不可替代的作用第七章膜分离技术微滤MF孔径为的压力驱动膜分离过程，主要用于去除悬浮固体、细菌和部分胶体物质

0.1-10μm在工业废水预处理和生物处理后的固液分离中应用广泛，可作为超滤和反渗透的预处理工艺超滤UF孔径为的膜分离技术，能截留大分子有机物、胶体和病毒等在染料废水、

0.001-

0.1μm造纸废水处理和工艺中得到广泛应用，出水水质良好，可直接进入反渗透系统MBR纳滤NF孔径约为的特殊膜分离技术，兼具超滤和反渗透特性能高效去除二价以上离子

0.001μm和分子量大于的有机物，在软化水、脱色和部分脱盐领域表现出色，能耗介于超滤和反200渗透之间4反渗透RO利用半透膜在压力驱动下实现溶剂和溶质分离的技术，能去除几乎所有溶解性物质在高盐废水处理、深度脱盐和高纯水制备中不可替代，是废水零排放系统的核心技术，但能耗较高膜分离基本原理膜材料与结构工业废水处理用膜主要分为有机膜聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等和无机膜陶瓷、金属等有机膜成本低但耐化学性和耐热性较差；无机膜则具有优异的耐化学性和机械强度，但价格昂贵结构上分为对称膜和非对称膜，后者具有表面致密、内部多孔的特点，通量和选择性更佳分离机理膜分离根据孔径和机理不同，可分为筛分效应、、溶解扩散机制和静电作用等微滤和超滤主要依靠物理筛分；纳滤结合了筛分和电荷排斥作用；反渗透MF UF-RO NF则主要通过溶解扩散机制，溶剂分子溶解在膜材料中并扩散通过，而溶质则被阻挡-膜孔径与分离对象膜分离技术形成了完整的谱系微滤去除悬浮物和细菌；超滤去除胶体和大分子；纳滤约去除二价离子和分子量大于的有

0.1-10μm

0.001-

0.1μm

0.001μm200机物；反渗透＜几乎可去除所有溶解性物质，包括单价离子不同工业废水可根据目标污染物特性选择合适的膜分离技术

0.001μm反渗透技术反渗透原理膜元件与系统设计反渗透是利用外加压力克服自然渗透压力，使溶剂水从高浓度工业反渗透系统主要采用卷式和中空纤维两种膜元件卷式元件侧透过半透膜到低浓度侧的过程工业反渗透膜通常为非对称复以螺旋卷绕形式组装，通量高、耐污染性好，在工业废水处理中合结构，由超薄的选择性表层约和多孔支撑层组成应用广泛；中空纤维元件则由成千上万根细管组成，紧凑但易堵

0.2μm表层材料多为芳香族聚酰胺，支撑层则为聚砜或聚丙烯等材料塞系统设计需考虑水回收率、浓水处理和能耗优化等因素反渗透操作压力通常为，取决于进水含盐量脱反渗透系统必须配备完善的预处理系统，包括絮凝沉淀、多介质

1.5-

6.0MPa盐率可达，能去除几乎所有的离子和分子量大于过滤、活性炭吸附和阻垢剂投加等，确保进水污染指数小98-

99.8%SDI的有机物但高压操作导致能耗较大，占运行成本的主要于，防止膜污染典型的电镀废水深度处理流程为化学沉淀1005部分砂滤活性炭保安过滤反渗透，出水可直接回用于生产→→→→膜生物反应器MBR生物降解微生物降解有机物，转化为新生物量和₂CO膜分离超滤膜截留活性污泥和大分子物质清水排出产出低浊度、低细菌的优质出水膜生物反应器是将膜分离技术与生物处理技术相结合的高效废水处理工艺，用膜组件MBR取代传统活性污泥法中的二沉池，实现生物降解与固液分离的完美结合可分为浸没式MBR和外置式两种配置，前者膜组件直接浸没在生物反应池中，能耗低但通量小；后者膜组件置于反应池外，通量大但能耗高与传统活性污泥法相比，具有多项优势可在高污泥浓度下运行，提高生物MBR8-12g/L降解能力；完全截留微生物，出水水质好；占地面积小，减少约的占地；可实现长污泥50%龄运行，有利于难降解物质的降解和硝化菌的生长技术已在制药、石化、食品等工业MBR废水处理中取得成功应用，出水可达到高品质回用要求膜技术应用局限性高能耗问题膜污染与清洗膜分离是压力驱动过程，尤其是纳滤和反渗透膜污染是限制膜技术应用的主要障碍，包括有需要高压操作，能耗占运行成本的机物污染、无机结垢、生物污染和颗粒堵塞50-70%以反渗透为例，处理吨水的电耗约为膜污染导致通量下降、运行压力上升和膜寿命11-，远高于传统处理工艺随着原水含盐缩短虽然可通过物理清洗反冲洗、空气擦3kWh量增加，所需压力和能耗也相应增加，限制了洗和化学清洗酸、碱、氧化剂恢复性能，但在高盐废水处理中的应用频繁清洗会降低膜寿命，增加维护成本•微滤超滤•有机污染溶液清洗/

0.2-

0.5kWh/m³NaOH•纳滤•无机结垢柠檬酸或盐酸清洗

0.7-

1.5kWh/m³•反渗透•生物污染次氯酸钠消毒

1.0-

3.0kWh/m³浓缩液处理难题膜系统产生的浓缩液浓水处理是一个难题，尤其在高回收率运行下，浓缩液中污染物浓度高，处理难度大常见的浓缩液处理方法包括蒸发结晶、深井注入和生物强化处理等，但均存在成本高或环境风险等问题浓缩液处理已成为膜技术可持续应用的瓶颈问题•浓缩液体积进水的10-30%•污染物浓度进水的倍3-10•处理成本占总成本的30-50%第八章特种废水处理技术活化分子氧技术利用特殊催化剂活化普通氧气分子，提高其氧化能力，用于难降解有机物处理相比臭氧等技术，能耗低、无二次污染，但反应条件要求高铁碳微电解技术利用铁碳填料形成微电池，产生和⁺，通过还原和氧化[H]Fe²作用去除废水中的污染物适用于重金属、有机物和色度的同蒸发结晶技术时去除，被广泛应用于印染、电镀废水处理通过加热使废水中水分蒸发，污染物浓缩结晶，实现零排放适用于高盐废水处理，可回收有价值的盐类，但能耗高，经济超临界水氧化技术性是主要制约因素在超临界条件下℃以上，水成为优良溶剂和374,

22.1MPa反应介质，能迅速氧化有机物处理效率高，无二次污染，但等离子体水处理技术设备投资大，运行条件苛刻利用高压放电产生等离子体，生成多种活性粒子，实现污染物降解具有反应速率快、处理范围广等优点，是新兴的高效处理技术，但规模化应用仍面临挑战活化分子氧技术活化氧的产生原理应用与局限性活化分子氧技术是利用特殊催化剂将普通氧气₂活化为具有活化分子氧技术在处理含酚废水、染料废水和有机农药废水等方O更高氧化能力的活性氧形态，如单线态氧₂、超氧阴离子面表现出色相比臭氧氧化，该技术能耗低，无二次¹O30-50%₂⁻等与传统高级氧化技术相比，该技术不需要臭氧发生污染；相比氧化，不产生铁泥，处理成本低某些催化O·Fenton器或高能光源，能耗低，操作简单剂还具有协同生物降解的作用，可与生物处理结合使用UV活化氧的产生主要通过以下几种方式光敏剂光催化活化、过渡然而，该技术也存在一些局限性催化剂活性和稳定性有待提金属离子催化活化、固体催化剂表面活化等其中固体催化剂活高；对某些特定污染物如含氯有机物氧化效率不高；反应条件化方式因其稳定性好、可回收利用而受到广泛关注常用的催化如、温度对处理效果影响大；催化剂易失活，再生困难pH剂包括金属氧化物如₂、₂、贵金属负载型催化剂目前，国内外研究主要集中在开发高活性、长寿命的催化剂，以MnO CeO和多相催化剂等及优化反应条件和反应器设计，提高处理效率铁碳微电解技术微电解原理反应条件优化铁碳微电解利用铁和碳之间的电位差形成原是影响微电解效率的关键因素，最佳范围pH电池，铁作为阳极发生氧化反应为；曝气条件也很重要，前段厌氧有利2-4⁺⁻，碳作为阴极发生还原反于还原反应，后段好氧促进⁺氧化；反应Fe→Fe²+2eFe²应⁺⁻产生的⁺和时间通常为小时；铁碳比例一般为2H+2e→2[H]Fe²1-3是重要的还原剂，而⁺在有氧条件下此外，定期反冲洗可防止填料表[H]Fe²1:1-4又可转化为⁺，具有良好的混凝效果面钝化，延长使用寿命Fe³工程应用案例适用废水类型在某印染废水处理工程中，采用铁碳微电解铁碳微电解技术适用于多种工业废水，特别氧化生化工艺，去除率达+Fenton+COD3是在印染废水脱色、电镀废水重金属去除、，色度去除率达在某电镀废水处95%98%制药废水预处理中效果显著该技术能同时理中，微电解预处理使重金属去除率提高去除、色度和重金属，且能提高废水的COD，且减少了混凝剂用量，降低了处20-30%可生化性，为后续生物处理创造条件理成本蒸发结晶技术99%脱盐率几乎所有溶解性固体都可被去除5-15%结晶盐回收率固体盐可回收利用，减少废弃物30-80kWh能耗水平每吨水处理的能耗，取决于技术类型年1-3投资回收期结合资源回收的经济效益评估蒸发结晶技术是处理高盐废水实现零排放的关键技术，适用于反渗透浓缩液、高含盐工业废水等常规方法难以处理的废水其原理是通过加热使废水中水分蒸发，污染物浓缩至饱和后结晶析出，实现水资源回收和盐资源化利用根据热源和操作方式不同，蒸发设备可分为多效蒸发器、机械蒸汽再压缩蒸发器和强制循环蒸发器等其中技术能效最高，通过压缩二次蒸汽提MVR MVR高其温度和压力，作为热源循环使用，能耗仅为多效蒸发的结晶过程通常采用强制循环结晶器或结晶器，控制结晶速率和晶体粒径，提高1/3-1/2DTB盐产品质量蒸发结晶技术尽管投资和运行成本高，但在某些高价值盐回收和严格排放限制的情况下，仍具有良好的经济可行性超临界水氧化技术等离子体水处理技术高效降解能力几乎可降解所有有机污染物反应速率快降解时间通常仅需几分钟至几十分钟常温常压操作大多数系统可在室温和常压下运行无二次污染无需添加化学药剂，不产生二次污染设备紧凑占地面积小，便于集成和自动化控制等离子体水处理技术是利用高压放电在气液界面或液体中产生等离子体，生成、、、₃、₂₂等多种活性物质，实现对水中污染物的高效降解按放电介质可分为气相放电电晕-·OH·O·HOHO放电、介质阻挡放电和液相放电脉冲放电、电火花放电等类型厦门大学白敏东教授团队在等离子体水处理领域取得了重要突破，开发了多相放电反应器和气液混合放电技术，大幅提高了能量利用效率和降解效率该技术已成功应用于染料废水、含酚废水和抗生素废水等处理，表现出优异的性能尽管等离子体技术具有反应速率快、无二次污染等优势，但能耗仍较高，放电稳定性和规模化应用仍面临挑战目前研究重点是优化放电方式，提高能量效率，并与其他技术如催化、生物处理等结合，开发更经济可行的处理系统第九章典型工业废水处理案例印染废水处理电镀废水处理造纸废水处理印染废水处理面临高色度、难降解有机物和大电镀废水以重金属污染为主要特征，处理难度造纸废水特点是有机负荷高、色度大、含有大水量等挑战现代处理工艺通常采用物化预处大现代电镀废水处理采用分质分流策略，对量木质素现代处理工艺通常采用物化厌氧++理生化处理深度处理三级处理流程，其中臭不同种类废水分别处理酸碱废水经中和处理；好氧深度处理流程其中厌氧反应器能高+++IC氧或高级氧化技术是脱色的关键某印染企业含铬废水采用还原沉淀法；含镍、铜等废水采效去除并产生沼气；好氧段采用工艺COD A/O采用混凝沉淀水解酸化臭氧催化氧化用化学沉淀法；后续常配合离子交换或膜处理进一步降解有机物；深度处理常采用混凝或高++A/O+工艺，出水低于，色度小于实现深度处理和金属回收某电镀厂采用此策级氧化技术去除残留色度某大型造纸厂采用COD80mg/L20倍，实现稳定达标排放略，实现重金属去除率，金属回收率此工艺，去除率达，出水水质稳定达99%COD95%标80%印染废水处理预处理阶段印染废水首先进入格栅去除大颗粒杂质，然后进入调节池均化水质水量调节池设计停留时间通常为小时，配备混合设备防止悬浮物沉淀随后进入初沉池或气浮池去除部分悬浮物和染料颗粒，8-12降低后续处理负荷某些情况下会添加混凝剂提高悬浮物和色度去除率生化处理阶段考虑到印染废水的可生化性较差，通常采用水解酸化好氧的生化处理流程水解酸化阶段将大分+子难降解物质转化为小分子易降解物质，提高整体可生化性；好氧阶段一般采用或工艺，A/O SBR去除大部分有机物生化处理可降解的，但对色度去除有限，通常仅能去除50-70%COD20-40%的色度深度处理阶段印染废水的深度处理主要针对残留色度和难降解有机物臭氧氧化是最常用的脱色工艺，臭氧剂量通常为，接触时间为分钟，可去除的色度臭氧催化氧化、50-100mg/L15-3080-95%Fenton氧化和活性炭吸附也是常用的深度处理技术某些要求回用的系统还会增加超滤和反渗透单元，进一步提高出水品质工程实例分析某日处理量吨的印染废水处理厂采用调节池混凝气浮水解酸化改良臭氧催化氧化5000+++A/O+工艺进水为，色度为倍，处理后出水稳定在以COD800-1200mg/L500-800COD80mg/L下，色度小于倍，各项指标均满足《纺织染整工业水污染物排放标准》要求该系统投资约20万元，运行成本为元吨水，其中电耗占，药剂费占，人工及维护费占

20002.2/40%35%25%电镀废水处理分质收集电镀废水处理的第一步是科学分类收集通常将废水分为含铬废水、含镍废水、含铜锌废水、含氰废水、酸碱废水等分质收集可避免不同废水之间的相互干扰，提高处理效率和金属回收率收集系统应采用耐腐蚀材料，废水收集池需配备和重金属在线监测设备pH专项处理对不同类型废水采用针对性处理工艺含铬废水采用亚硫酸氢钠还原六价铬后碱性沉淀；含氰废水通过碱性氯化法或电解氧化法破氰；含镍废水采用二级沉淀法，控制在；含铜锌废pH10-11水在条件下进行化学沉淀；酸碱废水通过中和反应调节至中性专项处理通常能将pH9-10pH重金属浓度降至以下5mg/L混合处理专项处理后的各类废水混合进入综合处理系统，通常包括混凝沉淀、过滤等工序混凝沉淀采用、等絮凝剂强化沉淀效果，沉淀池设计停留时间为小时；过滤系统采用砂PAC PAM2-3滤或多介质过滤器，进一步去除悬浮物和微量金属离子混合处理能将重金属浓度降至以下1mg/L深度处理与资源回收为实现严格排放标准或废水回用，需进行深度处理常用技术包括离子交换、膜分离或电解回收离子交换可选择性吸附金属离子，出水重金属浓度可降至以下；反渗

0.1mg/L透系统可进一步去除溶解性盐分，产水可直接回用于生产；电解回收技术可将废水中的贵重金属以单质形式回收，实现资源化利用，降低废水处理成本重金属废水处理技术第十章工业废水回用技术技术路线选择回用水质标准根据水质特点选择合适工艺基于用途制定合理标准深度处理工艺采用高级氧化和膜分离等技术5回用案例分析零排放技术不同行业的成功实践经验实现废水完全回用不外排零排放技术预处理与生化处理1去除常规污染物降低后续负荷膜浓缩技术通过膜分离回收大部分清洁水蒸发结晶技术处理浓缩液实现零排放目标零排放技术是指通过一系列处理工艺，实现废水中水分完全回收和污染物固化的技术路线典型的零排放系统包括预处理、生化处理、膜浓缩和蒸ZLD发结晶四个主要环节预处理和生化处理去除常规污染物；膜浓缩通常采用或回收的清洁水；剩余浓水进入蒸发结晶单元，回收剩余水RO NF70-85%分并使污染物结晶零排放技术面临的主要挑战是高能耗和高成本以处理吨废水为例，传统处理成本约为元，而零排放成本可达元，其中蒸发结晶占总成本15-1030-50的为降低成本，可采取以下措施提高膜系统回收率，减少进入蒸发单元的水量；优化蒸发器设计，采用等高效蒸发技术；回收结晶盐60-70%MVR产品，创造经济价值尽管成本高昂，但在水资源稀缺地区和排放标准严格的行业，零排放技术仍具有不可替代的价值第十一章工业废水处理工程设计设计原则与步骤工业废水处理工程设计应遵循安全可靠、技术先进、经济合理、操作简便的原则设计流程包括确定处理目标、调查水量水质、确定处理工艺、设备选型和规格计算、平面布置与高程设计、辅助系统设计、环境影响评价和经济技术分析等环节水量水质调查与分析详细的水量水质调查是设计的基础水量调查应包括最大、最小和平均流量，以及时间变化规律；水质调查应包括常规指标和特征污染物，并分析其变化范围和波动特性对于大型工程，通常需要进行小试和中试实验，为工艺选择提供科学依据工艺流程选择工艺选择应基于废水特性、排放标准和技术经济比较通常采用多方案比选，综合考虑处理效果、运行稳定性、投资成本、运行费用、操作难度和二次污染等因素工艺设计应留有余量，但不宜过大，一般控制在为宜，以平衡投资和运行效果10-20%设备选型与工程估算设备选型应考虑技术可靠性、维护便利性和配件供应情况国产设备和进口设备各有优势，应根据项目实际需求选择工程造价估算通常包括设备费、安装费、建筑费、设计费和预备费等，其中设备费约占总投资的运行成本则包括能耗、药剂费、人工费和维护费等50-60%第十二章工业废水处理新技术发展工业废水处理技术正经历快速创新和发展材料科学进步带来了高效低耗的新型吸附材料和膜材料；智能控制技术实现了处理系统的精确调控和远程监测；资源化利用技术则将废水处理与资源回收紧密结合，创造经济价值未来工业废水处理将呈现绿色低碳、高效智能和资源化利用三大发展趋势新一代处理技术将更加注重能源效率、碳排放和全生命周期环境影响；大数据和人工智能将深度融入处理系统，提高运行效率和应变能力；资源回收将从单一的水回用扩展到能源回收、金属回收和化学品回收等多元化方向，推动循环经济发展工业废水处理技术研究热点纳米材料应用生物强化技术膜材料创新纳米材料因其巨大的比表面积和独特的生物强化技术通过基因工程、微生物驯膜技术是废水深度处理和回用的核心，物理化学性质，在工业废水处理中展现化或共代谢等方式提高微生物处理能膜材料创新是研究热点新型复合纳滤出广阔前景石墨烯基材料、纳米零价力耐盐微生物筛选与驯化使生物法处膜能在低压下实现高脱盐率；抗污染膜铁、金属有机骨架等在重金属吸理高盐废水成为可能；特定功能菌群如通过表面改性或新型材料减轻膜污染；MOFs附、有机物降解和膜材料改性等方面取脱氮除磷菌、降解难降解有机物菌株的仿生膜则模拟生物膜结构，实现高通量得重要进展例如，改性纳米₂具应用大幅提高了处理效率；微生物固定和高选择性此外，正渗透、膜蒸馏等TiO有优异的光催化性能，可在可见光下高化技术则提高了系统稳定性和抗冲击负新型膜分离技术在特定领域显示出独特效降解有机污染物；纳米银修饰膜材料荷能力生物强化与传统工艺结合，可优势，如低能耗处理高盐废水膜材料则表现出优异的抗菌和防污染性能显著提高处理效果并降低成本和工艺创新将持续降低膜技术应用成本，扩大其应用范围资源能源回收废水中蕴含丰富的资源和能量，如何高效回收是研究热点微生物燃料电池技术在处理有机废水的同时产生MFC电能；厌氧消化产生的沼气可用于发电或制氢；重金属选择性回收技术可将废水中的贵金属资源化利用；磷回收技术则将废水中的磷转化为肥料这些技术不仅减轻环境负担，还创造经济价值，是实现废水处理可持续发展的重要方向总结与展望学科发展前景跨学科融合推动技术创新绿色低碳发展节能减排与资源化利用并重技术体系完善物化生物膜高级氧化协同发展职业发展路径从技术到管理的多元成长学习重点回顾基础理论与实践应用并重通过本课程的学习，我们系统掌握了工业废水处理的基本理论与技术体系，从废水特性分析到处理工艺选择，从传统物化生物法到先进的高级氧化和膜分离技术这些知识将为你在环境工程领域的实践和研究奠定坚实基础工业废水处理技术正朝着绿色低碳、智能高效和资源化利用的方向发展作为未来的环境工程师，你们需要不断学习新知识、掌握新技术，培养跨学科思维和创新能力希望大家能将所学知识应用到实践中，为解决环境污染问题、促进工业可持续发展做出积极贡献。