工业污水处理技术调研报告(一)

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2021-03-12 10:59

一、概述

1.1 工业概述

工业(industry)主要是指原料采集与产品加工制造的产业或工程。工业是社会分工发展的产物,经过手工业、机器大工业、现代工业几个发展阶段。工业是第二产业的重要组成部分,主要分为轻工业和重工业两大类。2014年,中国工业生产总值达4万亿美元,超过美国成为世界头号工业生产国。

《国民经济行业分类》(GB/T 4754-2017)从各行业分类中第二产业(工业)的大类为41个,如下所示:

(一)、采矿业:1、煤炭开采和洗选业;2、石油和天然气开采业;3、黑色金属矿采选业;4、有色金属矿采选业;5、非金属矿采选业;6、开采辅助活动;7、其他采矿业;

(二)、制造业:8、农副食品加工业;9、食品制造业;10、酒、饮料和精制茶制造业;11、烟草制品业;12、纺织业;13、纺织服装、服饰业;14、皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业;15、木材加工和木、竹、藤、棕、草制品业;16、家具制造业;17、造纸和纸制品业;18、印刷和记录媒介复制业;19、文教、工美、体育和娱乐用品制造业;20、石油加工、炼焦和核燃料加工业;21、化学原料和化学制品制造业;22、医药制造业;23、化学纤维制造业;24、橡胶和塑料制品业;25、非金属矿物制品业;26、黑色金属冶炼和压延加工业;27、有色金属冶炼和压延加工业;28、金属制品业;29、通用设备制造业;30、专用设备制造业;31、汽车制造业;32、铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业;33、电气机械和器材制造业;34、计算机、通信和其他电子设备制造业;35、仪器仪表制造业;36、废弃资源综合利用业;37、金属制品、机械和设备修理业;38、电力、热力、燃气及水生产和供应业;39、电力、热力生产和供应业;40、燃气生产和供应业;41、水的生产和供应业。

《中国统计年鉴》中工业可分为重工业和轻工业。重工业的定义是:为国民经济各部门提供物质技术基础的主要生产资料的工业。轻工业为:主要提供生活消费品和制作手工工具的工业。通常将重工业和化学工业合称为重化工业。重工业:是指为国民经济各部门提供物质技术基础的主要生产资料的工业。按其生产性质和产品用途,可以分为下列三类:

(1)采掘(伐)工业,是指对自然资源的开采,包括1、采掘(伐)工业,是指对自然资源的开采,包括石油开采煤炭开采、金属矿开采、非金属矿开采和木材采伐等工业;

(2)原材料工业,指向国民经济各部门提供基本材料、动力和燃料的工业。包括金属冶炼及加工、炼焦及焦炭、化学、化工原料、水泥、人造板以及电力、石油和煤炭加工等工业;

(3)加工工业,是指对工业原材料进行再加工制造的工业。包括装备国民经济各部门的机械设备制造工业、金属结构、水泥制品等工业,以及为农业提供的生产资料如化肥、农药等工业。

轻工业:指主要提供生活消费品和制作手工工具的工业。按其所使用的原料不同,可分为两大类:

(1)以农产品为原料的轻工业,是指直接或间接以农产品为基本原料的轻工业。主要包括食品制造、饮料制造、烟草加工、纺织、缝纫、皮革和毛皮制作、造纸以及印刷等工业;

(2)以非农产品为原料的轻工业,是指以工业品为原料的轻工业。主要包括文教体育用品、化学药品制造、合成纤维制造、日用化学制品、日用玻璃制品、日用金属制品、手工工具制造、医疗器械制造、文化和办公用机械制造等工业。

1.2 工业取排水情况概述

1.2.1 工业取水情况

根据国家统计局公布数据,从2016年我国水资源消费结构来看,农业用水总量为3768.0亿立方米;工业用水总量为1308.0亿立方米;生活用水总量为821.6亿立方米;生态用水总量为142亿立方米。

1.1 国家统计局各行业用水量统计数据

指标 2016年 2015年 2014年 2013年 2012年
用水总量(亿立方米) 6040.20 6103.20 6094.86 6183.40 6131.00
农业用水总量(亿立方米) 3768.00 3852.20 3868.98 3921.50 3903.00
工业用水总量(亿立方米) 1308.00 1334.80 1356.10 1406.40 1381.00
生活用水总量(亿立方米) 821.60 793.50 766.58 750.10 740.00
生态用水总量(亿立方米) 142.60 122.70 103.20 105.40 108.00

由表1.1可知,我国工业取水量占全社会总取水量的21~23%。工业行业取水量较大用途主要为火电(含直流冷却发电)、钢铁、纺织、造纸、石化和化工、食品和发酵等高用水行业取水量占工业取水量的50%左右。

工业排水即工业污水是指工业生产过程中产生的污水、污水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。工业污水主要来源于化工业、纺织业、造纸业、钢铁、电力等行业。

近年来,由于钢材、纸制品、原油加工量等主要工业品产量,虽未见顶,但近几年增速明显放缓,如表1.2所示。

表1.2 我国主要工业品产量变化趋势

项目 钢材产量

(亿吨)

钢材产量同比增长 纸制品产量(万吨) 纸制品产量同比增长 原油加工量(亿吨) 原油加工量同比增长
2001年 1.57 19.80% 713.8 12.00% 2.1 -0.30%
2002年 1.93 22.30% 859.55 20.40% 2.2 4.60%
2003年 2.41 25.20% 1,034.39 20.30% 2.43 10.50%
2004年 3.2 32.60% 1,306.18 26.30% 2.73 12.60%
2005年 3.71 16.10% 1,871.92 43.30% 2.86 4.80%
2006年 4.67 25.80% 2,232.80 19.30% 3.07 7.10%
2007年 5.65 20.90% 2,713.70 21.50% 3.27 6.60%
2008年 5.82 3.00% 3,191.39 17.60% 3.42 4.70%
2009年 6.92 19.00% 3,922.32 22.90% 3.75 9.50%
2010年 7.96 15.00% 4,845.82 23.50% 4.23 12.90%
2011年 8.81 10.70% 4,513.55 -6.90% 4.48 5.90%
2012年 9.52 8.00% 4,803.81 6.40% 4.68 4.50%
2013年 10.68 12.20% 5,323.98 10.80% 4.79 2.30%
2014年 11.26 5.40% 6,634.86 24.60% 5.03 5.10%
2015年 11.23 -0.20% 7,037.80 6.10% 5.22 3.80%
2016年 11.38 1.30% 7,190.28 2.20% 5.41 3.60%

由表1.2可知,近些年以来,在我国积极实施淘汰工业落后产能、促进产业结构调整、加强节能减排等政策以及企业不断提高生产效率因素的共同作用下,工业品产量增速放缓,工业企业污水排放水量趋势上也略有下滑。

从历史数据来看,2008 年工业污水排放量达到 242 亿吨,达到历史高点,2016年减至187.0亿吨。2012 年我国工业污水排放量221.6 亿t,其中造纸、化工、纺织、钢铁合计排放占比约为48%,成为工业污水最主要的排放来源。2014年,在调查统计的41个工业行业中,污水排放量位于前4位的行业依次为造纸和纸制品业、化学原料及化学制品制造业、纺织业、煤炭开采和洗选业。4个行业的污水排放量为88.0亿吨,占重点调查工业企业污水排放总量的47.1%。2015年,工业污水排放量达到 200 亿吨,其中化工行业、钢铁行业、电力行业、造纸行业、纺织行业和其他行业占比分别为20.7%、16.6%、15.8%、14.5%、11.3%和21.9%。

近年来,随着国家对环境保护的不断重视,环保执法力度加强以及污水处理技术的不断成熟,我国工业污水排放量逐年减少,但工业污水排放量依然十分巨大,并且工业污水的危害高于生活污水。2016年,国家统计局公布我国主要工业污水排放与处理情况,详见表1.3。

表1.3 2016年我国主要工业污水排放与处理情况

序号 行业名称 污水治理设施数/套 污水治理设施年运行费用(万元) 污水处理量(万吨) 污水排放量(万吨) 化学需氧量排放量(吨) 氨氮排放量(吨) 污水排放量占比(%)
1 造纸及纸制品业 3648 568584 374419 275501 478190 16319 14.74
2 化学原料和化学制品制造业 9614 959073 393362 263665 335976 66535 14.10
3 纺织业 5830 461499 191934 196145 239410 16878 10.49
4 煤炭开采和洗选业 4772 183891 193508 144826 115424 4150 7.75
5 农副食品加工业 6124 177715 114709 139166 440584 18774 7.44
6 电力、热力生产和供应业 3498 324003 201714 95868 33696 2374 5.13
7 黑色金属冶炼及压延加工业 4051 1163407 2291172 85751 74470 5587 4.59
8 石油加工、炼焦和核燃料加工业 1369 456568 73453 84019 90328 15850 4.49
9 酒、饮料和精制茶制造业 2289 119281 60334 68899 187102 8323 3.69
10 食品制造业 2806 109465 49729 57109 109090 8495 3.05
11 医药制造业 3011 190796 49190 55700 96013 7449 2.98
12 计算机、通信和其他电子设备制造业 2826 254771 55172 52013 37245 3190 2.78
13 有色金属矿采选业 2232 177737 170832 47971 42086 2037 2.57
14 化学纤维制造业 445 92457 40137 39846 139272 3432 2.13
15 金属制品业 5774 223097 58187 33385 33659 2677 1.79
16 有色金属冶炼及  压延加工业 2902 192165 109607 30986 28960 12088 1.66
17 非金属矿物制品业 5100 110084 73430 28333 36299 1894 1.52
18 皮革、毛皮、羽毛 及其制品和制鞋业 1132 53135 20099 22628 48556 3704 1.21
19 黑色金属矿采选业 1913 134882 251049 19712 11751 332 1.05
20 汽车制造业 1584 80918 16289 17853 18265 1380 0.95
21 纺织服装、服饰业 1004 27091 18057 17777 18894 1527 0.95
22 全行业总计 82084 6608918 4998694 1869626 2745819 210466

由表1.3可知,污水处理量前五位的行业分布为黑色金属冶炼及压延加工业、化学原料和化学制品制造业、造纸及纸制品业、电力与热力生产和供应业和煤炭开采和洗选业。污水排放量前五位的行业分布为造纸及纸制品业、化学原料和化学制品制造业、纺织业、煤炭开采和洗选业和农副食品加工业。

2016 年,工业污水设施运行费用约为660亿元,处理污水量约为450亿t,行业平均处理费用约为1.47元/t。与居民生活用水类似,由于排放标准逐步趋严和成本上升等原因,工业污水处理单位费用持续上升。从细分行业来看,污水平均处理成本从0.55元~6.98元/t不等。其中,燃气生产和供应业、家具制造业、电气机械和器材、制造业、汽车制造业、石油加工、炼焦和核燃料加工业、计算机、通信和其他电子设备制造业等行业平均处理成本为5元/t以上。

1.3 工业污水的特性

1.3.1 工业污水来源

工业污水是造成环境污染,特别是水体污染的重要原因,其产生原因主要是工业生产过程中所产生的污水和废液,包括工艺过程排水、机械设备冷却水、设备和场地洗涤水等。工业污水含有的成分,主要取决于在生产过程中所用的原材料。不同的工业,产生不同性质的污水,同类工业如果采用不同的生产工艺,污水性质也不同。一般可分为工业冷却水和工艺污水。

工业冷却水一般与原料不直接接触,主要污染物为缓释阻垢剂、杀菌剂和预膜剂等循环水药剂,以及蒸发浓缩后无机盐离子,其有机污染物浓度较轻。工艺污水直接与原料接触,大多含有污染物浓度较高。按其成分又可分为含无机物污水、有机物污水和有机、无机物的混合污水。具体来看,工业污水中污染物成分复杂、种类多,有机污染物浓度较高,含有氨氮、石油类、挥发酚和重金属等有害有毒物质。一般常以污水中含量较多或危害较大的某一种成分或毒物来命名,如含氰污水、含铬污水等。

1.3.2 工业污水的性质

(1)类型复杂

工业行业种类繁多,对应的工艺组成也很复杂,影响工业污水污染物种类及浓度的主要因素包括生产用原材料、生产工艺、生产设备及操作条件、生产用水水质与水量等,因此工业污水性质差异大,类型复杂。按照主要污染物类型,可分为酸性污水、碱性污水、重金属污水、含油污水、含酚污水、含氨污水、含有机磷污水、放射性污水等;

(2)处理难度大

一般工业污水固体悬浮物(SS)含量大,化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)浓度高,酸碱度变化大,有的还含有多种有害成分,比如油、酚、农药、燃料、多环芳烃、重金属等。据统计,目前工业生产涉及的有机物达400万种,人工合成有机物10万种,且每年以2000余种速度递增,为有效处理处置、降低环境污染带来较大困难;

(3)危害大,效应持久

工业污水中含有的很多人工合成有机污染物很难在自然界转换和降解为无害物质,例如农药DTT等,其在自然环境中不断富集并通过食物链等作用于人体,危害极大。此外,工业污水还会对土壤和地下水造成严重污染,且极难治理或修复;

(4)重金属污染的主要来源

水体中的重金属污染几乎全部来自工业污水,例如有色金属冶炼厂除尘污水、有色金属加工酸洗污水,电镀厂镀件洗涤水,钢铁厂酸洗排水,以及电解、电子、蓄电池、农药、医药、涂料、染料等各种工业污水。重金属在人体内与蛋白质及各种酶相互作用,可使它们失去活性从而造成伤害。此外,重金属还对植物产生危害,而动物食用了受重金属污染的植物会随着食物链的富集最终影响人体健康。