书城科普学会节约每一滴水(星球保卫战)
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第19章 工农业节水各显神通(1)

城市是工业的主要集中地,在我国城市用水量中工业用水占60%~ 65%。其中 80%由工业自备水源供给。由于工业用水量大、供水比较集中、节水潜力相对较大且易于采取节水措施,因此,在相当长的时期内工业用水是城市节约用水的重点。农业节水,根本是要采用先进的节水灌溉方式,改漫灌为喷灌、滴灌,改渠道输水为管道输水等,提高节水效率。

§§§第一节工业节水

工业废水包括生产废水和生产污水,是指工业生产过程中产生的废水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。按其中所含主要污染物的化学性质分类可分为无机废水、有机废水、混合废水、重金属废水、含放射性物质的废水和仅受热污染的冷却水。例如电镀废水和矿物加工过程的废水是无机废水,食品或石油加工过程的废水是有机废水,发电厂产生的废水则属于受热污染的冷却水。按企业的产品和加工对象分类可分为造纸废水、纺织废水、制革废水、农药废水、冶金废水、炼油废水等。按废水中所含污染物的主要成分可分为酸性废水、碱性废水、含酚废水、含铬废水、含有机磷废水和含放射性物质废水等。

由于工业废水的污染具有以上特点,对其处理必须遵循一定的原则:优先选用无毒生产工艺代替或改革落后生产工艺,尽可能在生产过程中杜绝或减少有毒有害废水的产生;在使用有毒原料以及产生有毒中间产物和产品过程中,应严格操作、监督,消除滴漏,减少流失,尽可能采用合理流程和设备;含有剧毒物质废水,如含有一些重金属、放射性物质、高浓度酚、氰废水应与其他废水分流,以便处理和回收有用物质;一些可以生物降解的有毒废水,如酚、氰废水,应先经处理后,按达标排放标准排入城市下水道,再进一步生化处理;流量较大而污染较轻的废水,应经适当处理循环使用,不宜排入下水道,以免增加城市下水道和城市污水处理负荷;类似城市污水的有机废水,如食品加工废水、制糖废水、造纸废水,可排入城市污水系统进行处理;含有难以生物降解的有毒废水,应单独处理,不应排入城市下水道。工业废水处理的发展趋势是把废水和污染物作为有用资源回收利用或实行闭路循环。

废水处理的目的是将废水中所含的污染物分离出来,或将其转化为无害和稳定的物质或可分离的物质,从而使废水得到净化。不同种类的废水其处理方法有所不同。下面就介绍不同废水的处理方法:

1.含酚废水的处理方法

含酚废水主要来自焦化厂、煤气厂、石油化工厂、绝缘材料厂等工业部门以及石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纤维、合成染料、有机农药和酚醛树脂等生产过程,其中主要含有酚基化合物,如苯酚、甲酚、二甲酚等。酚基化合物是一种原生质毒物,可使蛋白质凝固。含酚质量浓度在 300毫克 /升以下的废水可用生物氧化、化学氧化、物理化学氧化等方法进行处理后排放或回收。回收酚的方法有溶剂萃取法、蒸汽吹脱法、吸附法、封闭循环法等。

2.含汞废水的处理方法

含汞废水主要来源于有色金属冶炼厂、化工厂、农药厂、造纸厂、染料厂及热工仪器仪表厂等。从废水中去除无机汞的方法有硫化物沉淀法、化学凝聚法、活性炭吸附法、金属还原法、离子交换法和微生物法等。废水中的有机汞通常先氧化为无机汞,然后进行处理。

3.含油废水的处理方法

含油废水主要来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气站、机械加工等工业部门。其中油类污染物质,除重焦油外,其余的相对密度都小于1。治理时应首先利用隔油池,回收浮油或重油;废水中的乳化油和分散油较难处理,在处理过程中,尽量减少用泵提升废水的次数,以免增加乳化程度。处理方法通常采用气浮法和破乳法。

4.重金属废水的处理方法

重金属废水主要来自矿山、冶炼、电解、电镀、农药、医药、油漆、颜料等企业排出的废水。重金属不能被分解破坏,而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理和化学形态。对重金属废水进行处理时,非溶解态重金属在不改变其化学形态的条件下,应用反渗透法、电渗析法、蒸发法和离子交换法等进行浓缩和分离;呈溶解状态的重金属应用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、电解沉淀(或上浮)法、隔膜电解法等使其转变成不溶的金属化合物或元素,经沉淀和上浮从废水中去除。

5.含氰废水的处理方法

含氰废水主要来自电镀、煤气、焦化、冶金、金属加工、化纤、塑料、农药、化工等部门,其中含有剧毒性物质无机氰和有机氰化物,人食入可引起急性中毒。对含氰量高的废水,应采用回收利用,回收方法有酸化曝气 -碱液吸收法、蒸汽解吸法等;含氰量低的废水应进行净化处理方可排放,处理方法有碱性氯化法、电解氧化法、加压水解法、生物化学法、生物铁法、硫酸亚铁法、空气吹脱法等。

6.食品工业废水的处理方法

食品工业排出废水的水量、水质差异很大,特点是有机物质和悬浮物含量高,易腐烂,一般无大的毒性。废水中主要污染物有漂浮在废水中的固体物质,悬浮在废水中的物质,溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等,原料中夹带的泥沙及其他有机物、致病菌毒等。其危害主要是使水体富营养化,引起水生动物和鱼类死亡,导致水底沉积的有机物产生臭味,恶化水质,污染环境。食品工业废水一般均宜采用生物处理,可采用两级曝气池或两级生物滤池,或多级生物转盘,或联合使用两种生物处理装置,也可采用厌氧 -需氧串联的生物处理系统。

7.造纸工业废水的处理方法

造纸废水主要来自造纸工业生产中的制浆和抄纸两个生产过程。对其处理应着重于提高循环用水率,减少用水量和废水排放量,同时也应积极探索各种可靠、经济和能够充分利用废水中有用资源的处理方法。处理的方法主要有浮选法、燃烧法、化学沉淀法、生物处理法、湿式氧化法、反渗透、超过滤、电渗析等处理方法。

8.印染工业废水的处理方法

印染工业用水量大,废水排放量也大,废水中含有燃料和碱类等物质。常用的治理方法有回收利用和无害化处理。回收利用就是将废水中的碱液和燃料等进行回收利用,常用的方法有蒸发法、三效蒸发、薄膜蒸发、沉淀过滤等。无害化处理主要有物理处理法、化学处理法和生物处理法。物理处理法有沉淀法和吸附法等。主要是去除废水中悬浮物和溶解的污染物。化学处理法有中和法、混凝法和氧化法等。主要目的是调节废水的酸碱度、降低废水的色度、去除废水中分散染料和胶体物质、氧化废水中还原性物质,使硫化染料和还原染料沉淀下来。生物处理法有活性污泥、生物转盘、生物转筒和生物接触氧化法等。

9.染料生产废水的处理方法

染料生产废水成分复杂,具有毒性,较难处理,其中含有酸、碱、盐、卤素、烃、胺类、硝基物和染料及其中间体等物质,有的还含有吡啶、氰、酚、联苯胺以及重金属汞、镉、铬等。去除固体杂质和无机物,可采用混凝法和过滤法;去除有机物和有毒物质主要采用化学氧化法、生物法和反渗透法等;脱色一般可采用混凝法和吸附法组成的工艺流程,去除重金属可采用离子交换法等。

水是最重要的清洗剂,有着其他任何清洗剂无法替代的作用和地位。

工业洗涤用水属于工艺用水的一部分,是指在生产过程中,对设备、原材料、物料、半成品、包装物进行洗涤处理用的水。

工业洗涤节水是指在工业生产过程中进行产品洗涤、装备清洗和环境洗涤等洗涤用水的节约。

1.振荡水洗法与气水冲洗法

振荡水洗法是以机械振荡的方法加强清洗对象与水的相对运动,从而增大需清除物质的扩散系数,提高洗涤效果的水洗方法。

气水冲洗法是指用一部分空气代替水进行冲洗,从而减少冲洗水量的一种冲洗方法。此法与气雾喷淋法相似,但不形成雾状气水混合物,有时气、水可以交替使用。

2.气雾喷洗法与逆流洗涤

气雾喷洗法是由特制的喷射器产生的气雾喷洗待清洗的物件。这种气雾是压缩空气通过喷射器气嘴时产生的高速气流在喉管处形成负压,同时吸入清洗水混合后的雾状气水流。

逆流洗涤是指在多级水洗工艺中,将分流洗涤改变成除在最后一个水洗槽加入新水外,其余各水槽均使用后一级水洗槽用过的洗涤水,水被多次回用。

3.高效转盘水洗

高效转盘水洗是指在某些油脂的水洗工艺中,将瓷环填料塔中的静态沉降,改为在专用的转盘塔中进行。逆流水洗时,由旋转转盘将分散的油脂破碎成微滴,以增加相间接触面积,提高水洗效率。这样可以节约 70%左右的洗涤水。

4.喷淋洗涤法

喷淋洗涤法是指被洗涤对象以一定速度通过喷洗槽,同时用以一定速度喷出的射流水喷射洗涤对象。一般采用二、三级喷淋洗涤工艺。

用过的水被收集到贮水槽中并可以逆流洗涤方式回用。这种喷淋洗涤工艺节水率可达 95%,目前已用于电镀件和车辆的洗涤。

5.高效印染洗涤技术

高效印染洗涤工艺是指由包括提高水温、延长织物与水的接触时间、机械振荡、浸轧、搓揉、逆流或喷射清洗等方法和措施在内的专门工艺。

高效印染洗涤工艺的成套专用洗涤设备有:喷射水洗机、振荡平洗机、槽导辘水洗机和回形穿布水洗机等。

6.装备节水技术

清洗技术、环境节水洗涤技术和可以减少用水的各类水洗助剂和相关设备均可节水。

装备节水清洗技术有:干冰清洗、微生物清洗、喷淋清洗、水汽脉冲清洗和不停车在线清洗等技术。

环境节水洗涤技术有:再生水和具有光催化或空气催化的自清洁涂膜技术。

可以减少用水的各类水洗助剂有:环保型清洗剂、微生物清洗剂和环保型溶剂;相关设备有高效水洗机、干洗机和离子体清洗等无水洗涤技术和设备。

7.造纸工业制浆逆流洗涤中浓封闭筛选系统节水技术传统制浆洗涤流程中采用 CX筛选式筛选,要求粗浆浓度低,则用水量大。而封闭筛选是以最低的稀释因子,高效扩散、置换出粗浆中的固形物,并使筛选系统封闭无废水外排。

实现封闭筛选的关键设备是压力筛,目前大都由国外引进,但国内设备厂现已能提供缝宽 0.25毫米的压力筛,可满足生产白度 ISO80°漂白麦草浆的要求。从开式筛选改为封闭筛选,提高黑液提取率方面成效显著,每吨浆洗筛系统工艺用水量一般可减少 50立方米。

无水生产工艺是指产品在生产过备。在所有的节水方式中,无水生产程中无需用水的生产方法、工艺或设工艺当然是最节水的,是节约工业生产用水的一种理想状态。在生产过程中常见的无水生产工艺有:

1.无水造纸

无水造纸是指采用气动工艺制木质纤维,用细孔筛分离出纤维,然后用合成黏合剂黏合纤维素以制成书写纸、印刷用纸、包装纸、睡袋、尿布等。在制浆原料加工中采用干法剥皮法(用刀或剥皮机),以节约湿法剥皮时所需的水。

2.无水印染

比较典型的无水印染工艺有:

(1)溶剂漂染是以溶剂代替水进行漂染,将退浆、煮炼和漂白 3个工序合并的生产工艺。

(2)溶剂染色是以有机溶剂代替水进行染色。

(3)气相染色是用染料或整理剂的蒸汽或烟雾对织物进行染色、整理。

(4)干热染色、低压染色、气溶胶染色、溶剂上浆、磁性染色、高能射线染色等。

3.无水电镀

无水电镀即干法电镀工艺,除去了镀件漂洗工序,因而不需要洗涤用水,主要有气相镀膜工艺。气相镀膜工艺是在高真空中使金属离子化开并附着在被镀基材上形成一层金属膜,此工艺亦称离子蒸镀工艺。

另一种气相镀膜工艺是在减压气体容器内用镀料金属组成电极,在高电压作用下两极间发生辉光放电,使惰性气体离子化并射向阳极,形成阳极的原子喷射,然后在磁场电位作用下沉积于被镀基材表面构成镀膜。此外,还可采用特殊喷枪喷出铬原子,镀于镀件表面。

4.无水混凝土

无水混凝土养生法是在构件表面覆盖黑色塑料薄膜,利用黑色体吸收太阳辐射热,同时使混凝土中的多余水分蒸发,以形成类似于蒸汽产生的状态。这种方法既省水又可提高混凝土的早期强度。

水泥地面无水养护法是在地表涂以专用水性涂料(主要成分为硅酸纳),养护所抹水泥地面,增加早期强度,可节约养生用水,提高工效。

5.无水冷却

无水冷却是指在工业生产过程中生产设备的有关部件采用无需冷却的耐高温材料制造,这就可以不用冷却水,节约用以冷却各种高温生产设备的大量冷却水。

§§§第二节农业节水

我国江南地区有这样一首歌:“太湖美,太湖美,美就美在太湖水,水上有白帆,水下有红菱,水边芦苇青,水底鱼虾肥……”对太湖之美发出了由衷的赞叹。然而,自 2007年开始,太湖暴发大规模蓝藻,整个湖面臭气熏天,曾经的美景早已不复存在,并且使无锡 200万人受到了“饮用水危机”的影响。究其原因是因为大量施用在农田里的化学合成肥料流入太湖,带入大量的“营养”污染物,使得蓝藻严重爆发。类似情况在我国很多流域都曾出现。近年来,随着集约化规模农业的发展,大量化学合成肥料和农药被使用,残余物随着农业污水进入周围水体,造成严重的环境污染。