一、概述
化學工業是我國國民經濟的重要支柱產業之一，目前已形成數十個行業，4萬多個產品品種。化工行業是環境污染嚴重的行業，從原料到產品，從生產到使用，都有造成環境污染的因素。化工生產過程中排放的廢水具有強烈耗氧的性質，毒性較強，且多數是人工合成的有機化合物，污染性很強，不易分解。我國化工行業具有企業數量多、中小型規模多、分布廣、產品雜、污染重、治理難度大等特點。
化工廢水中的污染物主要有化學反應不產生的物料、副反應所產生的物料以及進入廢水中的產品等物質。其污染特點有以下幾個方面：
（1）有毒性和刺激性 化工廢水中含有許多污染物，其中有些是有毒或劇毒物質，如酚、銀、砷、汞、錫和鉛等，這些物質在一定的濃度下，大多對生物和微生物有毒性或劇毒性。有些污染物不易分解，在生物體內長其積累會造成中毒，如有機氯化合物，有些是致癌物質，如多環芳烴化合物、芳香族胺以及含氮雜環化合物等。此外，還有一些具有刺激性、腐蝕性的物質，如無機酸、堿類等。
（2）生化需氧量（BOD）和化學需氧量（COD）都較高 大部分化工廢水含有各種有機酸、醇、醛、酮、醚和環氧化物等，其特點是BOD和COD都較高。這種廢水一經排入水體，就會在水中的進一步氧化分解，從而大量消耗水中的溶解氧，直接威脅水中生物的生存。
（3）pH不穩定 化工生產排放的廢水，pH很不穩定，變化大，對水生生物、構筑物和農作物都有極大的危害。
（4）營養物質較多 化工廢水特別是農藥化工廢水中磷和氮的含量高，排放至水體后，可能造成水域富營養化，藻類和微生物大量繁殖，造成魚類窒息而大批死亡。
（5）處理難度大 化工行業生產門類繁多，廢水水質變化較大，且常常含有不易生物降解甚至具有生物毒性的物質。因此，化工廢水處理難度大，需針對各種化工廢水采用適宜的處理方法和工藝流程。
二、化工生產的分類
化工生產是指將原料物質經化學反應轉變為產品的方法和過程，其中包括實現這種轉變的全部化學的和物理的措施。
化學工業的分類比較復雜，按學科一般可分為無機化工、有機化工、高分子化工、精細化工及生物化工等；按照產品的應用，可分為化肥、染料、農藥、合成纖維、塑料、合成橡膠、醫藥、感光材料、合成洗滌劑、等工業；按照原料，可分為煤化工、天然氣化工、石油化工、無機鹽化工、生物化工等。我國對化學工業的統計分類，有基本化學材料、化學肥料、化學農藥、日用化工、合成材料、醫藥化工、化學纖維、橡膠制品、塑料、化學試劑等。
三、化工廢水的特征
化工廢水是指化工產品生產過程中所產生的廢水。化學工業產品多種多樣，成分復雜，排出的廢水也多種多樣，其中，日用化工、精細化工、染料化工、農藥化工等產品的生產過程中排出的有機物質，大多是結構復雜、有毒有害和生物難以降解的物質，是典型的難降解廢水。
化工生產廢水有特點集中表面為有機物濃度高、含鹽量高、色度高、難降解化合物含量高、排放量大、毒性大、治理難度大。其主要特征如下。
（1）水質成分復雜，副產物多，環狀結構的化合物增加了廢水處理的難度。
（2）廢水中污染物含量高，這是由于原料反應不和原料或大量溶劑介質進入了廢水體系所致。
（3）有毒有害物質多，廢水中有許多有機污染物（如鹵素化合物、硝基化合物等）對微生物具有毒害作用。
（4）生物難降解物質多，BOD5/COD低，可生化性差。
（5）有些廢水酸性強，色度高、富營養。
四、化工廢水處理技術
化工廢水中的污染物成分復雜，往往不能用單一的處理技術去除廢水中的各種污染物質。。
采用生物處理法是化工廢水處理的主要方法，但是化工廢水含有較多的難降解有機物，可生化性差，而且化工廢水的水量水質變化大，所以直接用生物方法處理化工廢水效果不是很理想，往往采用物理處理法、化學法、生物法、物理化學法的有機組合來完成對廢水的有效處理
廢水物理處理法是指通過物理作用分離和去除廢水中呈懸浮狀態的污染物（包括油膜、油珠）的方法。處理過程中，污染物的化學性能不發生變化。化工廢水常用的物理處理包括過濾、重力沉淀法和氣浮法等。這三種物理方法工藝簡單，管理方便，但不能去除廢水中可溶性污染物質，具有很大的局限性。
廢水的化學處理法是指通過化學反應和傳質作用，分離和去除廢水中呈溶解、膠體狀態的污染物，或將其轉化為無害物質的廢水處理法。以投加藥劑產生化學反應為基礎的處理單元有混凝、中和、氧化還原等。化學處理法有化學沉淀處理法、混凝處理法、廢水氧化處理法、廢水中和處理法等。化學處理法能較迅速地去除有機污染物，有效去除廢水中的多種劇毒和高毒污染物，可作為生物處理的預處理和后處理措施。
廢水的物理化學處理法是運用物理和化學的綜合作用使廢水得到凈化的方法，包括物理過程和化學過程的單項處理方法，如浮選、吹脫、結晶、吸附、萃取、電解、電滲析、離子交換、反滲透等。物理化學處理的優點是：占地面積小；出水水質好，且比較穩定；對廢水水量、水溫和濃度變化適應性強；可去除有害的重金屬離子；除磷、脫氮、脫色效果好；管理操作方便等。但是處理系統費用和日常運行費較高。
五、化工廢水處理工藝流程
1、日用化工廢水處理工藝流程
日用化工廢水的來源
日用化工產品是人們在日常生活中所使用的化工產品。例如洗滌劑、化妝品、牙膏、油墨以及黏合劑、皮革皮毛保護劑、殺蟲劑等諸多與人們日常生活息息相關的化工產品。
日用化工廢水的來源主要有以下幾個方面
（1）工藝廢水 生產過程中形成的廢水，如蒸餾殘液、結晶母液、過濾母液等。這類廢水往往含有較多的污染物、毒性大、不易生物降解，因而對水體污染影響很大。
（2）洗滌廢水 產品或中間產物在精制過程中產生的洗滌水。這類廢水雖然所含污染物濃度不大，但排放量大。
（3）跑冒滴漏及意外事故造成的污染水 生產操作失誤或設備泄漏會使原料、中間產物或產品外溢而造成污染。這就要求在廢水治理的統籌考慮中應用事故應急措施。
（4）設備和容器清洗水 基中主要成分是原料、產品及中間產物和副產物等，污染較大。在某些日化廠中，如牙膏、化妝品生產，香精配制，液體洗滌劑配制等企業，這類廢水幾乎是工廠廢水的主要來源。
（5）地面沖洗水 生產區的地面撒落的原料、中間產物、成品等在地面清洗過程中進入廢水系統。地面沖洗水水量往往較大，水質較差，特別是在管理不善的時候，污染物總量可能在整個廢水系統中占有較大的比重。
日用化工廢水的污染物及特征
（1）固體污染物 它的存在不但使水質渾濁而且會引起管理和設備阻塞、磨損，干擾廢水處理和回收。因大多數廢水中都有一些固體懸浮污染物存在，所以去除懸浮物是日用化工廢水處理的一項基本要求。
（2）需氧污染物 需氧污染物是指廢水中能夠通過化學或生物化學作用而消耗水中溶解氧的物質。這類物質大多是有機物，而無機物中的耗氧物質主要有Fe、 Fe2+、 S2－、CN－等。一般在廢水處理中需氧污染物即指有機物。
（3）營養性污染物 營養性污染物是指廢水中所含的N和P等植物和微生物的主要營養物質。這類物質排入水體后，致使水體中N和P的濃度分別超過0.2mg/L和0.02mg/L時，就要能引起水體富營養化，刺激各種水生生物異常增殖而造成一系列危害，形成營養性污染。
（4）酸堿污染物 酸堿污染物主要是指廢水中的酸性或堿性物質，它們使水體pH發生變化，破壞自然緩沖作用，抵制微生物生長，妨礙水體自凈，使水質惡化、土壤酸化或鹽堿化。各種生物都有自己的pH適應范圍，超過該范圍就會影響其生存。對漁業水體而言，pH不能低于6或高于9.2，當pH為5.5時，一些魚類就不能生存或生殖率下降。農業灌溉用水pH應為5.5～8.5。此外，酸性廢水還會對金屬和混凝土材料造成腐蝕。
（5）有毒污染物 有毒污染物是指能引起生物毒性反應的化學物質。有毒物質主要分為無機化學毒物、有機化學毒物和放射性物質等。
（6）油類污染物 油類污染物主要包括石油類和動植物油類污染物兩種。油類污染物能在水面上形成油膜，使大氣與水面隔絕，破壞水體復氧條件，它還能附著于土壤顆粒表面和動植物體表，影響養分吸收和廢物排出。當水中含油0.01～0.1mg/L時，對魚類和水生生物就會產生影響。當水中含油0.3～0.5mg/L時，就會產生石油氣味，不適合飲用。
（7）生物污染物 生物污染物主要是指廢水中的致病微生物。如各種致病細菌、病蟲卵和病毒等。
（8）感官性污染物 感官性污染物是指廢水中能引起異色、渾濁、泡沫、惡臭等現象的物質，雖然不一定有很大危害，但是能夠引起人們感官上的極度不適。
日用化工廢水的處理工藝流程
日用化工廢水COD較高，可生化性較差，在一般情況下，對這類廢水多采用物理化學處理結合生物處理的處理工藝。處理達標排放的通用處理方法和處理工藝流程如下圖所示，具體采用時應結合實際情況相應調整。
圖1 日用化工廢水的處理工藝流程
（1）預處理 預處理的目的是去除廢水中的大顆粒雜物，調節水質水量，保證后續處理工序可連續穩定地運行。預處理主要采用格柵、調節池等處理設備和構筑物。
（2）物化處理 一般日用化工廢水有機污染物濃度較高，毒性較大，不易生物降解，不宜直接采用生物處理法，應先通過物理化學方法去除廢水中的部分污染物，如懸浮物、難生物降解有機物、有毒有害物質等，減輕后續生物處理系統負荷，保證廢水處理系統穩定運行。針對日用化工廢水的特點，物化處理方法可采用混凝沉淀、混凝氣浮等工藝。
（3）生物處理 廢水經物理化學處理后，各污染物濃度已大幅降低，但一般情況下，還不能達標排放，因此需要進一步采用生物處理法進行處理。鑒于日用化工廢水中含有一些難生物降解的有機物，為了提高生物處理系統的處理效果，宜先采用水解酸化，利用水解菌將不溶性的有機物水解為溶解性物質，同時在產酸菌的協同作用下將大分子和難生物降解的物質轉化為易于降解的小分子物質，去除部分COD，提高BOD5/COD。
經水解酸化處理后的廢水可采用常規生物處理方法，如A/O法、生物接觸氧化法等。生物接觸氧化法具有可持留難降解有機物降解菌的特點，對難降解有機物的處理效果較好。
2、染料化工廢水處理工藝流程
染料化工廢水的來源
染料工業包括染料、紡織染整助劑和中間體生產。主要染料種類有分散染料、還原染料、直接染料、活性染料以及陽離子染料等14類，有500多個品種。
染料一般是通過氯化、耦合、乙基化、硝化、縮合、氧化還原、重氮化等化學反應合成，再經分離精制而得到產品。染料廢水主要來源有以下幾個方面：
（1）廢母液 染料生產廢水主要來自染料生產合成過程中產生的廢母液。往往含有較多的污染物、毒性大、不易生物降解，因而對水體污染影響很大。
（2）洗滌廢水 主要是產品分離、精制過程中產生的洗滌廢水。這類廢水雖然所含污染物濃度不大，但排放量大。
（3）跑冒滴漏及意外事故造成的污染水 生產操作失誤或設備泄漏會使原料、中間產物或產品外溢而造成污染。這就要求在廢水治理的統籌考慮中應用事故應急措施。
（4）清洗廢水 主要是生產設備及車間地面的沖洗廢水，這部分廢水中含有原料、產品及中間產物和副產物等。生產區的地面撒落的原料、中間產物、成品等在地面清洗過程中進入廢水系統。地面沖洗水水量往往較大，污染程度相對較輕。
染料化工廢水的特點
染料生產基本原料為苯系、萘系、蒽醌系及苯胺、硝基苯、酚類等有毒物，品種多、批量小、工藝復雜、產品收率低、廢水排放量大。據估算，在染料生產中約有60%的無機原料和10～30%的有機原料轉移到廢水中。染料廢水中含有大量的鹵代物、硝基物、氨基物、苯胺及酚類等有毒物質，有些物質又是難于生物降解的；廢水顏色深，色度達到數千倍甚至數萬倍；還含有氯化物、硫化物、硫酸鈉等無機鹽類。因此，染料化工廢水一直是廢水處理中的難題。
染料化工廢水的主要特點如下：
（1）染料生產品種繁多，工藝復雜，多為間歇操作，廢水酸堿性強，水質水量變化范圍大。
（2）廢水排放量大，一般每噸產品排出廢水5～15t。
（3）廢水組成復雜，有機污染物濃度高，COD一般在3000～10000mg/L，顏色深，有些物質難于生物降解。
（4）含鹽量高，有生物抑制性。
染料化工廢水的處理工藝流程
染料化工廢水COD較高、可生化性較差，在一般情況下，對這類廢水多采用物理化學處理結合生物處理的處理工藝。處理達標排放的通用處理方法和處理工藝流程如圖2所示，具體采用時應結合實際情況相應調整。
圖2 染料化工廢水的處理工藝流程
（1）預處理 預處理的目的是去除廢水中的大顆粒雜物，調節水質水量，保證后續處理工序可連續穩定地運行。預處理主要采用格柵、調節池等處理設備和構筑物。
（2）物化處理 一般染料化工廢水有機污染物濃度較高，毒性較大，不易生物降解，不宜直接采用生物處理法，應先通過物理化學方法去除廢水中的部分污染物，如懸浮物、難生物降解有機物、有毒有害物質等，以減輕后續生物處理系統負荷，保證廢水處理系統穩定運行。針對染料化工廢水的特點，物化處理方法可采用混凝沉淀、混凝氣浮等工藝。
（3）生物處理 廢水經物理化學處理后，各污染物濃度已大幅降低，但一般情況下，還不能達標排放，因此需要進一步采用生物處理法進行處理。鑒于染料化工廢水中含有一些難生物降解的有機物，為了提高生物處理系統的處理效果，宜先采用水解酸化，利用水解菌將不溶性的有機物水解為溶解性物質，同時在產酸菌的協同作用下將大分子和難生物降解的物質轉化為易于降解的小分子物質，去除部分COD，提高BOD5/COD。
經水解酸化處理后的廢水可采用常規生物處理方法，如A/O法、生物接觸氧化法等。生物接觸氧化法具有可持留難降解有機物降解菌的特點，對難降解有機物的處理效果較好。
3、農藥化工廢水處理工藝流程
農藥化工廢水的來源
我國是農藥生產大國，農藥生產企業近2000家，農藥年產量居世界前列。我國農藥結構中高種比例較多，其中殺蟲劑占70%，而殺蟲劑中有機磷酸酯占70%，有機磷酸酯中高種占70%，正是這處不合理的結構增加了廢水污染治理的難度。
有機磷農藥生產工藝一般是將人工原料經一步或兩步合成反應，再經分離精制，水洗去除反應副產物而制成成品。農藥生產廢水主要包括農藥合成生產排放廢水、產品精制洗滌水、車間和設備洗滌水、冷卻水等。農藥產品的廢水排放量一般為每噸產生廢水3～24t，COD為5000～80000mg/L，組成復雜，毒性大。
農藥化工廢水的特點
（1）有機物濃度高 綜合農藥廢水在處理前COD通常在每升幾千毫克到每升幾萬毫克，而農藥生產過程中合成廢水的COD高達每升幾萬毫克，有時甚至高達每升幾十萬毫克以上。
（2）污染物成分十分復雜 農藥生產涉及很多有機化學反應，廢水中不僅含有原料成分，而且含有很多副產物、中間產物等。
（3）毒性大，生物降解難 農藥廢水大多含有農藥和中間體，此外還含在苯環類、酚、砷、汞等有毒物質，抑制微生物生長。例如在毒死蜱生產廢水中含有三氯吡啶醇、二乙胺基嘧啶醇等，均為難生物降解化合物。
（4）有惡臭及刺激性氣味 農藥廢水對人的呼吸道和黏膜有刺激性，嚴重時可產生中毒癥狀，危害身體健康。
（5）pH變化大，無機鹽含量高 由于農藥生產過程中需要添加各種酸、堿和無機鹽，因此廢水中含鹽量高，且pH變化大。
（6）水質水量不穩定 由于生產工藝不穩定、操作管理不到位等問題，造成排放的廢水水質、水量不穩定，給廢水處理帶來一定的難度。
農藥化工廢水的處理工藝流程
農藥化工廢水有機物濃度較高、毒性大，難生物降解、pH變化大、無機鹽含量高、有惡臭及刺激性氣味。對這類廢水多采用分質分段處理方法，對高濃度有毒有害生產廢水*行預處理，再與其他低濃度廢水（廠區生活污水、冷卻水等）混合進行生物處理后達標排放，處理工藝流程如圖3所示。
圖3 農藥化工廢水的處理工藝流程
（1）預處理 農藥廢水水質水量變化很大，為了保證后后續處理工序可連續穩定地運行。需要采用必要的預處理手段，采用格柵、調節池等去除廢水中的大顆粒雜物，調節水質水量。
（2）高濃度生農藥廢水物化處理 農藥生產廢水有機物濃度高、毒性大，難生物降解，為了降低COD，去除有毒物質活性基團，提高廢水可生化性，需進行物化處理，針對農藥廢水，物化處理方法主要有混凝沉淀、氣浮、鐵碳微電解、高效Fenton等，有必要時，可選擇幾種預處理方法聯用，以達到更好的處理效果。
a、混凝沉淀或氣浮 農藥廢水中含有大量油脂、有機溶劑及膠體物質，混凝沉淀可去除大部分膠體物質，混凝氣浮可有效去除廢水中的油脂、有機溶劑，既降低COD，又可回收有機溶劑。
b、鐵碳微電解 鐵碳微電解是如絮凝、吸附、架橋、共沉、電沉積、電化學還原等多種作用綜合效應的結果，能在效地去除污染物，提高廢水可生化性。鐵碳微電解是基于電化學中的電池反應，當將鐵和炭浸入電解質溶液中時，由于Fe和C之間存在1.2V的電極電位差，因而會形成無數的微電解系統。
微電解過程中產生的大量的Fe2+和原子H具有高化學活性，能改變廢水中許多有機物的結構和特性，使有機物發生斷鏈、開環。微電解電極周圍的電場效應也能使溶液中的帶電離子和膠體富集并沉積在電級上而除去。另外，反應中的Fe2+、Fe3+及其水合物具有強烈的吸附絮凝活性，能進一步提高處理效果。
c、高效Fenton 高效Fenton氧化法，主要原理是外加的H2O2氧化劑與Fe2+催化劑，即Fenton試劉，在適當的pH下（2.5～3.5）反應產生羥基自由基等。羥基自由基具有較高的氧化電位，因而可與廢水中的有機物發生反應，使其分解。
高效Fenton和鐵碳微電解都屬于高級氧化法，具有強氧化性，能破壞有機物的結構和活性，對改善后續生物處理條件，確保生物處理效果起到關鍵性的作用。
（3）生物處理 高濃度農藥廢水經物化處理后，COD大幅降低，可生化性提高，適宜進行生物處理。生物處理方法宜采用先水解酸化，后常規生物處理的方法。常規生物處理方法根據不同的廢水性質和處理要求選用A/O、 A2/O、生物接觸氧化、SBR等。
（4）除臭系統 由于農藥廢水有刺激氣味且毒性較大，工程中應考慮設置臭氣收集及處理裝置，臭氣處理可采用化學吸收、生物處理、焚燒等方法。
農藥化工廢水設計參數
（1）調節池 宜分別設置高濃度廢水調節池和低濃度廢水調節池。高濃度廢水調節池水力停留時間應根據生產情況及排水情況選定，如無數據，宜為12～24h。低濃度廢水調節池水力停留時間宜為8～24h。
（2）鐵碳微電解反應池 鐵碳微電解反應池能有效地去除污染物，提高廢水的可生化性，反應時間宜為2～4h。反應池內需定時抽加鐵炭粉或鐵碳填料，鐵碳比（體積比）宜為1：1，投加量應根據處理廢水水質而定。
（3）高效Fenton 高效Fenton具有強氧化性，能破壞有機物的結構和活性，提高廢水的可生化性，反應時間宜為30min，pH宜控制在3.0～4.0。反應池內需投加Fe2+和H2O2，投加量應根據廢水水質及處理程度而定，一般可按COD：H2O2：Fe2+＝1：（1.5～2.0）:（0.5～1.0）（質量比）估算。
（4）水解酸化池 在缺氧條件下，利用水解菌群的生化作用，進行水解、酸化反應，將不溶性的有機物水解為溶解性物質，并將難降解的大分子物質轉化為易降解的小分子物質。水解池內部掛有接觸填料，水力停留時間宜為10～24h。
（5）好氧池 宜采用活性污染曝氣池、生物接觸氧化池或SBR等。由于農藥化工廢水屬于難生物降解有機廢水，所以采用好氧生物處理時一般采用較長水力停留時間和較低的污泥負荷（Ns）。采用活性污泥曝氣池時，一般Ns為0.2～0.3kgCOD/(kgMLSS.d).采用生物接觸氧化池時，填料容積負荷為0.5kgCOD/(m3.d)左右，有效接觸時間為24～48h，具體應根據實際水質而定。
