第1章废水污染全过程控制概述
1.1废水污染全过程控制的内涵
废水污染全过程控制是在废水产生、混合、输送、处理、回用或排放的整个过程中，综合采用源头减量、过程资源化减排和末端处理等措施，实现废水污染物经济高效减排（周岳溪等，2011）。废水污染全过程控制是与末端处理相对的一种污染控制模式，包含园区和装置两个层面（图1-1）。
园区层面的废水污染全过程控制，以排放废水的生产装置为源头，以废水混合、预处理等为过程，以综合污水处理厂为末端。该层面以园区废水污染控制系统整体优化为主要目标，根据废水组成、特性及产排特征，识别园区废水污染控制关键生产装置及污染物；按照废水分质治理的理念，根据各类减排措施的技术经济性能，针对不同水质废水采取不同的污染物减排策略。在此基础上，统筹协调并充分发挥企业装置源头减量、过程资源化减排和综合污水处理厂末端处理等各环节的减排能力，从而提高污染控制效率，降低污染控制成本。
装置层面的废水污染全过程控制，以装置生产过程为源头，以资源化回收、废水混合为过程，以废水处理为末端。该层面以实现装置废水污染物经济高效减排为主要目标，通过工艺改进、原辅材料替代、设备及工艺运行优化等源头减量措施减少生产过程中的污染物产生量；通过废水有用物料回用或循环利用、高浓度有机废水能源回收、高毒性废水脱毒等废水过程资源化减排措施减少装置的污染物排放量；通过不同节点废水的分质处理提高污染控制的技术经济性能；通过对源头减量、过程资源化减排和末端处理环节的整体优化，降低整个装置的污染控制成本。
1.2废水污染全过程控制与传统末端处理的区别和联系
废水污染全过程控制的本质在于针对污染产生和减排的各个环节，在满足排放标准和回用水水质标准的前提下，从成本*小化、效益*大化的角度出发，寻求整体*优方案。而传统末端处理模式着眼于末端污水处理厂本身的优化，只能寻求局部*优方案。
但需要指出的是，生产工艺优化和过程资源化减排往往不能使废水完全减排，必须进一步处理才能实现废水的达标排放与回用，因此，末端处理往往是污染全过程控制不可或缺的组成部分。废水污染全过程控制与传统末端处理的对比如表1-1所示。
1.3废水污染全过程控制的实施驱动力
废水污染控制目标提高和末端处理成本增加是实施废水污染全过程控制的根本驱动力。近年来，随着一系列行业排放标准的颁布、实施以及废水再生利用需求的增加，废水治理目标日益提高；随着控制污染物排放许可制（简称排污许可制）的实施和《中华人民共和国水污染防治法》的修订，企业治污主体责任更加明确，对企业违法排污的惩罚力度加大。为保证排水稳定达标，企业增加了环保投入，废水污染得到有效控制，但由于仍以末端处理为主，污染控制成本较高。此外，随着工业企业退城进园，工业集聚区逐渐成为我国工业企业的主要布局位置。根据《中国开发区审核公告目录》（2018年版），国务院批准设立的开发区达552家，省级政府批准设立的开发区达1991家。由于园区综合污水处理厂进水组成更加复杂，稳定达标难度更大，废水污染全过程控制已成为新时期提高我国废水污染防治水平的客观要求。
1.3.1企业治污压力增大
一方面，工业行业排放标准近年来不断提高。以石化行业为例，2015年，《石油炼制工业污染物排放标准》（GB31570—2015）、《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571—2015）、《合成树脂工业污染物排放标准》（GB31572—2015）等专门针对石化行业的废水排放标准颁布、实施。首先，排放标准限值较原来执行的《污水综合排放标准》（GB8978—1996）更加严格。例如，许多企业执行《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级排放标准，即化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）120mg/L、石油类10mg/L；新标准要求达到COD60mg/L、石油类5mg/L，而“在国土开发密度已经较高、环境承载能力开始减弱，或水环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重水环境污染问题而需要采取特别保护措施的地区，应严格控制企业的污染排放行为”，排放标准执行COD50mg/L、石油类3mg/L的特别排放限值。其次，新标准还提出了需要控制的废水中特征污染物的种类及排放浓度限值，要求对含有铅、铬、砷、镍、汞和镉的废水在车间或生产设施进行预处理；给出了生产单位产量合成树脂以及加工单位原油的基准排水量，实际排水量超过基准排水量或超过生产设施环保验收确定的水量时需将实测水污染物浓度换算为基准排水量排放浓度，再与排放限值比较判定是否达标。要求废水混合处理时，需执行排放标准中*严格的排放限值。基准排水量也有显著下降。例如，《污水综合排放标准》（GB8978—1996）中炼油废水基准排放量为1.0～2.5m3/t原油，而新标准为0.4～0.5m3/t原油，这将在很大程度上强制企业进行节水和废水循环利用。
另一方面，2016年我国发布了《控制污染物排放许可制实施方案》，标志着排污许可制正式在全国范围内实施。排污许可制逐渐成为工业企业等固定排放源生态环境管理的核心制度，是污染集中控制制度、“三同时”制度、环境影响评价制度、总量控制制度以及相关环境质量标准和排放标准的直接落脚点，同时为环境保护责任制、限期治理制度提供实施依据，为排污权使用和交易、总量考核、环境统计、信息公开、公众参与及环境保护税的征收提供依据（图1-2）。
实施排污许可制落实了企事业单位污染物排放总量控制要求，逐步实现由行政区域污染物排放总量控制向企事业单位污染物排放总量控制转变。排污许可是企事业单位生产运营期排污的法律依据，为通过环境质量标准倒逼企业排放标准提供了可能。在环境质量不达标区域，可加严许可排放量，对企事业单位实施更为严格的污染物排放总量控制，从而推动环境质量改善。因此，企业治污压力进一步增大，环境质量不达标区域的企业，治污压力更大。
2017年修订的《中华人民共和国水污染防治法》对工业污染防治也提出了明确要求，严格控制工业污染；排放水污染物，不得超过国家或者地方规定的水污染物排放标准和重点水污染物排放总量控制指标；禁止企业事业单位和其他生产经营者无排污许可证或者违反排污许可证的规定向水体排放前款规定的废水、污水；排放前款规定名录中所列有毒有害水污染物的企业事业单位和其他生产经营者，应当对排污口和周边环境进行监测，评估环境风险，排查环境安全隐患，并公开有毒有害水污染物信息，采取有效措施防范环境风险；含有毒有害水污染物的工业废水应当分类收集和处理，不得稀释排放。违法成本进一步提高，有无证排污、超标排污、偷排行为的企业由县级以上人民政府环境保护主管部门责令改正或者责令限制生产、停产整治，并处十万元以上一百万元以下的罚款；情节严重的，报经有批准权的人民政府批准，责令停业、关闭。因此，环保对企业生存具有一票否决权，直接关系企业生存发展。向污水集中处理设施排放工业废水的，应当按照国家有关规定进行预处理，达到集中处理设施处理工艺要求后方可排放，企业应当采用原材料利用效率高、污染物排放量少的清洁工艺，并加强管理，减少水污染物的产生。对企业废水污染治理的监管要求不再局限于末端达标排放，已经延伸到生产工艺和废水预处理等环节。
1.3.2园区综合污水处理厂排水稳定达标难度大
2015年发布的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）是我国水污染防治的纲领性文件。在工业水污染防治方面，“水十条”要求取缔“十小”企业，专项整治十大重点行业，集中治理工业集聚区水污染。明确要求“重大项目原则上布局在优化开发区和重点开发区”，推动污染企业退出城市建成区，“城市建成区内现有钢铁、有色金属、造纸、印染、原料药制造、化工等污染较重的企业应有序搬迁改造或依法关闭”。而工业集聚区必须建立集中式污水处理设施，并安装在线监控设备。在此政策的指引下，我国工业企业逐步向工业园区聚集，集中式污水处理厂逐渐成为工业企业的主要环境排放口。
工业园区由于产品类型多、生产规模大、废水排放节点多、水质特性差异大、污染物组成复杂，其水污染控制存在很高的复杂性和难度。目前对工业园区多套装置共存条件下废水处理系统优化的研究相对缺乏，污染物控制尚未达到*优状态，减排成本高、减排效率有限。特别是多种废水混合后，部分难降解有毒有机物被大量稀释，废水中污染物种类多、浓度低，其降解微生物难驯化、去除效率差。另外，园区部分高污染物浓度或高排放量的废水水质波动大，造成园区综合污水处理厂进水水质波动较大，易对园区综合污水处理厂的运行产生冲击，影响园区排水稳定达标。
因此，为保障园区排水稳定达标，必须保证综合污水处理厂进水水质的稳定性，削减园区各类冲击负荷。一方面，必须对园区内各节点废水污染物组成及废水生物抑制性进行系统的监测和分析，全面掌握各节点废水及污染物的排放特征，识别影响园区综合污水处理厂排水稳定达标的关键污染物、废水和生产装置；另一方面，要对园区污水处理系统进行各个环节的整体优化和局部关键环节的重点优化，发挥系统合力，确保排水稳定达标。
1.3.3废水末端处理成本高
在传统末端处理模式下，随着污染物排放标准的提高，通常需要增加建设投资对原有的废水处理设施进行升级改造，增加药剂和能量消耗，增加污染治理成本，去除单位污染物的治理成本将大幅增加。部分企业废水深度处理单元
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