反滲透濃水處理技術(shù)研究探討

趙青云

（上海電氣集團(tuán)國控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

雙膜工藝作為廢水深度處理技術(shù)近年來被廣泛地應(yīng)用于化工行業(yè)，雙膜工藝過程會(huì)產(chǎn)生一定量的反滲透濃水。眾所周知，難降解有機(jī)物濃度高、含鹽量大、硬度高是化工行業(yè)反滲透濃水的主要特征。長期以來，很多企業(yè)針對(duì)反滲透濃水的處置方法是，反滲透濃水經(jīng)過多種工藝處理后直接排放。隨著國家環(huán)保政策越發(fā)嚴(yán)格，而反滲透濃水中易被微生物降解的污染物含量低，使得濃水達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)尤為困難。若這些廢水未能達(dá)標(biāo)排放，會(huì)對(duì)周圍人類及生態(tài)環(huán)境安全造成很大程度的威脅[1]。

隨著化工行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，反滲透濃水的處理回用成為化工行業(yè)堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展有待解決的重要問題。

1 物化法

1.1 混凝沉淀法

混凝沉淀法是向反滲透濃水中加入一定量的混凝劑，使反滲透濃水中懸浮物和溶解性有機(jī)物凝聚后發(fā)生沉淀，從而實(shí)現(xiàn)污染物去除的目的。

由于混凝過程受很多因素的影響，如pH、堿度、混凝劑用量、混合條件以及離子強(qiáng)度等，迄今為止，混凝機(jī)理尚不是很明確?；炷^程對(duì)低分子有機(jī)物呈現(xiàn)出較低的去除效率，而濃水中所含大多數(shù)有機(jī)化合物特點(diǎn)是分子量低卻難生物降解性。另外，大量混凝劑的投加產(chǎn)生的污泥量大，且由于鹽的引入增加了廢水的鹽度，這些都導(dǎo)致污水和污泥的后續(xù)處理較為復(fù)雜。

1.2 活性炭吸附法

活性炭是一種有著特殊微孔構(gòu)造的吸附劑，其比表面積大，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)反滲透濃水中部分有機(jī)物吸附去除的作用。且活性炭吸附法有著反應(yīng)速率快、安全穩(wěn)定、吸附效果好、成本低等特點(diǎn)，在水處理中得到非常廣泛的應(yīng)用[2]。

然而，活性炭吸附飽和后，如何再生的問題限制了活性炭的充分應(yīng)用?；钚蕴课椒ㄍǔＥc其他技術(shù)組合，應(yīng)用于預(yù)處理和深度處理中。

2 高級(jí)氧化工藝

高級(jí)氧化工藝是指通過強(qiáng)氧化劑對(duì)難降解性和復(fù)雜性污染物實(shí)現(xiàn)較好的去除效果。高級(jí)氧化工藝能產(chǎn)生大量的反應(yīng)自由基，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的氧化劑去除效率，基本能夠降解各種難生物降解的有機(jī)化合物。常見的幾種高級(jí)氧化處理工藝包括：芬頓法、電化學(xué)氧化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)以及臭氧氧化技術(shù)等。

王曉[3]針對(duì)420 m3/d 煉油廠反滲透濃水進(jìn)行處理，反滲透濃水COD 從100 mg/L 下降至50 mg/L，去除率達(dá)到50%。張聰[4]等通過采用傳統(tǒng)電極（Ti/SnO2-Sb2O3/α，β-PbO2）和新型制備電極（Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb）對(duì)反滲透濃水處理效果進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種電極對(duì)濃水中難降解有機(jī)物都有較好的去除能力。且濃水中存在的部分氯離子，會(huì)通過電極反應(yīng)產(chǎn)生活性氯物質(zhì)，使電極去除COD 的能力得到有效提高。龔小芝[5]等通過采用催化臭氧氧化法對(duì)石化反滲透濃水進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)確定了最佳催化劑，且向系統(tǒng)中投加15～30 mg/L 臭氧，反應(yīng)30 min后，濃水COD＜60 mg/L。

3 生化法

生化法是常規(guī)的活性污泥法，用于除去可生物降解的有機(jī)物。然而濃水中大部分有機(jī)化合物都是難生物降解的。因此，根據(jù)需要在生化法之前增加一些高級(jí)氧化工藝，將濃水中難降解有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成小分子且容易被微生物降解和礦化的物質(zhì)。

生化法中，濃水含鹽濃度對(duì)有機(jī)污染物的去除效果有很重要的影響。當(dāng)鹽質(zhì)量濃度大于35 g/L 時(shí)，對(duì)污泥活性產(chǎn)生的抑制作用較強(qiáng)。將系統(tǒng)中鹽質(zhì)量濃度進(jìn)一步提高到60 g/L，污泥活性趨于坍塌，污泥絮體破碎分散，COD 去除效率僅達(dá)到45%[6]。這種現(xiàn)象歸因于濃水中含鹽量高會(huì)對(duì)微生物中脫氫酶產(chǎn)生抑制作用，無機(jī)鹽含量高，溶液滲透壓和密度高，降低了生物細(xì)胞的活性，且會(huì)造成活性污泥的流失。

為突破這些限制，一些研究者針對(duì)濃水處理進(jìn)一步發(fā)展了生化法，如馴化和培養(yǎng)嗜鹽微生物、深化膜生物反應(yīng)器的研究，以提高濃水處理效果[7]。然而，這種技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)，如微生物在含鹽濃度高的體系中，容易分泌形成大量的胞外聚合物，胞外聚合物引起膜污染；膜維護(hù)成本高。

4 蒸發(fā)結(jié)晶法

濃水中分離出的鹽類物質(zhì)主要是氯化鈉和硫酸鈉，若這些鹽類物質(zhì)能被回收利用，濃水處置對(duì)環(huán)境的影響將大大降低，廢水回收利用也將實(shí)現(xiàn)最大化。

濃水中鹽的回收主要通過蒸發(fā)結(jié)晶法實(shí)現(xiàn)。首先將反滲透濃水進(jìn)行預(yù)熱，然后進(jìn)入三效蒸發(fā)器中的第一效。經(jīng)逐級(jí)濃縮后產(chǎn)生的結(jié)晶鹽漿進(jìn)入離心機(jī)，產(chǎn)生的結(jié)晶達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后打包儲(chǔ)存或外運(yùn)。系統(tǒng)產(chǎn)生的全部冷凝水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后回用，整體工藝實(shí)現(xiàn)了廢水零排放的目的。然而，由于反滲透濃水中含有大量的難降解有機(jī)物，導(dǎo)致蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)出的鹽品質(zhì)降低，故工程中應(yīng)用較多的是將濃水直接進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理，得到符合標(biāo)準(zhǔn)的混鹽。

5 問題探討及展望

1）蒸發(fā)結(jié)晶是實(shí)現(xiàn)濃水處理零排放最有效的工藝，不僅使系統(tǒng)中廢水全部回用，還可從濃水中回收無機(jī)鹽。由于蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)投資費(fèi)用大、工程運(yùn)行成本高，產(chǎn)出的鹽品質(zhì)低，目前尚不能被資源化利用；且系統(tǒng)產(chǎn)出的混鹽暫不能按照一般固體廢物進(jìn)行處置，影響了該工藝在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

2）由于反滲透濃水中有機(jī)物大多是難生物降解的，現(xiàn)有的反滲透濃水處理技術(shù)成本高昂，使得很多技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，土壤水分蒸發(fā)率高能夠通過耐鹽植物實(shí)現(xiàn)，比如Saltcedar 能容納TDS 含量高達(dá)20 000 mg/L[8]。另外，Wang[9]等利用硅藻同時(shí)去除反滲透濃水中的氮、磷并降低硬度的研究中表明，硅藻對(duì)反滲透濃水中的有機(jī)物表現(xiàn)出很強(qiáng)的去除能力，同時(shí)能減少硅酸鹽的濃度，降低膜污染。因此，海洋或鹽生植物物種可以成為反滲透濃水處理系統(tǒng)的一部分，在成本較低的情況下去除污染物。

綜上所述，人工濕地能夠以相對(duì)較低的成本同時(shí)處理有機(jī)污染物物質(zhì)、金屬和微量有機(jī)污染物[10]。雖然處理系統(tǒng)構(gòu)建需要很長時(shí)間，且缺乏附帶效益。但是作為污水處理回用技術(shù)中利用自然為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，人工濕地在某種程度上能夠使反滲透濃水實(shí)現(xiàn)近零排放。針對(duì)人工濕地處理反滲透濃水，了解人工濕地潛在的機(jī)制、優(yōu)化濕地設(shè)計(jì)參數(shù)，例如，如何減少人工濕地系統(tǒng)處理所需的土地面積，提高人工濕地系統(tǒng)的可靠性等，還需要進(jìn)一步的研究。