反滲透濃水處理工藝和設備比選

于瑩

【摘 要】目前，煉化企業的污水處理場均處于“大馬拉小車”運行狀態。所研究企業之所以達到總排出水COD在50mg/L以下的優異水質，主要得益于其生化過程超長的停留時間（即較低的有機負荷）。在此條件下，對COD的進一步去除，可選擇的工藝技術主要有以下三種：物理吸附、強氧化劑化學氧化和目前正處于研究階段的電解降解技術。

【Abstract】At present， the sewage treatment field of refinery enterprises are in the "big horse car" running state. The total COD content under 50mg/L of excellent discharged water in research enterprise ，mainly due to the long retention time （lower organic loading）. Under these conditions， there are three main technologies for the further removal of COD physical adsorption， chemical oxidation of strong oxidant and electrolytic degradation technology which is in the research stage.

【關鍵詞】反滲透；濃水；活性炭

【Keywords】reverse osmosis； concentrated water； activated carbon

【中圖分類號】X703.3 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0152-02

1 反滲透濃水處理技術現狀

物理吸附工藝是通過吸附載體將水中的污染物吸附截留，與水分離的工藝。常見的吸附載體有活性炭、活性炭纖維、沸石等。活性炭吸附和活性炭纖維對于污水中的COD物質（特別是溶解態COD）具有較好的去除效率，但此類工藝最大的障礙是脫附再生較困難，且對COD的處理也只是從水中分離，并不能達到真正降解去除的目的，因此脫附過程和脫附后的產品可能發生二次污染。

完全采用強氧化劑氧化處理的技術，目前在實驗室的效果是毋庸置疑的，但之所以未見工業化規模的應用案例，其瓶頸因素就是運行成本非常昂貴，作為企業無法承擔。即使目前部分企業嘗試應用的臭氧活性炭技術，也因臭氧發生器的運行問題和臭氧生物活性炭聯用技術其效果并不理想，未得到普遍的認可和應用。

而電解技術，目前還停留在試驗開發階段，就其核心部件開發及工業化整機試制，尚需時日。[1]

綜上所述，為有效解決煉化企業污水場總排COD總量減排問題，并綜合考慮投資效益及節能節水的現實需求，遵循“將污水污染物濃縮后對小流量高濃度水質集中處理、兼顧廠內用水需求將處理后優質污水進行分質回用”的設計思路，才是解決問題的最佳途徑。

2 工藝和設備設施比選

本文分別對以下三種處理工藝和設備設施進行比選和論證，以解決反滲透濃水的達標排放問題。

2.1 再生活性炭（ACG）吸附

本研究在前期進行了兩次中試試驗，試驗中采用的濃水處理工藝是再生活性炭吸附。從中試試驗結果來看，經再生后的粒狀果殼活性炭對濃水中的COD吸附效果是很明顯的，初期產水COD含量可穩定在20～30mg/L，吸附速率較快，停留時間只需60min左右，吸附容量達到131.8mgCOD/g。

經兩次的中試試驗研究，所篩選的各工藝單元技術針對性強、效果可靠，通過了中試過程的嚴格檢驗。不僅考慮了單元技術的針對性、可靠性，同時還綜合考慮了投資及運行成本的經濟性、工程實施用地的可行性，因此，采用物化組合工藝流程處理該污水實現回用是經濟可行的。但是，受活性炭吸附過程最低停留時間、濾速及濃度梯度條件的限制，采用的活性炭吸附系統異常龐大，基建投資、占地面積、運行方面的費用均較高。年耗活性炭約408t，且廠內無法自行再生，需要運到相關生產廠家進行再生后更換。

2.2 活性炭纖維（ACF）吸附

活性炭纖維（ACF），亦稱纖維狀活性炭，是性能優于活性炭的高效活性吸附材料和環保工程材料。其超過50%的碳原子位于內外表面，構筑成獨特的吸附結構，被稱為表面性固體?；钚蕴坷w維是由纖維狀前驅體，經一定的程序炭化活化而成。較發達的比表面積和較窄的孔徑分布使得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量，且由于它可方便地加工為氈、布、紙等不同的形狀，并具有耐酸堿耐腐蝕特性。目前已在環境保護、催化、醫藥、軍工等領域得到廣泛應用。

活性炭纖維是一種典型的微孔炭，直徑為10～30μm?？紫吨苯娱_口于纖維表面，超微粒子以各種方式結合在一起，形成豐富的納米空間，具有較大的比表面積。其含有的許多不規則結構——雜環結構或含有表面官能團的微結構，具有極大的表面能，提供了一個吸附態分子物理和化學變化的高壓體系。使得吸附質到達吸附位的擴散路徑比活性炭短、驅動力大且孔徑分布集中，這是造成ACF比活性炭比表面積大、吸脫附速率快、吸附效率高的主要原因。其典型工藝流程如下：

2.3 工藝技術特點

表面大量的不飽和碳構筑成了獨特的吸附結構，是一種典型的微孔炭。含有的許多不規則結構（雜環結構）或含有表面官能團的微結構，具有較大的表面積，豐富的微孔結構，其微孔體積可達90%左右，微孔孔徑為1～4nm。在吸附過程中由于吸附介質分子與微孔表面分子間的作用力不同而產生交換吸附、物理吸附和化學吸附等不同吸附作用，因此具有對各類有機物組分COD的去除能力。產水COD含量可降至50～60mg/L以下，去除率可達60%～80%。脫吸只需180℃的過熱蒸汽吹脫即可。

2.4 快速降解酶（BU-F-A）+樹皮吸附（BU-F-O）

快速降解酶（BU-F-A）+樹皮吸附（BU-F-O）系統采用附加裝置+反應器的形式，即可作為傳統水處理方法的補充，也可作為更具經濟效益的替代方法。系統包括快速降解酶、吸油樹皮和吸金屬樹皮三種處理手段對不同的水體環境進行針對性地組合，以達到最佳處理效果。

2.4.1 BU-F-A快速降解酶介紹

BU-F-A為純天然濃縮菌群的產物，主要用于降解有機物。在儲存狀態下產品呈粉狀，既可直接投放使用，也可在首次使用前經過6～24h激活后使用。激活可使用多種水源，如海水，鹽水，糖水；若待處理水源毒性較小也可直接使用。激活率為95%，未激活部分不含任何有毒有害物質，更可提供營養物質給已激活部分。

2.4.2 BU-F-O吸油樹皮介紹

BU-F-O是一種特選北歐松木樹皮，材質表面有眾多微小孔隙，接觸面積大，吸附量大，并經由特殊化學處理方式形成外包薄膜，對各種油類吸附迅速，使其容易從生產用水、廢水等各類水體中清除。

2.4.3 BU-F-M吸金屬樹皮介紹

BU-F-M與BU-F-O一樣同選于北歐松木樹皮，并經由特殊化學處理方式形成外包薄膜，能針對性吸收各類重金屬。見效快，不會對水體造成二次污染。同時可通過技術手段回收所吸附金屬。金屬的吸附率最高達99.4%，可吸附的金屬包括：銀、鋁、砷、金、鎘、鈷、鉻、銅、鐵、汞、鎳、鉬、錳、銻、鉛、鉑、鈦、鈾、釩、鋅等。

3 三種工藝和設備的比較

4 結語

根據上述比較，成熟的活性炭吸附工藝作為反滲透濃水處理工藝比較成熟，但為了降低勞動量、投資和運行成本，采用了以下實施方案：①活性炭吸附裝置采用鋼制壓力容器，固定床結構，壓力運行。介質為反滲透濃水，水中懸浮物含量很低，固不設置專門的反沖洗系統。②活性炭系統采用兩系列并聯，并在每個系列中，相鄰兩臺串聯運行的方式，具體方式為：第一臺和第二臺串聯運行，第二臺出水排放；當第一臺完全失效后，停掉第一臺，啟動第三臺與第二臺串聯運行，余下依次切換，充分提高活性炭的利用率，更換周期可達到半年以上。③盡可能利用輕污染廢水進行勾兌，減少需要處理的COD量，降低活性炭耗量。④活性炭的再生是非常復雜的過程，因此在廠內不宜設專門的再生裝置?？捎苫钚蕴繌S家協作再生的運行方式，這樣費用上可比購買新炭要低很多，同時解決了廠內無法自行再生的問題。

通過上述方案可有效解決活性炭系統再生困難、耗量高和運行費用高的問題。