環保水處理類反滲透濃鹽水處理研究

伊超 趙焰

[摘 要]現代節能減排要求之下，采用化學法和膜法相結合的海反滲透技術可以有效發揮其技術優勢，符合鹽水處理過程中的相關要求。在實際的環保水處理工作當中，也應該遵循工藝流程采取預處理、設計和運行等各項工作，讓反滲透技術的特點得到發揮，濃鹽水的COD值也可以被控制在合理的范圍之內，滿足達標排放的要求（通常情況下排放標準為COD值<50）。

[關鍵詞]環保稅處理;反滲透;濃鹽水處理

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2021.24.071

1 反滲透技術的原理與技術應用

1.1 技術原理

滲透本身是一種非常常見的物理現象，早在18世紀就已經有了有關滲透方面的研究內容，當時的法國科學家Nollet首次發現豬的膀胱內水分可以擴散到豬膀胱之外的酒精溶液當中。這說明滲透過程需要通過半透膜以及兩種不同溶液的相互作用，在不受到外界作用力的前提下讓一種溶液或另一種溶劑通過選擇性半透膜進入另一種溶液當中的過程。這種自然影響下的推動力本身依據的是兩種溶液當中的壓力差——滲透壓。滲透壓和施加壓相同時，溶液當中的溶劑便不會發生移動，整個滲透過程也會處于一種相對平衡的狀態。反之，當假壓力高于自然滲透壓時，滲透的方向就會出現轉變，某一種溶液就會朝著另一種溶液而移動。

在現代技術的支持下，反滲透技術的原理已經被證實，用于制作反滲透膜的材料主要包括兩種：一種是醋酸纖維素，或是在此基礎上發展而來的三醋酸纖維素，此類材料的來源比較簡單，成本較低，不過在高溫、強酸強堿環境下會有水解的可能性;另一種材料則是芳香族聚酰胺，以復合形態表現，此類材料的物化特點比較穩定，對于強堿和高溫的抗性良好，不過抗酸性能比較差。因此在后續的研究當中還有針對強化耐熱性能或是耐酸性能開發的其他材料類型等。

1.2 技術應用

20世紀60年代后期，研究者們開始針對環保水處理或是海水淡化工作進行分析，且反滲透技術在現代社會已經成了一種經濟性方法。[1]反滲透的整個過程不涉及復雜的工藝流程，操作難度比較低，且反應溫度比較溫和，不會發生相變情況，能耗也處于比較低的水平。因此反滲透技術的此類特點也讓其應用在了后續的超純水制備環節，并且讓水質保持穩定，節約了酸堿消耗的同時對成本進行了節約。在城市廢水、污水處理方面反滲透技術的優勢同樣比較顯著。

但需要注意的是，反滲透技術考慮到滲透壓和膜性能的不同影響，對于一些組成成分比較復雜的水質，在技術要求標準上比較高。例如當水中含有大量的無機鹽、氧化劑等。此時為了確保整個反滲透過程可以正常進行，減少對于反滲透膜的無端損害，會對進水水質進行預處理，包括增加絮凝劑之后對于懸浮固體的過濾、使用活性炭對有機物的吸附、使用酸性物質將水中的碳酸根去除等。

2 反滲透濃鹽水的處理工藝

2.1 高級氧化工藝

高級氧化工藝的特點在于可以有效處理一些難于處理的有機污染物或是高濃度、高毒性的廢水，在改善水質和可生化性方面效果突出，二次污染程度較低，在近年來的水處理技術當中扮演著非常重要的角色。它使用紫外光、可見光與催化劑在水處理的環節當中產生不同類型的活性自由基，再通過自由基鏈反應將一些有機大分子物質分解成為小分子物質，將其逐漸氧化成為二氧化碳和水。整個反應環節當中羥基自由基的作用顯著，氧化還原電位越高，說明氧化性能越為突出。

該技術方法得到廣泛應用的原因在于可以產生無選擇性的自由基直接或間接起到氧化功能來降低污水的COD值。另外整個反應過程非常高效，可以在短時間內就達到處理目標，氧化過程完全氧化的產物是二氧化碳和水，不會對環境產生嚴重影響，可以將該技術作為水深度處理技術。不同的氧化技術可以單獨使用，也可以交叉使用。例如臭氧氧化法，速度快且適用范圍較廣，不會產生二次污染情況，整個有機物的氧化過程表現在直接氧化產生的臭氧分子反應、有機物氧化等。臭氧分子可以被作為偶極試劑并產生加成反應，整個實驗過程會在酸性的環境下進行。在濃鹽水處理環節，一些反應速率常數較大的有機物氧化反應會最先進行，一些反應速率常數比較低的有機物在經過臭氧氧化之后轉換為小分子有機物，其水質的可生化性能得到大幅改善。但考慮到臭氧的使用成本終究比較高，在水中的溶解度并不突出，容易出現分解，如何加強此類材料的應用問題顯然成了后續研究的重點。但總體來說高級氧化工藝得到了廣大研究者的重視，特別是催化氧化環節使用的催化劑一直就是研究重點。相比于單調的臭氧氧化方法，臭氧催化氧化工藝對于污染物氧化效率的提升效果更佳。

而電化學氧化法在通電之后陰陽電極產生的高電位性和催化性能在電解過程中會將有機物轉變成為更加利于生物降解的小分子有機物。直接電化學氧化過程也可以一些難以降解的有機物在電極表面直接產生的氧化還原反應，反應環節的電勢可以將有機物在陽極進行氧化后再生成最終的產物二氧化碳和水。在濃鹽水的處理過程當中電化學氧化法不需要增加額外的化學藥劑，且電源電流、電壓調節難度比較小，電解環節當中也不會受到大量有害物質的干擾，二次污染情況控制穩定。雖然電極在電解過程中也會面臨被氧化的情況，成本與能耗可能會增加，但整體來看它作為一種高級氧化工藝，技術優勢非常明顯。[2]

2.2 物理與化學處理方法

物理與化學處理方法包括吸附法、沉淀法兩種類型。其中吸附法的原理相對來說比較簡單，是直接利用多空結構的固體吸附劑來將其中的有機物全部吸附以達到去除的作用，同時該方法可以有效將水中的溶解物質進行處理，讓廢水當中一些難以氧化的部分（雜環化合物）等可以去除。

相比而言，混凝沉淀法可以將膠體和較大的顆粒物去除，且反滲透濃鹽水當中的物質包括生化殘留微生物、溶解性一般的還原性膠體類物質或是溶解性較好的難生化降解物質。其中的不溶性物質可以直接通過混凝沉淀的方式去除，且膠體表面有電荷存在，外層被水分子包裹之后可以讓膠體之間無法相互接觸，在水溶液當中保持比較穩定的狀態。如果在廢水或是濃鹽水當中加入混凝劑，那么一些細小的膠體顆粒通過相互接觸的方式就可以變成一個比較大的顆粒然后沉淀，起到凈化效果。常用的混凝劑類型包括無機混凝劑（硫酸鋁、硫酸鐵）和有機混凝劑（水溶性苯胺樹脂、聚丙烯酰胺）。如果單獨使用某一種混凝劑效果不明顯也會采取聯用方法，具體根據工作要求而決定。