工業園區供水企業反滲透濃水制備次氯酸鈉的可行性分析

◇臨渙水務股份有限公司 趙世全 夏倫武 孟浩 張林 吳書龍 程鵬

依據某工業園區凈水生產企業反滲透濃水水質特點，結合反滲透濃水再利用方式，提出反滲透濃水制備次氯酸鈉再利用途徑。提出了其制備方式、處理工藝流程選擇，并對其經濟性進行了分析。利用反滲透濃水制備次氯酸鈉可實現社會效益、經濟效益和環境效益三者的有機統一。

1 引言

反滲透膜技術具備占地面積小、不用額外投加酸堿，操作簡單等優點，廣泛地應用于海水、咸水淡化、化工產品濃縮和純水制備方面。在外力作用下，進水經過反滲透膜分離，約25%進水量濃縮成為反滲透濃水，濃水中污染物濃度約為進水的3倍[1]，含鹽量高。工業園區純凈水生產企業為園區企業提供鍋爐用水，其制水工藝產生的生產廢水水質特征明顯有別于工業廢水，其水質所含污染種類較簡單，回收再利用潛力巨大。若將工業廢水開展資源化利用，可顯著提高水資源的利用率、降低廢水的排放量，可顯著降低企業運行成本，提升企業社會責任，踐行環保形象，可實現經濟、環境和社會效益的有機統一。

2 反滲透濃水水質特點

如表1所示，對某純凈水廠的原水水質和反滲透濃水水質進行測定，經比較發現，濃水的堿度、電導率、硬度、氯離子含量增加3倍左右，與相關研究研究結論相同[1]，但有機物、pH和氨氮含量變化較小，濁度顯著降低，與源水相比較，反滲透濃水的堿度、電導率、硬度、氯離子濃度都明顯增加。

表1 源水水質和反滲透濃水水質

3 反滲透濃水再利用的方式

目前，反滲透濃水再利用方式主要有三種：①反滲透濃水回流法，此法可以提高水資源回收率，但回流率較高，易導致結垢，影響RO膜的壽命，且動力成本較高；②濃水回用作生產用水[2]，由于反滲透濃水具有一定的壓力，利用反滲透濃水懸浮物含量低可用作過濾工藝中的反沖洗水，可節約濾后水沖洗用水，但小流量濃水阻礙其持續利用；③資源化利用[3]，考慮到濃水高鹽特性，可將含鹽水加熱使之沸騰蒸發，將濃縮液結晶制鹽，但高成本阻礙其應用；或者利用高濃度的氯離子，可以考慮用于制備次氯酸鈉。

4 反滲透濃水制備次氯酸鈉的可行性分析

4.1 傳統消毒存在的問題

消毒是凈水處理工藝中重要的組成部分。液氯一直是水處理中廣泛使用的消毒劑，但隨著對易爆危險化學品運輸和儲存管控力度的日益強化，對液氯的運輸和儲存的要求增加給水廠生產管理難度，而次氯酸鈉的運輸、儲存和使用更為安全，消毒效果與氯氣相當，同時有利于降低水廠出廠水消毒副產物含量。商品次氯酸鈉是氯堿工業的副產品，屬于化學危險品，具有較強腐蝕性，在運輸和使用也受到日益嚴厲的監管，且在較高溫度和較長時間儲存時，可能發生分解反應和歧化反應，導致有效氯濃度不斷降低，歧化反應還會產生對人體有危害的氯酸鹽等副產物。通過對安全風險、運行管理、生產成本等多因素的綜合分析，確定采用現場制備次氯酸鈉作為水廠消毒劑更經濟。

4.2 反滲透濃水制備次氯酸鈉方式選擇

目前制備次氯酸鈉有化學法和電解法兩種方法，化學法主要是指用堿吸收氯堿工業產生的尾氣從而產生次氯酸鈉，為氯堿廠的副產品。電解法制備次氯酸鈉利用電作為驅動力，其強度大，效率高，反應安全且生成的產品純度高[4]。如今商業上使用的不同類型的電解池中，最常見的是用稀鹽水或海水作電解液的無隔膜電解池[5]及氯堿電解池[6]。結合水廠反滲透濃水具有高含鹽量和低有害污染物的特點，相關研究者開展了以反滲透濃水作電解液用于制氯，表明反滲透濃水作為電解原料制備次氯酸鈉具有可行性。電解RO濃水制氯有隔膜法和無隔膜法兩種方法。與隔膜電解池相較，無隔膜電解池具有能夠降低槽電壓，減少能耗，操作簡單等優點；在相同操作條件下，隔膜電解池相比于無隔膜電解池電流效率下降了8%，并且電能消耗增加[7]。一些研究表明電解時間、電流密度、電解質濃度、溫度、pH、極板結垢、極板間距等因素都會影響無隔膜電解制備次氯酸鈉的電解效率[8]。因此，在實際工程中，無隔膜電解依靠更加經濟，更加易于操作等優勢而普遍運用于工業制氯。

4.3 反滲透濃水制備次氯酸鈉的工藝選擇

依據表1中水質特點，由于反滲透排水水質特征顯示含有較高濃度的氯離子，可對其水質進行詳細分析，為減緩反滲透濃水中高濃度硬度對電極結垢的影響，優先考慮去除濃水中硬度，可以依次投加石灰乳、氯化鈣、偏鋁酸鈉和碳酸鈉，提高濃水的pH到11，通過化學藥劑處理的方式可去除廢水中90%以上的硬度、硅以及重金屬和 70%以上的硫酸根[9]；再利用過濾或澄清器對出水進行深層過濾，去除懸浮物等雜質。結合本廠實際情況，為進一步加大濃水回用效率，利用高壓泵對上述處理后濃水再次進行反滲透處理，反滲透出水回用，濃水進入弄水箱儲存，后通過軟化器再次降低濃水的硬度，同時為避免后續制備次氯酸鈉與水中有機物發生化學反應生產消毒副產物，投加活性炭吸附去除有機物，最后加入鹽酸調節pH，并投加食鹽調節氯離子濃度，當氯化鈉溶液的濃度達到 3%～4%時[9]，將其送至次氯酸鈉發生器，通過電解制備次氯酸鈉溶液。

4.4 反滲透濃水制備次氯酸鈉的經濟效益分析

反滲透濃水制備的次氯酸鈉可用于日常的和水處理中的殺菌消毒，對于大型生產純凈水的工廠，具有很強的實際意義，大量的濃縮廢水得到利用，降低了廢水的排放壓力的同時也產生了一定的經濟效益，一舉兩得。假設以系統年運行2000 h，年處理濃水量為20000 t計算，水資源費為0.12元/m3，則每年可節省水資源費2400元；反滲透濃水進行深化濃縮、蒸餾等處理達到零排放，處理成本約為15元/m3左右，則每年可節省30萬元；設備運行成本約藥劑1.9元/噸和人工費4.9元/噸，電耗0.638元/h[10]，則每年的運行成本為13.73萬元；次氯酸鈉按照100元/t，年產值20萬元，綜合成本和收益，每年可獲得30萬元凈收益。此外，企業的社會責任也得到相應地體現。

5 結論

通過分析水廠源水和反滲透濃水的水質，結合反滲透濃水的利用方式，提出了反滲透濃水制備次氯酸鈉的再利用方式。依據水廠水質特點，確定了反滲透濃水制備次氯酸鈉的方式和工藝流程，并進行經濟性分析，將反滲透濃水制備次氯酸鈉可實現社會效益、經濟效益和環境效益三者的有機統一。