反滲透濃水處理技術研究探討

趙青云

（上海電氣集團國控環球工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

雙膜工藝作為廢水深度處理技術近年來被廣泛地應用于化工行業，雙膜工藝過程會產生一定量的反滲透濃水。眾所周知，難降解有機物濃度高、含鹽量大、硬度高是化工行業反滲透濃水的主要特征。長期以來，很多企業針對反滲透濃水的處置方法是，反滲透濃水經過多種工藝處理后直接排放。隨著國家環保政策越發嚴格，而反滲透濃水中易被微生物降解的污染物含量低，使得濃水達到規定的排放標準尤為困難。若這些廢水未能達標排放，會對周圍人類及生態環境安全造成很大程度的威脅[1]。

隨著化工行業生產規模不斷擴大，反滲透濃水的處理回用成為化工行業堅持可持續發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物凝聚后發生沉淀，從而實現污染物去除的目的。

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度等，迄今為止，混凝機理尚不是很明確。混凝過程對低分子有機物呈現出較低的去除效率，而濃水中所含大多數有機化合物特點是分子量低卻難生物降解性。另外，大量混凝劑的投加產生的污泥量大，且由于鹽的引入增加了廢水的鹽度，這些都導致污水和污泥的后續處理較為復雜。

1.2 活性炭吸附法

活性炭是一種有著特殊微孔構造的吸附劑，其比表面積大，能夠實現對反滲透濃水中部分有機物吸附去除的作用。且活性炭吸附法有著反應速率快、安全穩定、吸附效果好、成本低等特點，在水處理中得到非常廣泛的應用[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用。活性炭吸附法通常與其他技術組合，應用于預處理和深度處理中。

2 高級氧化工藝

高級氧化工藝是指通過強氧化劑對難降解性和復雜性污染物實現較好的去除效果。高級氧化工藝能產生大量的反應自由基，遠超過傳統的氧化劑去除效率，基本能夠降解各種難生物降解的有機化合物。常見的幾種高級氧化處理工藝包括：芬頓法、電化學氧化技術、光催化氧化技術以及臭氧氧化技術等。

王曉[3]針對420 m3/d 煉油廠反滲透濃水進行處理，反滲透濃水COD 從100 mg/L 下降至50 mg/L，去除率達到50%。張聰[4]等通過采用傳統電極（Ti/SnO2-Sb2O3/α，β-PbO2）和新型制備電極（Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb）對反滲透濃水處理效果進行研究，實驗結果表明兩種電極對濃水中難降解有機物都有較好的去除能力。且濃水中存在的部分氯離子，會通過電極反應產生活性氯物質，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石化反滲透濃水進行處理，實驗確定了最佳催化劑，且向系統中投加15～30 mg/L 臭氧，反應30 min后，濃水COD＜60 mg/L。

3 生化法

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

生化法中，濃水含鹽濃度對有機污染物的去除效果有很重要的影響。當鹽質量濃度大于35 g/L 時，對污泥活性產生的抑制作用較強。將系統中鹽質量濃度進一步提高到60 g/L，污泥活性趨于坍塌，污泥絮體破碎分散，COD 去除效率僅達到45%[6]。這種現象歸因于濃水中含鹽量高會對微生物中脫氫酶產生抑制作用，無機鹽含量高，溶液滲透壓和密度高，降低了生物細胞的活性，且會造成活性污泥的流失。

為突破這些限制，一些研究者針對濃水處理進一步發展了生化法，如馴化和培養嗜鹽微生物、深化膜生物反應器的研究，以提高濃水處理效果[7]。然而，這種技術也存在一些缺點，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；膜維護成本高。

4 蒸發結晶法

濃水中分離出的鹽類物質主要是氯化鈉和硫酸鈉，若這些鹽類物質能被回收利用，濃水處置對環境的影響將大大降低，廢水回收利用也將實現最大化。

濃水中鹽的回收主要通過蒸發結晶法實現。首先將反滲透濃水進行預熱，然后進入三效蒸發器中的第一效。經逐級濃縮后產生的結晶鹽漿進入離心機，產生的結晶達到規定標準后打包儲存或外運。系統產生的全部冷凝水經處理達標后回用，整體工藝實現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物，導致蒸發結晶產出的鹽品質降低，故工程中應用較多的是將濃水直接進行蒸發結晶處理，得到符合標準的混鹽。

5 問題探討及展望

1）蒸發結晶是實現濃水處理零排放最有效的工藝，不僅使系統中廢水全部回用，還可從濃水中回收無機鹽。由于蒸發結晶系統投資費用大、工程運行成本高，產出的鹽品質低，目前尚不能被資源化利用；且系統產出的混鹽暫不能按照一般固體廢物進行處置，影響了該工藝在實際工程中的應用。

2）由于反滲透濃水中有機物大多是難生物降解的，現有的反滲透濃水處理技術成本高昂，使得很多技術很難實現大規模的應用。研究發現，土壤水分蒸發率高能夠通過耐鹽植物實現，比如Saltcedar 能容納TDS 含量高達20 000 mg/L[8]。另外，Wang[9]等利用硅藻同時去除反滲透濃水中的氮、磷并降低硬度的研究中表明，硅藻對反滲透濃水中的有機物表現出很強的去除能力，同時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較低的成本同時處理有機污染物物質、金屬和微量有機污染物[10]。雖然處理系統構建需要很長時間，且缺乏附帶效益。但是作為污水處理回用技術中利用自然為基礎的系統，人工濕地在某種程度上能夠使反滲透濃水實現近零排放。針對人工濕地處理反滲透濃水，了解人工濕地潛在的機制、優化濕地設計參數，例如，如何減少人工濕地系統處理所需的土地面積，提高人工濕地系統的可靠性等，還需要進一步的研究。