膜分離技術在高鹽廢水資源化中的應用

雷園園，曹董國，肖徽松

（杭州齊創(chuàng)環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

為增強高鹽廢水資源化應用效果，推動地區(qū)可持續(xù)發(fā)展，需要在高鹽廢水資源化應用過程中使用適宜的膜分離技術，結合高鹽廢水水質特征，選擇適宜的膜分離裝置，確保高鹽廢水資源化應用效果與預期目標相符。膜分離技術是當前高鹽廢水處理重要技術手段，需要在現(xiàn)階段著重開發(fā)出價格低廉、過濾效果更好的過濾膜。開發(fā)出功能更為先進的分離器裝置，做好高鹽廢水處理系統(tǒng)防腐蝕工作，從根本上提升高鹽廢水處理效果，確保高鹽廢水處理系統(tǒng)始終處于安全可靠的運行狀態(tài)，在保障企業(yè)建設綜合效益中發(fā)揮出重要作用。

1 膜分離技術概述

膜分離技術主要就是利用膜材料形成分離邊界，最初被應用在軍事、航空航天等高端領域。隨著膜分離技術日漸成熟，膜分離裝置更多被應用在環(huán)保領域，使高鹽廢水能夠在快速高效的處理下實現(xiàn)回收利用目標，具有更為顯著的經濟效益與社會效益。現(xiàn)階段，膜分離技術在危廢處置中心廢水資源化處理、電鍍廢水資源化處理、印染廢水資源化處理、垃圾滲透液資源化廢水處理中均發(fā)揮出了重要作用。

從實質角度分析，膜分離技術主要就是借助過濾膜的選擇性分離特征，使高鹽廢水中的不同組分能夠實現(xiàn)有效分離、純化以及濃縮。相較于傳統(tǒng)過濾技術而言，膜分離技術下的分離過程不必添加其他藥劑，能夠更好地實現(xiàn)廢水資源化處理目標，具備更加顯著的經濟效益與環(huán)保效益[1]。

2 膜分離裝置

現(xiàn)階段，膜分離技術衍生出了超濾、納濾、反滲透等多種成熟的裝置。其中，超濾膜是一種加壓膜分離技術，主要就是在一定壓力下使小分子溶質與溶劑能夠穿越特制孔徑的薄膜，其余大分子溶質不得透過而留在膜的另一端，實現(xiàn)小分子物質純化目標。

納濾技術是處于反滲透分離與超濾技術之間的壓力驅動膜分離技術手段。納濾下的過濾膜孔徑僅為幾納米，對于二價離子的脫除率最高可達到99%以上。

反滲透過濾膜系統(tǒng)主要就是使用高壓、超高壓卷式復合膜，配合多級預過濾系統(tǒng)、反滲透裝置，有效去除高鹽廢水內的絕大部分無機鹽離子和部分有機物[2]。在高鹽廢水經過反滲透裝置以及后續(xù)其他處理系統(tǒng)處理后，水中絕大部分無機鹽離子和部分有機物等雜質還可被徹底過濾，確保處理后的廢水能夠最終實現(xiàn)排放及回收利用水質指標。

現(xiàn)有反滲透過濾裝置還配合使用了PLC 可編程邏輯控制器，能夠在具體應用過程中有效去除高鹽廢水內的絕大部分無機鹽離子和部分有機物。對保障高鹽廢水資源化處理效果，從根本上提升廢水處理水平具有重要意義。

3 膜分離技術在高鹽廢水資源化中的應用必要性

隨社會可持續(xù)發(fā)展進程不斷加快，各領域環(huán)保標準日漸提高，危廢處置行業(yè)也應當在原有基礎上執(zhí)行更為嚴苛的環(huán)保標準，真正意義上實現(xiàn)零排放或近零排放目標。在危廢處置中心生產期間產出的廢水多數為高鹽廢水，廢水內不僅含有大量的有機污染物，還富含著氯、硫酸根、鈉及鈣等離子。現(xiàn)階段高鹽廢水排放問題更加嚴重，是廢水資源化應用的重要目標。如沒有對高鹽廢水進行及時處理，廢水排進地表水會直接威脅水生植物生存環(huán)境，導致水質更為惡化[3]。

就目前來看，高鹽廢水處理工作多數使用預處理、膜濃縮、蒸發(fā)結晶資源化處理技術相結合的手段，在處理后會產生結晶鹽與各類無機鹽、有機物質。這些物質在遇到水后極容易被水溶解，具有穩(wěn)定性較差、難以固化、容易出現(xiàn)二次污染等問題。采用合理方式從高鹽廢水中分離出的硫酸鈉以及氯化鈉結晶鹽，不僅能夠實現(xiàn)廢水資源化利用目標，還能夠避免二次污染，提高回收物質利用率。

高鹽廢水資源化過程中主要采用納濾膜技術手段。納濾膜孔徑位于超濾膜與反滲透膜之間，在分離過程中的篩分效應良好。納濾膜表面還附帶有電荷，能夠有效分離廢水中的一價離子與二價離子。現(xiàn)階段相關研究人士對納濾膜在高鹽廢水資源化中的應用開展了大量試驗[4]。通過配合使用納濾膜組件處理高鹽廢水，廢水中的硫酸根離子最高截留率可達到99.2%。借助選擇性節(jié)流鈉濾膜分離手段分離反滲透濃水，硫酸鹽實際截留率超過90%。由于不同型號納濾膜對高鹽廢水的處理效果不同，因此需要結合實際處理要求及處理流程，對膜分離技術與技術應用流程進行不斷優(yōu)化。

4 膜分離技術在高鹽廢水資源化中應用的實驗分析

本文以某危廢處置中心為例，該中心廢水處理工藝內包括調節(jié)池、混凝反應池、斜管沉淀池、中和池、反滲透膜系統(tǒng)與蒸發(fā)系統(tǒng)等多種類型。為確保膜分離技術手段能夠在處理高鹽廢水中充分發(fā)揮出積極作用，而選擇不同種類納濾膜開展實驗工作。

具體而言，將高鹽廢水反滲透濃水加入調節(jié)罐中，并借助提升泵進入保安過濾器，在保安過濾器中進行預過濾處理。經過處理后的水還應當借助高壓泵最終進入膜分離系統(tǒng)中。濃縮液管路調壓閥調節(jié)膜系統(tǒng)的壓力，通過控制外排濃水流量以及產水流量合理設置回收率值[5]。收集外排廢水，對廢水處理情況進行細致分析。

實驗結束后，進行化學清洗工作，配合使用鹽酸稀溶液清洗過濾膜表面，將納濾膜浸泡1h，循環(huán)流動沖洗1～2h，清水沖刷到pH 為7.0。堿洗采用氫氧化鈉溶液清理膜表面，首先浸泡1h，隨后循環(huán)沖洗1～2h，清水沖刷到pH 為7.0。

配合使用電導率分析、滴定法、容量法等實驗方法，借助便攜式電導分析儀器和相關實驗器具，嚴格遵照有關實驗操作規(guī)程，對處理后的高鹽廢水內部氯離子、硫酸根離子、鈣離子及鎂離子進行測定[6]。其中，氯離子主要采用硝酸銀滴定法測量、硫酸根離子采用EDTA 方式測量、鈣離子及鎂離子硬度也可采用EDTA容量法測量。

5 在高鹽廢水資源化中應用膜分離技術的要點

本文分別在高鹽廢水資源化處理過程中使用了NF-HF、NF-HS 兩種膜處理高鹽廢水反滲透濃水。

經過試驗調查發(fā)現(xiàn)，反滲透濃縮液中的氯離子及硫酸根離子的濃度均為15000～16000mg/L，水內的質量比為1∶1。NF-HF、NF-HS 均能夠對高鹽廢水具有良好的截留作用。

NF-HF、NF-HS 膜元件處理過程中，發(fā)現(xiàn)對氯離子的分離效果一致，對硫酸根離子的分離效果存在一定差異。具體來說，NF-HF 技術應用過程中，對硫酸根離子的截留率為95.2%～95.8%[7]。NF-HS 技術應用期間，對硫酸根離子的截留率為99.1%～99.6%。由此可見，NF-HS 的硫酸根離子截留效果更好。納濾膜對硫酸根離子的截留率高，實際分離效果更為顯著。

分析NF-HF、NF-HS 膜組件在結垢離子中的截留效果。經過實驗驗證發(fā)現(xiàn)，NF-HS 在截留鈣離子、鎂離子過程中的效果更加良好，分別可以達到99.5%、99.2%。

分析NF-HF、NF-HS 膜組件在抗污染性能中的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)將膜應用在高鹽廢水反滲透濃水連續(xù)處理過程中，膜通量以及回收率等其他參數保持在恒定條件，運行壓力的變化存在一定差距。在膜通量以及回收率等其他參數保持不變的情況下，納濾膜的運行壓力升高，說明其自身出現(xiàn)了污染情況。

由于高鹽廢水中的雜質較多，內部還包括結垢物質與有機物。納濾膜在實際應用期間，表面在吸附污染物的情況下會一定程度影響到膜后續(xù)過濾情況。膜濃縮液中的鈣離子硫酸根離子濃度高，容易在膜表面形成硫酸鈣晶核，縮短了膜組件全生命運營周期。相較于NF-HF 膜組件而言，NF-HS 能夠更為有效的截留二價離子，過濾期間的壓力更高。一價離子容易從膜孔中透過，難以切實保障污水處理效果[8]。

因此通過將納濾膜應用在危廢處置行業(yè)高鹽廢水處理工作中，需要結合具體處理要求，不斷優(yōu)化膜分離處理手段。具體來說，NF-HS 在去除危廢處置中心廢水反滲透濃水過程中，能夠有效分離氯離子以及硫酸根。硫酸根的截留率可達到99%以上。不僅如此，NF-HS 膜組件還能夠有效截留污染物中的鈣離子、鎂離子，實際截流率分別可達到99.5%、99.2%。NF-HF 抗污染性能良好，通過分離后能夠快速恢復到初始膜通量。

6 膜分離技術在高鹽廢水資源化應用中的注意事項

6.1 超濾膜技術應用注意事項

在現(xiàn)階段膜分離技術應用期間，需要加大膜組件管控力度，切實保障膜分離效果。以超濾膜分離技術手段為例，超濾膜分離技術需要采用中空纖維膜組件，膜孔徑截留的物質可以用分子量表示。通過在中空纖維外側或內腔處加壓，壓差驅動原水流動，形成動態(tài)過濾。超濾屬于動態(tài)過濾過程，被截留的物質可以隨濃縮液排出，不容易堵塞膜孔，能夠實現(xiàn)長期連續(xù)運行目標。

在使用超濾膜技術過程中，相關工作人員需要細致研讀使用說明，依照超濾膜在高鹽廢水處理中的具體應用要求開展正確操作。

每根超濾組件在出廠前均應注入保護液，使用前需要將保護液沖洗干凈。在沖洗階段，系統(tǒng)中的排放閥均應當為打開狀態(tài)[9]。

超濾膜能夠有效截留細菌，但不可以殺死細菌。在沒有做好除菌處理的情況下，細菌長期停留在膜組件中也會一定程度影響到高鹽廢水處理效果，因此還需要對周轉環(huán)境及膜組件中的過濾系統(tǒng)展開定期消毒殺菌處理。殺菌操作應當結合供給原水的水質情況設定。

過濾系統(tǒng)使用的組件需要結合總透水量進行靈活調整，每根水處理膜組件的選擇應當結合純水透水率設定。采用純水作為測試介質，避免溶質出現(xiàn)膜孔堵塞問題。在實際處理工作開展期間，由于膜的透水率會隨著運行時間而逐步下降，需要經過后續(xù)清洗后恢復到穩(wěn)定值。超濾膜系統(tǒng)的透水率還會受到溫度、壓力以及給水濁度等因素影響，應當在具體應用期間對實際操作環(huán)境進行系統(tǒng)分析，從根本上保障膜分離技術的應用可行性。

在超濾組件運輸和安裝時，相關操作人員還需要著重保障組件的安全性，遵循輕拿輕放、合規(guī)操作原則，避免出現(xiàn)某組件損壞問題，對后續(xù)高鹽廢水處理效果造成不利影響。若膜組件停用，則應當首先使用清水清除干凈，而后添加專用保護液。

在冬季使用超濾膜組件過程中，還需要對膜元件進行防凍處理，避免膜元件在低溫運行條件下出現(xiàn)凍裂或損壞問題。

6.2 納濾膜和反滲透膜分離過濾技術應用注意事項

納濾膜和反滲透膜分離過濾系統(tǒng)中的孔徑均已到達納米級。在一定壓力下，水源中的無機鹽、金屬離子、有機物及膠體無法通過膜，為實現(xiàn)高鹽廢水處理目標具有重要意義[10]。

在納濾膜和反滲透膜分離裝置應用過程中，需要著重關注膜組件的定期維護工作，分析存在于能夠對膜組件造成不利影響的環(huán)境風險因素，加強膜組件管控力度，進一步延長膜組件運營期間的全壽命周期。

7 結語

總而言之，現(xiàn)階段，水環(huán)境污染情況更加嚴重，各領域也需要著重關注高鹽廢水資源化應用工作。結合現(xiàn)階段存在于高鹽廢水處理中的各類問題，切實優(yōu)化膜分離處理系統(tǒng)。加強高鹽廢水水質變化的監(jiān)測力度，對高鹽廢水回用及處理流程進行進一步優(yōu)化，切實提升廢水綜合利用率。