反滲透濃水回收利用的探索研究

收稿日期： 2023-02-01

作者簡介： 莊琦（1997-），男，陜西省榆林市人，助理工程師，碩士，2022年畢業于西安石油大學石油與天然氣工程專業，研究方向：油氣田地面集輸技術。

摘""" ""要： 反滲透水處理伴隨產生了大量的濃水，為了避免污染問題，分別從反滲透水處理裝置的原理、反滲透濃水回收利用方案和相關注意事項出發，提出了反滲透濃水回收利用的工藝改造思路，進而使得水資源的利用率提高，最終為實現零排放奠定基礎。

關" 鍵" 詞：反滲透；濃水；回收利用；綜合利用

中圖分類號：X703"""""" 文獻標識碼： A""""" 文章編號： 1004-0935（2024）02-0320-03

1" 反滲透水處理概述

我國作為一個缺水嚴重的國家，提高水資源利用率、減少水污染刻不容緩。而反滲透水處理技術因能耗低、操作方便等優點被廣泛應用于工業廢水、生活污水等污水處理中[1-3]。但由于反滲透膜自身的性能特點，目前反滲透技術水回收率在70%～75%，每次水處理伴隨產生了大量的濃水[4]。相關研究表明，反滲透濃水中包含了45種對人體和環境有害的污染物[5]。早期由于反滲透水處理裝置使用規模較小，產生的濃水量較少，所以產生的濃水大多數是經污水處理裝置直接排放進入生活污水池，然后外運至污水處理廠進行處理[6]。直接排放不僅浪費了大量的水資源，同時增大了污水處理裝置的運行負荷和拉運成本。現在，隨著反滲透水處理裝置的大規模使用，產生的濃水量驟增，濃水處理的相關問題亟須解決。為了提高水資源的利用率，降低運行成本，需要對反滲透濃水的回收利用進行深入探索研究。因此，本文通過探索濃水的回收利用，以期為相關人員提供一定的借鑒。

2" 反滲透水處理裝置原理簡介

2.1" 反滲透原理

在反滲透裝置中，主要依靠半透膜的選擇透過性進行水處理，即半透膜只能溶劑通過，而溶質不能通過。當相同體積的稀溶液和濃溶液分別處于半透膜兩側時，稀溶液中的溶劑水會滲透到濃溶液中，導致濃溶液中水位升高，形成的壓差稱為滲透壓。而滲透壓的大小取決于溶液的種類、濃度等固有性質，與半透膜的性質無關。反滲透原理是通過在濃溶液一側施加一個高于滲透壓的壓力，從而使溶劑水由濃溶液流動到稀溶液一側，實現水處理，如圖1所示[7]。

2.2" 反滲透濃水組成

在實際應用反滲透水處理裝置時，進水口中的離子、有機物、細菌、病毒等雜質不能通過半透膜，被截留在膜的進水側，這部分離子濃度相對較高的水稱為濃水。以某熱電廠的反滲透裝置為例，該裝置的進水和濃水水質指標如表1所示[8]。

由表1可知，進水和濃水的pH值近似一致，但濃水的各離子質量濃度和電導率明顯較大，并且濃水中存在溶解性有機物（DOM）和總溶解性固體（TDS）等污染物。其中，溶解性有機物中的內分泌干擾物、藥物和病原菌，對人類和環境具有重大污染；總溶解性固體是指溶解在水里的無機鹽和有機物，主要由鈣、鎂、鈉、鉀離子和碳酸根離子、碳酸氫根離子、氯離子、硫酸根離子和硝酸根離子構成，并且該值越大，則水的電導率值越大、水中雜質越多[9]。所以，在濃水回收利用過程中，需注意控制污染物含量，避免可能引發的環境污染問題。

3" 反滲透水處理裝置濃水回收利用方案

3.1" 濃水回流

通常，反滲透裝置進水的電導率要求低于"""" 1 100 μS·cm-1，當進水電導率低于該值時，可將部分濃水接入原水箱中作為補充水循環使用，使得原水與濃水按一定比例混合進入反滲透水處理裝置，最終將進水電導率控制在900～1 100 μS·cm-1范圍內。若濃水回流過多時，進水電導率會超出范圍，極大地增大了半透膜的負擔，縮短半透膜的使用壽命。戴昆侖[10]等對反滲透裝置的進水和濃水水質進行分析，發現反滲透裝置的實際進水、濃水的TDS值均低于設計值，通過將原水與濃水按3∶1比例混合，不僅使進水水質的TDS值達到了設計值，并且對濃水進行了回收利用。

3.2" 濃水用于多介質過濾器沖洗

反滲透裝置中的預處理系統通常包含5～6臺的多介質過濾器，在實際使用過程中，需要定期對其進行反沖洗去除濾層中夾雜的泥沙、懸浮物等。反滲透濃水的濁度為0 mg·L-1，符合反沖水水質要求（水質濁度lt;3 mg·L-1），故可將濃水箱連接過濾器反洗水泵，用濃水替代自來水進行過濾器反洗，工藝簡圖如圖2所示。

岳中德[11]等通過實踐得出，將濃水用于多介質過濾器沖洗，每清洗一個過濾器可節約65 t自來水。

3.3" 濃水用于循環冷卻和鍋爐用水

根據《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB/T 50050—2017）中規定的間冷開式系統循環冷卻水水質指標，各單位需對比各項指標，判斷濃水是否符合工業循環冷卻用水[12]。若反滲透濃水水質符合循環冷卻水水質指標，可將濃水經粗過濾器過濾后用于循環水冷卻；若不符合循環冷卻水水質指標，可將濃水經石灰處理達到標準后用于循環水冷"""" 卻[13-14]。并且，當濃水用于循環冷卻用水噴淋在冷卻塔的管壁上時，其包含的阻垢劑可以起到緩蝕阻垢的作用。鹵陽湖LNG調峰站依靠濃水自身壓力0.5 MPa將濃水輸送至冷卻水池補水，每月大致可節約3 150 m3水[6]。

除了循環冷卻用水外，反滲透濃水還可用于鍋爐用水。謝華[15]等通過檢測濃水水質，根據《工業鍋爐水質》（GB/T1576—2008）標準，得出濃水可用于工業鍋爐補給水，并通過工藝改造實現了反滲透濃水的回收再利用。

3.4" 濃水用于城市雜用

根據《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T 18920—2020）中規定的城市雜用水水質基本控制項目及限值（如表2所示）[16]，各單位需對比各項指標，判斷濃水是否符合城市雜用用水。若反滲透濃水水質符合城市雜用用水標準，可將濃水經粗過濾器過濾后用于消防、清潔和綠化等用水；若不符合城市雜用用水標準，可將濃水與純水按比例稀釋到符合城市雜用用水標準后回收利用。

神木天然氣處理廠通過濃水轉水泵將濃水回收至消防水罐后用于消防、綠化和沖廁等，每日約回收30 t濃水，全年可節約10 950 t水資源[17]。鹵陽湖LNG調峰站將濃水與純水按1∶2的比例稀釋后用于清潔和綠化，每日可節約40 m3水[6]。

4" 濃水綜合利用過程中需注意的問題

反滲透濃水在回收利用過程中，需根據濃水使用用途，嚴格按照相應標準規范進行對照，控制濃水回用工序的工藝指標，保證濃水滿足工藝指標的要求[11，18]。根據濃水水質指標計算朗格繆爾指數（LSI）和雷茲納穩定指數（RSI），判斷濃水是否存在結垢或腐蝕傾向，在回用過程中提前做好濃水管道腐蝕、結垢的預防工作[19-20]。當濃水用于綠化時，可能造成局部土壤鈣質化，長期灌溉會導致土壤鹽堿化，可通過稀釋濃水降低對土壤的危害。

5" 結束語

隨著反滲透水處理裝置的大規模使用，產生的濃水量驟增，濃水處理的相關問題亟須解決。各單位需結合自身現有用水工藝選擇一種或多種反滲透濃水回收方案進行工藝改造。通過對反滲透濃水進行回收利用，不僅在很大程度上可以提高水資源的利用率，而且可以降低污水處理裝置的運行負荷和拉運成本，為早日實現零排放奠定基礎。

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Research on Recycling and Utilization of Reverse Osmosis Concentrate

ZHUANG Qi1， LUAN Chao1， MA Qiang1， LIU Dong2

（1. The Second Gas Production Plant， PetroChina Changqing Oilfield Company， Xi’an Shaanxi 710000， China;

2. Safety and Environmental Supervision Department， PetroChina Changqing Oilfield Company， Xi’an Shaanxi 710000， China）

Abstract： Reverse osmosis water treatment produces a large amount of concentrated water. In order to avoid the problem of pollution， a method for the recycling and utilization of reverse osmosis concentrated water was proposed based on the principle of reverse osmosis water treatment device， the scheme of reverse osmosis concentrated water recycling and related matters needing attention. Thus， the utilization rate of water resources was improved， and finally the foundation for realizing zero emission was laid.

Key words： Reverse osmosis; Concentrated water; Recycling; Comprehensive utilization