反渗透浓水处理技术研究探讨

赵青云

（上海电气集团国控环球工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

双膜工艺作为废水深度处理技术近年来被广泛地应用于化工行业，双膜工艺过程会产生一定量的反渗透浓水。众所周知，难降解有机物浓度高、含盐量大、硬度高是化工行业反渗透浓水的主要特征。长期以来，很多企业针对反渗透浓水的处置方法是，反渗透浓水经过多种工艺处理后直接排放。随着国家环保政策越发严格，而反渗透浓水中易被微生物降解的污染物含量低，使得浓水达到规定的排放标准尤为困难。若这些废水未能达标排放，会对周围人类及生态环境安全造成很大程度的威胁[1]。

随着化工行业生产规模不断扩大，反渗透浓水的处理回用成为化工行业坚持可持续发展有待解决的重要问题。

1 物化法

1.1 混凝沉淀法

混凝沉淀法是向反渗透浓水中加入一定量的混凝剂，使反渗透浓水中悬浮物和溶解性有机物凝聚后发生沉淀，从而实现污染物去除的目的。

由于混凝过程受很多因素的影响，如pH、碱度、混凝剂用量、混合条件以及离子强度等，迄今为止，混凝机理尚不是很明确。混凝过程对低分子有机物呈现出较低的去除效率，而浓水中所含大多数有机化合物特点是分子量低却难生物降解性。另外，大量混凝剂的投加产生的污泥量大，且由于盐的引入增加了废水的盐度，这些都导致污水和污泥的后续处理较为复杂。

1.2 活性炭吸附法

活性炭是一种有着特殊微孔构造的吸附剂，其比表面积大，能够实现对反渗透浓水中部分有机物吸附去除的作用。且活性炭吸附法有着反应速率快、安全稳定、吸附效果好、成本低等特点，在水处理中得到非常广泛的应用[2]。

然而，活性炭吸附饱和后，如何再生的问题限制了活性炭的充分应用。活性炭吸附法通常与其他技术组合，应用于预处理和深度处理中。

2 高级氧化工艺

高级氧化工艺是指通过强氧化剂对难降解性和复杂性污染物实现较好的去除效果。高级氧化工艺能产生大量的反应自由基，远超过传统的氧化剂去除效率，基本能够降解各种难生物降解的有机化合物。常见的几种高级氧化处理工艺包括：芬顿法、电化学氧化技术、光催化氧化技术以及臭氧氧化技术等。

王晓[3]针对420 m3/d 炼油厂反渗透浓水进行处理，反渗透浓水COD 从100 mg/L 下降至50 mg/L，去除率达到50%。张聪[4]等通过采用传统电极（Ti/SnO2-Sb2O3/α，β-PbO2）和新型制备电极（Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb）对反渗透浓水处理效果进行研究，实验结果表明两种电极对浓水中难降解有机物都有较好的去除能力。且浓水中存在的部分氯离子，会通过电极反应产生活性氯物质，使电极去除COD 的能力得到有效提高。龚小芝[5]等通过采用催化臭氧氧化法对石化反渗透浓水进行处理，实验确定了最佳催化剂，且向系统中投加15～30 mg/L 臭氧，反应30 min后，浓水COD＜60 mg/L。

3 生化法

生化法是常规的活性污泥法，用于除去可生物降解的有机物。然而浓水中大部分有机化合物都是难生物降解的。因此，根据需要在生化法之前增加一些高级氧化工艺，将浓水中难降解有机污染物转化成小分子且容易被微生物降解和矿化的物质。

生化法中，浓水含盐浓度对有机污染物的去除效果有很重要的影响。当盐质量浓度大于35 g/L 时，对污泥活性产生的抑制作用较强。将系统中盐质量浓度进一步提高到60 g/L，污泥活性趋于坍塌，污泥絮体破碎分散，COD 去除效率仅达到45%[6]。这种现象归因于浓水中含盐量高会对微生物中脱氢酶产生抑制作用，无机盐含量高，溶液渗透压和密度高，降低了生物细胞的活性，且会造成活性污泥的流失。

为突破这些限制，一些研究者针对浓水处理进一步发展了生化法，如驯化和培养嗜盐微生物、深化膜生物反应器的研究，以提高浓水处理效果[7]。然而，这种技术也存在一些缺点，如微生物在含盐浓度高的体系中，容易分泌形成大量的胞外聚合物，胞外聚合物引起膜污染；膜维护成本高。

4 蒸发结晶法

浓水中分离出的盐类物质主要是氯化钠和硫酸钠，若这些盐类物质能被回收利用，浓水处置对环境的影响将大大降低，废水回收利用也将实现最大化。

浓水中盐的回收主要通过蒸发结晶法实现。首先将反渗透浓水进行预热，然后进入三效蒸发器中的第一效。经逐级浓缩后产生的结晶盐浆进入离心机，产生的结晶达到规定标准后打包储存或外运。系统产生的全部冷凝水经处理达标后回用，整体工艺实现了废水零排放的目的。然而，由于反渗透浓水中含有大量的难降解有机物，导致蒸发结晶产出的盐品质降低，故工程中应用较多的是将浓水直接进行蒸发结晶处理，得到符合标准的混盐。

5 问题探讨及展望

1）蒸发结晶是实现浓水处理零排放最有效的工艺，不仅使系统中废水全部回用，还可从浓水中回收无机盐。由于蒸发结晶系统投资费用大、工程运行成本高，产出的盐品质低，目前尚不能被资源化利用；且系统产出的混盐暂不能按照一般固体废物进行处置，影响了该工艺在实际工程中的应用。

2）由于反渗透浓水中有机物大多是难生物降解的，现有的反渗透浓水处理技术成本高昂，使得很多技术很难实现大规模的应用。研究发现，土壤水分蒸发率高能够通过耐盐植物实现，比如Saltcedar 能容纳TDS 含量高达20 000 mg/L[8]。另外，Wang[9]等利用硅藻同时去除反渗透浓水中的氮、磷并降低硬度的研究中表明，硅藻对反渗透浓水中的有机物表现出很强的去除能力，同时能减少硅酸盐的浓度，降低膜污染。因此，海洋或盐生植物物种可以成为反渗透浓水处理系统的一部分，在成本较低的情况下去除污染物。

综上所述，人工湿地能够以相对较低的成本同时处理有机污染物物质、金属和微量有机污染物[10]。虽然处理系统构建需要很长时间，且缺乏附带效益。但是作为污水处理回用技术中利用自然为基础的系统，人工湿地在某种程度上能够使反渗透浓水实现近零排放。针对人工湿地处理反渗透浓水，了解人工湿地潜在的机制、优化湿地设计参数，例如，如何减少人工湿地系统处理所需的土地面积，提高人工湿地系统的可靠性等，还需要进一步的研究。