反滲透濃水處理工藝和設(shè)備比選

于瑩

【摘 要】目前，煉化企業(yè)的污水處理場(chǎng)均處于“大馬拉小車”運(yùn)行狀態(tài)。所研究企業(yè)之所以達(dá)到總排出水COD在50mg/L以下的優(yōu)異水質(zhì)，主要得益于其生化過程超長(zhǎng)的停留時(shí)間（即較低的有機(jī)負(fù)荷）。在此條件下，對(duì)COD的進(jìn)一步去除，可選擇的工藝技術(shù)主要有以下三種：物理吸附、強(qiáng)氧化劑化學(xué)氧化和目前正處于研究階段的電解降解技術(shù)。

【Abstract】At present， the sewage treatment field of refinery enterprises are in the "big horse car" running state. The total COD content under 50mg/L of excellent discharged water in research enterprise ，mainly due to the long retention time （lower organic loading）. Under these conditions， there are three main technologies for the further removal of COD physical adsorption， chemical oxidation of strong oxidant and electrolytic degradation technology which is in the research stage.

【關(guān)鍵詞】反滲透；濃水；活性炭

【Keywords】reverse osmosis； concentrated water； activated carbon

【中圖分類號(hào)】X703.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）03-0152-02

1 反滲透濃水處理技術(shù)現(xiàn)狀

物理吸附工藝是通過吸附載體將水中的污染物吸附截留，與水分離的工藝。常見的吸附載體有活性炭、活性炭纖維、沸石等?；钚蕴课胶突钚蕴坷w維對(duì)于污水中的COD物質(zhì)（特別是溶解態(tài)COD）具有較好的去除效率，但此類工藝最大的障礙是脫附再生較困難，且對(duì)COD的處理也只是從水中分離，并不能達(dá)到真正降解去除的目的，因此脫附過程和脫附后的產(chǎn)品可能發(fā)生二次污染。

完全采用強(qiáng)氧化劑氧化處理的技術(shù)，目前在實(shí)驗(yàn)室的效果是毋庸置疑的，但之所以未見工業(yè)化規(guī)模的應(yīng)用案例，其瓶頸因素就是運(yùn)行成本非常昂貴，作為企業(yè)無法承擔(dān)。即使目前部分企業(yè)嘗試應(yīng)用的臭氧活性炭技術(shù)，也因臭氧發(fā)生器的運(yùn)行問題和臭氧生物活性炭聯(lián)用技術(shù)其效果并不理想，未得到普遍的認(rèn)可和應(yīng)用。

而電解技術(shù)，目前還停留在試驗(yàn)開發(fā)階段，就其核心部件開發(fā)及工業(yè)化整機(jī)試制，尚需時(shí)日。[1]

綜上所述，為有效解決煉化企業(yè)污水場(chǎng)總排COD總量減排問題，并綜合考慮投資效益及節(jié)能節(jié)水的現(xiàn)實(shí)需求，遵循“將污水污染物濃縮后對(duì)小流量高濃度水質(zhì)集中處理、兼顧廠內(nèi)用水需求將處理后優(yōu)質(zhì)污水進(jìn)行分質(zhì)回用”的設(shè)計(jì)思路，才是解決問題的最佳途徑。

2 工藝和設(shè)備設(shè)施比選

本文分別對(duì)以下三種處理工藝和設(shè)備設(shè)施進(jìn)行比選和論證，以解決反滲透濃水的達(dá)標(biāo)排放問題。

2.1 再生活性炭（ACG）吸附

本研究在前期進(jìn)行了兩次中試試驗(yàn)，試驗(yàn)中采用的濃水處理工藝是再生活性炭吸附。從中試試驗(yàn)結(jié)果來看，經(jīng)再生后的粒狀果殼活性炭對(duì)濃水中的COD吸附效果是很明顯的，初期產(chǎn)水COD含量可穩(wěn)定在20～30mg/L，吸附速率較快，停留時(shí)間只需60min左右，吸附容量達(dá)到131.8mgCOD/g。

經(jīng)兩次的中試試驗(yàn)研究，所篩選的各工藝單元技術(shù)針對(duì)性強(qiáng)、效果可靠，通過了中試過程的嚴(yán)格檢驗(yàn)。不僅考慮了單元技術(shù)的針對(duì)性、可靠性，同時(shí)還綜合考慮了投資及運(yùn)行成本的經(jīng)濟(jì)性、工程實(shí)施用地的可行性，因此，采用物化組合工藝流程處理該污水實(shí)現(xiàn)回用是經(jīng)濟(jì)可行的。但是，受活性炭吸附過程最低停留時(shí)間、濾速及濃度梯度條件的限制，采用的活性炭吸附系統(tǒng)異常龐大，基建投資、占地面積、運(yùn)行方面的費(fèi)用均較高。年耗活性炭約408t，且廠內(nèi)無法自行再生，需要運(yùn)到相關(guān)生產(chǎn)廠家進(jìn)行再生后更換。

2.2 活性炭纖維（ACF）吸附

活性炭纖維（ACF），亦稱纖維狀活性炭，是性能優(yōu)于活性炭的高效活性吸附材料和環(huán)保工程材料。其超過50%的碳原子位于內(nèi)外表面，構(gòu)筑成獨(dú)特的吸附結(jié)構(gòu)，被稱為表面性固體?；钚蕴坷w維是由纖維狀前驅(qū)體，經(jīng)一定的程序炭化活化而成。較發(fā)達(dá)的比表面積和較窄的孔徑分布使得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量，且由于它可方便地加工為氈、布、紙等不同的形狀，并具有耐酸堿耐腐蝕特性。目前已在環(huán)境保護(hù)、催化、醫(yī)藥、軍工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

活性炭纖維是一種典型的微孔炭，直徑為10～30μm?？紫吨苯娱_口于纖維表面，超微粒子以各種方式結(jié)合在一起，形成豐富的納米空間，具有較大的比表面積。其含有的許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)——雜環(huán)結(jié)構(gòu)或含有表面官能團(tuán)的微結(jié)構(gòu)，具有極大的表面能，提供了一個(gè)吸附態(tài)分子物理和化學(xué)變化的高壓體系。使得吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑比活性炭短、驅(qū)動(dòng)力大且孔徑分布集中，這是造成ACF比活性炭比表面積大、吸脫附速率快、吸附效率高的主要原因。其典型工藝流程如下：

2.3 工藝技術(shù)特點(diǎn)

表面大量的不飽和碳構(gòu)筑成了獨(dú)特的吸附結(jié)構(gòu)，是一種典型的微孔炭。含有的許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)（雜環(huán)結(jié)構(gòu)）或含有表面官能團(tuán)的微結(jié)構(gòu)，具有較大的表面積，豐富的微孔結(jié)構(gòu)，其微孔體積可達(dá)90%左右，微孔孔徑為1～4nm。在吸附過程中由于吸附介質(zhì)分子與微孔表面分子間的作用力不同而產(chǎn)生交換吸附、物理吸附和化學(xué)吸附等不同吸附作用，因此具有對(duì)各類有機(jī)物組分COD的去除能力。產(chǎn)水COD含量可降至50～60mg/L以下，去除率可達(dá)60%～80%。脫吸只需180℃的過熱蒸汽吹脫即可。

2.4 快速降解酶（BU-F-A）+樹皮吸附（BU-F-O）

快速降解酶（BU-F-A）+樹皮吸附（BU-F-O）系統(tǒng)采用附加裝置+反應(yīng)器的形式，即可作為傳統(tǒng)水處理方法的補(bǔ)充，也可作為更具經(jīng)濟(jì)效益的替代方法。系統(tǒng)包括快速降解酶、吸油樹皮和吸金屬樹皮三種處理手段對(duì)不同的水體環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性地組合，以達(dá)到最佳處理效果。

2.4.1 BU-F-A快速降解酶介紹

BU-F-A為純天然濃縮菌群的產(chǎn)物，主要用于降解有機(jī)物。在儲(chǔ)存狀態(tài)下產(chǎn)品呈粉狀，既可直接投放使用，也可在首次使用前經(jīng)過6～24h激活后使用。激活可使用多種水源，如海水，鹽水，糖水；若待處理水源毒性較小也可直接使用。激活率為95%，未激活部分不含任何有毒有害物質(zhì)，更可提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)給已激活部分。

2.4.2 BU-F-O吸油樹皮介紹

BU-F-O是一種特選北歐松木樹皮，材質(zhì)表面有眾多微小孔隙，接觸面積大，吸附量大，并經(jīng)由特殊化學(xué)處理方式形成外包薄膜，對(duì)各種油類吸附迅速，使其容易從生產(chǎn)用水、廢水等各類水體中清除。

2.4.3 BU-F-M吸金屬樹皮介紹

BU-F-M與BU-F-O一樣同選于北歐松木樹皮，并經(jīng)由特殊化學(xué)處理方式形成外包薄膜，能針對(duì)性吸收各類重金屬。見效快，不會(huì)對(duì)水體造成二次污染。同時(shí)可通過技術(shù)手段回收所吸附金屬。金屬的吸附率最高達(dá)99.4%，可吸附的金屬包括：銀、鋁、砷、金、鎘、鈷、鉻、銅、鐵、汞、鎳、鉬、錳、銻、鉛、鉑、鈦、鈾、釩、鋅等。

3 三種工藝和設(shè)備的比較

4 結(jié)語

根據(jù)上述比較，成熟的活性炭吸附工藝作為反滲透濃水處理工藝比較成熟，但為了降低勞動(dòng)量、投資和運(yùn)行成本，采用了以下實(shí)施方案：①活性炭吸附裝置采用鋼制壓力容器，固定床結(jié)構(gòu)，壓力運(yùn)行。介質(zhì)為反滲透濃水，水中懸浮物含量很低，固不設(shè)置專門的反沖洗系統(tǒng)。②活性炭系統(tǒng)采用兩系列并聯(lián)，并在每個(gè)系列中，相鄰兩臺(tái)串聯(lián)運(yùn)行的方式，具體方式為：第一臺(tái)和第二臺(tái)串聯(lián)運(yùn)行，第二臺(tái)出水排放；當(dāng)?shù)谝慌_(tái)完全失效后，停掉第一臺(tái)，啟動(dòng)第三臺(tái)與第二臺(tái)串聯(lián)運(yùn)行，余下依次切換，充分提高活性炭的利用率，更換周期可達(dá)到半年以上。③盡可能利用輕污染廢水進(jìn)行勾兌，減少需要處理的COD量，降低活性炭耗量。④活性炭的再生是非常復(fù)雜的過程，因此在廠內(nèi)不宜設(shè)專門的再生裝置?？捎苫钚蕴繌S家協(xié)作再生的運(yùn)行方式，這樣費(fèi)用上可比購(gòu)買新炭要低很多，同時(shí)解決了廠內(nèi)無法自行再生的問題。

通過上述方案可有效解決活性炭系統(tǒng)再生困難、耗量高和運(yùn)行費(fèi)用高的問題。