反滲透技術(shù)在污廢水深度處理中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

陳釗林 羅家興

摘要：據(jù)不完全統(tǒng)計，我國上個世紀(jì)缺水城市已達(dá)到400多個，供水量缺口達(dá)12×106m3/d，而每年污水排放量高達(dá)800億立方米，并在不斷增長。為了緩解嚴(yán)峻的水資源形勢，除大力加強(qiáng)節(jié)約用水外，以污廢水再生處理作為非傳統(tǒng)水資源被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。以反滲透（RO）為核心的膜分離技術(shù)作為21世紀(jì)水處理領(lǐng)域中的關(guān)鍵手段以其高效、占地面積小、產(chǎn)水水質(zhì)高、運(yùn)行可靠、易實(shí)現(xiàn)自動控制和集成化等優(yōu)勢為獲得高品質(zhì)的再生水提供了重要的技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：反滲透；污廢水；深度處理；膜污染

1RO膜分離技術(shù)在污廢水處理中的應(yīng)用

1.1高礦化度廢水處理中的應(yīng)用

1.1.1礦進(jìn)水處理

以礦井水為代表的高礦化度廢水，其特點(diǎn)是礦化度高，尤其井下涌水，平均礦化度在1000mg/L以上，含有大量的Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-、SO42-、HCO3-等離子，SS中有機(jī)成分少，COD低于1.5mg/L。對于水資源嚴(yán)重缺乏的礦區(qū)，利用RO技術(shù)深度處理作為生產(chǎn)和生活用水已被廣泛推廣。通過向礦井水中加藥絮凝、沉淀和快速過濾作為預(yù)處理，去除水中絕大多數(shù)的SS，確保了RO進(jìn)水濁度<1NTU。出水進(jìn)一步經(jīng)過RO處理，水中濁度去除率接近100%，脫鹽率達(dá)到96%，產(chǎn)水達(dá)到了飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，處理成本約5.17元/m3?？紤]到高礦化度礦井水中鐵、錳含量較高，且高濃度的Ca2+、SO42-離子可能在RO膜表面形成難以清除的CaSO4垢污染，通過曝氣，將水中的Fe2+氧化成Fe3+；通過向曝氣池中添加石灰乳調(diào)節(jié)水體pH，使Ca2+和Fe3+生成CaCO3和Fe（OH）3沉淀，再利用加入的PAM助凝劑和PAC絮凝劑使CaCO3和Fe（OH）3形成較大的絮體，于澄清池中去除；再通過錳砂濾池進(jìn)一步將出水中的Mn2+降低到0.04mg/L。超濾（UF）對大分子有機(jī)物、病原體及懸浮物具有較強(qiáng)的截留作用，通常處理出水的SS截留，以確保RO進(jìn)水滿足水質(zhì)要求。

1.1.2冶金行業(yè)廢水處理

鋼鐵工業(yè)作為高耗水、高污染的資源型產(chǎn)業(yè)，其耗水量已占全國工業(yè)總耗水量的14%，將其進(jìn)行深度處理回用于生產(chǎn)和生活，減少噸鋼耗新水量，已在冶金行業(yè)大力推行。鋼鐵工業(yè)廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，各項指標(biāo)波動較大，尤其Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、SO42-、F-及SiO2等含量均較高，若不對高價金屬離子進(jìn)行預(yù)脫出，RO膜將會面臨嚴(yán)重的無機(jī)污染。針對經(jīng)過二級生化處理后的太鋼廢水，首先利用曝氣池曝氣氧化，使Fe2+氧化為Fe3+，同時投加NaClO提高對水體中Fe2+的氧化能力及殺菌效果；出水加石灰乳調(diào)節(jié)pH、加PAM和PAC進(jìn)行絮凝，再經(jīng)沉淀、快速過濾及活性炭吸附，進(jìn)一步去除水中的有機(jī)物、余氯、重金屬離子等。出水經(jīng)UF處理后，加還原劑、阻垢劑及酸后進(jìn)入RO系統(tǒng)。其中，添加NaSO3還原劑的目的是防止水中余氯氧化芳香聚酰胺材質(zhì)的RO膜。最終，一級RO主要去除水中大部分的溶解鹽類、膠體、有機(jī)物等，產(chǎn)水一部分用作鋼廠工藝用水，另一部分加堿后經(jīng)二級反滲透、離子交換系統(tǒng)處理，用于高壓鍋爐補(bǔ)給水。在預(yù)處理澄清池中聯(lián)合投加了粉末活性炭和石灰乳，以降低冶金工業(yè)廢水中60%～70%有機(jī)物和油類及部分Ca2+、Ba2+等高價離子，水中的SS和膠體物質(zhì)去除近90%?？捎行ьA(yù)防水中高濃度的SO42-、F（最高含量分別為-402mg/L和3.96mg/L）在RO膜表面形成CaSO4、BaSO4和CaF2沉淀污染。值得注意的是，活性炭雖然對有機(jī)物和SS吸附效果較好，但屬于非選擇性吸附，在富含SS的污廢水前期預(yù)處理中使用，其高用量以及高價格勢必增大水處理成本。因此，一般只限用于工程應(yīng)急使用。

1.2垃圾滲濾液的深度處理

垃圾滲濾液主要來源于填埋場降水，其污染物主要來源于微生物對垃圾的分解和降水淋溶，水質(zhì)十分復(fù)雜且波動大，COD遠(yuǎn)高于城市污水，最高可達(dá)30000mg/L，可生化性差。此外，滲濾液還可能含有Fe2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Zn2+等多種金屬離子。在發(fā)酵階段，F(xiàn)e2+的濃度甚至高達(dá)2000mg/L、Ca2+高達(dá)4000mg/L。盡管A/O二段生化處理工藝已被廣泛用于垃圾滲濾液中的有機(jī)物降解和脫氮處理，但出水效果并不穩(wěn)定。為此，在利用機(jī)械過濾的基礎(chǔ)上，采用UF膜與A/O結(jié)合構(gòu)成MBR工藝，強(qiáng)化其對垃圾滲濾液中有機(jī)物的去除率。出水經(jīng)UF膜水泥分離后進(jìn)入納濾（NF）系統(tǒng)。利用NF能有效分離MBR產(chǎn)水中分子量為200～2000的有機(jī)物和部分高價金屬離子的特性，組成了MBR+NF+RO三膜聯(lián)合處理工藝。結(jié)果表明，該工藝運(yùn)行效果良好，出水水質(zhì)達(dá)到生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)。在運(yùn)行中，當(dāng)NF出水滿足排放要求時產(chǎn)水可直接排放，否則利用后續(xù)的RO系統(tǒng)繼續(xù)處理。

2結(jié)語與展望

目前，RO已經(jīng)成為各種污廢水深度處理或高品質(zhì)回用水處理不可或缺的核心技術(shù)，為了充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，以確保RO系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和降低水處理成本為宗旨，針對原水中的SS、易結(jié)垢的無機(jī)污染物及難降解有機(jī)物，組合處理工藝也由傳統(tǒng)的絮凝、沉淀、快速過濾+RO，發(fā)展到UF+RO或MBR+RO雙膜法、甚至MBR+NF+RO三膜法。RO系統(tǒng)的運(yùn)行一致伴隨著膜污染。隨著研究手段在分離純化和可視化方面的不斷進(jìn)步，從微觀結(jié)構(gòu)和污染形成機(jī)理方面探討膜污染產(chǎn)生根源，了解RO膜污染初期形成和污染加劇的關(guān)鍵因素，可為有效緩解和控制膜污染奠定理論基礎(chǔ)。建立更為科學(xué)的RO進(jìn)水潛在污染性預(yù)測方法，是RO深度處理污廢水工藝設(shè)計和運(yùn)行管理的技術(shù)保證。針對SDI值無法全面反映RO進(jìn)水水質(zhì)污染性（主要以生化處理出水為RO進(jìn)水）的現(xiàn)狀，采用MIF與不同孔徑膜結(jié)合替代SDI值被廣泛研究，而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的引入，值得期待。此外，高礦化度RO濃水的有效處理處置方法急待探索，高效降解有機(jī)物、低能耗處理是其所面臨的挑戰(zhàn)。

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[1]錢文婧，賀燦飛.中國水資源利用效率區(qū)域差異及影響因素研究[J].中國人口資源與環(huán)境，2011.

[2]朱洪濤，文湘華，黃霞.膜法水處理技術(shù)的最新進(jìn)展[J].中國給水排水，2007.

作者簡介：陳釗林（1996.1.4-），性別：男，民族：漢，職稱：學(xué)生，籍貫；廣西玉林，專業(yè)：給排水科學(xué)與工程，身份證號：450902199601042019.

羅家興（1997.04.15-），性別；男，民族：漢，職稱：學(xué)生，籍貫：四川宜賓

，專業(yè)：給排水科學(xué)與工程，身份證號：511502199704155177.