環(huán)保水處理類反滲透濃鹽水處理研究

伊超 趙焰

[摘 要]現(xiàn)代節(jié)能減排要求之下，采用化學(xué)法和膜法相結(jié)合的海反滲透技術(shù)可以有效發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，符合鹽水處理過程中的相關(guān)要求。在實(shí)際的環(huán)保水處理工作當(dāng)中，也應(yīng)該遵循工藝流程采取預(yù)處理、設(shè)計(jì)和運(yùn)行等各項(xiàng)工作，讓反滲透技術(shù)的特點(diǎn)得到發(fā)揮，濃鹽水的COD值也可以被控制在合理的范圍之內(nèi)，滿足達(dá)標(biāo)排放的要求（通常情況下排放標(biāo)準(zhǔn)為COD值<50）。

[關(guān)鍵詞]環(huán)保稅處理;反滲透;濃鹽水處理

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2021.24.071

1 反滲透技術(shù)的原理與技術(shù)應(yīng)用

1.1 技術(shù)原理

滲透本身是一種非常常見的物理現(xiàn)象，早在18世紀(jì)就已經(jīng)有了有關(guān)滲透方面的研究內(nèi)容，當(dāng)時(shí)的法國科學(xué)家Nollet首次發(fā)現(xiàn)豬的膀胱內(nèi)水分可以擴(kuò)散到豬膀胱之外的酒精溶液當(dāng)中。這說明滲透過程需要通過半透膜以及兩種不同溶液的相互作用，在不受到外界作用力的前提下讓一種溶液或另一種溶劑通過選擇性半透膜進(jìn)入另一種溶液當(dāng)中的過程。這種自然影響下的推動(dòng)力本身依據(jù)的是兩種溶液當(dāng)中的壓力差——滲透壓。滲透壓和施加壓相同時(shí)，溶液當(dāng)中的溶劑便不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，整個(gè)滲透過程也會(huì)處于一種相對(duì)平衡的狀態(tài)。反之，當(dāng)假壓力高于自然滲透壓時(shí)，滲透的方向就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，某一種溶液就會(huì)朝著另一種溶液而移動(dòng)。

在現(xiàn)代技術(shù)的支持下，反滲透技術(shù)的原理已經(jīng)被證實(shí)，用于制作反滲透膜的材料主要包括兩種：一種是醋酸纖維素，或是在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來的三醋酸纖維素，此類材料的來源比較簡單，成本較低，不過在高溫、強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境下會(huì)有水解的可能性;另一種材料則是芳香族聚酰胺，以復(fù)合形態(tài)表現(xiàn)，此類材料的物化特點(diǎn)比較穩(wěn)定，對(duì)于強(qiáng)堿和高溫的抗性良好，不過抗酸性能比較差。因此在后續(xù)的研究當(dāng)中還有針對(duì)強(qiáng)化耐熱性能或是耐酸性能開發(fā)的其他材料類型等。

1.2 技術(shù)應(yīng)用

20世紀(jì)60年代后期，研究者們開始針對(duì)環(huán)保水處理或是海水淡化工作進(jìn)行分析，且反滲透技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)成了一種經(jīng)濟(jì)性方法。[1]反滲透的整個(gè)過程不涉及復(fù)雜的工藝流程，操作難度比較低，且反應(yīng)溫度比較溫和，不會(huì)發(fā)生相變情況，能耗也處于比較低的水平。因此反滲透技術(shù)的此類特點(diǎn)也讓其應(yīng)用在了后續(xù)的超純水制備環(huán)節(jié)，并且讓水質(zhì)保持穩(wěn)定，節(jié)約了酸堿消耗的同時(shí)對(duì)成本進(jìn)行了節(jié)約。在城市廢水、污水處理方面反滲透技術(shù)的優(yōu)勢同樣比較顯著。

但需要注意的是，反滲透技術(shù)考慮到滲透壓和膜性能的不同影響，對(duì)于一些組成成分比較復(fù)雜的水質(zhì)，在技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)上比較高。例如當(dāng)水中含有大量的無機(jī)鹽、氧化劑等。此時(shí)為了確保整個(gè)反滲透過程可以正常進(jìn)行，減少對(duì)于反滲透膜的無端損害，會(huì)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，包括增加絮凝劑之后對(duì)于懸浮固體的過濾、使用活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附、使用酸性物質(zhì)將水中的碳酸根去除等。

2 反滲透濃鹽水的處理工藝

2.1 高級(jí)氧化工藝

高級(jí)氧化工藝的特點(diǎn)在于可以有效處理一些難于處理的有機(jī)污染物或是高濃度、高毒性的廢水，在改善水質(zhì)和可生化性方面效果突出，二次污染程度較低，在近年來的水處理技術(shù)當(dāng)中扮演著非常重要的角色。它使用紫外光、可見光與催化劑在水處理的環(huán)節(jié)當(dāng)中產(chǎn)生不同類型的活性自由基，再通過自由基鏈反應(yīng)將一些有機(jī)大分子物質(zhì)分解成為小分子物質(zhì)，將其逐漸氧化成為二氧化碳和水。整個(gè)反應(yīng)環(huán)節(jié)當(dāng)中羥基自由基的作用顯著，氧化還原電位越高，說明氧化性能越為突出。

該技術(shù)方法得到廣泛應(yīng)用的原因在于可以產(chǎn)生無選擇性的自由基直接或間接起到氧化功能來降低污水的COD值。另外整個(gè)反應(yīng)過程非常高效，可以在短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到處理目標(biāo)，氧化過程完全氧化的產(chǎn)物是二氧化碳和水，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，可以將該技術(shù)作為水深度處理技術(shù)。不同的氧化技術(shù)可以單獨(dú)使用，也可以交叉使用。例如臭氧氧化法，速度快且適用范圍較廣，不會(huì)產(chǎn)生二次污染情況，整個(gè)有機(jī)物的氧化過程表現(xiàn)在直接氧化產(chǎn)生的臭氧分子反應(yīng)、有機(jī)物氧化等。臭氧分子可以被作為偶極試劑并產(chǎn)生加成反應(yīng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程會(huì)在酸性的環(huán)境下進(jìn)行。在濃鹽水處理環(huán)節(jié)，一些反應(yīng)速率常數(shù)較大的有機(jī)物氧化反應(yīng)會(huì)最先進(jìn)行，一些反應(yīng)速率常數(shù)比較低的有機(jī)物在經(jīng)過臭氧氧化之后轉(zhuǎn)換為小分子有機(jī)物，其水質(zhì)的可生化性能得到大幅改善。但考慮到臭氧的使用成本終究比較高，在水中的溶解度并不突出，容易出現(xiàn)分解，如何加強(qiáng)此類材料的應(yīng)用問題顯然成了后續(xù)研究的重點(diǎn)。但總體來說高級(jí)氧化工藝得到了廣大研究者的重視，特別是催化氧化環(huán)節(jié)使用的催化劑一直就是研究重點(diǎn)。相比于單調(diào)的臭氧氧化方法，臭氧催化氧化工藝對(duì)于污染物氧化效率的提升效果更佳。

而電化學(xué)氧化法在通電之后陰陽電極產(chǎn)生的高電位性和催化性能在電解過程中會(huì)將有機(jī)物轉(zhuǎn)變成為更加利于生物降解的小分子有機(jī)物。直接電化學(xué)氧化過程也可以一些難以降解的有機(jī)物在電極表面直接產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)環(huán)節(jié)的電勢可以將有機(jī)物在陽極進(jìn)行氧化后再生成最終的產(chǎn)物二氧化碳和水。在濃鹽水的處理過程當(dāng)中電化學(xué)氧化法不需要增加額外的化學(xué)藥劑，且電源電流、電壓調(diào)節(jié)難度比較小，電解環(huán)節(jié)當(dāng)中也不會(huì)受到大量有害物質(zhì)的干擾，二次污染情況控制穩(wěn)定。雖然電極在電解過程中也會(huì)面臨被氧化的情況，成本與能耗可能會(huì)增加，但整體來看它作為一種高級(jí)氧化工藝，技術(shù)優(yōu)勢非常明顯。[2]

2.2 物理與化學(xué)處理方法

物理與化學(xué)處理方法包括吸附法、沉淀法兩種類型。其中吸附法的原理相對(duì)來說比較簡單，是直接利用多空結(jié)構(gòu)的固體吸附劑來將其中的有機(jī)物全部吸附以達(dá)到去除的作用，同時(shí)該方法可以有效將水中的溶解物質(zhì)進(jìn)行處理，讓廢水當(dāng)中一些難以氧化的部分（雜環(huán)化合物）等可以去除。

相比而言，混凝沉淀法可以將膠體和較大的顆粒物去除，且反滲透濃鹽水當(dāng)中的物質(zhì)包括生化殘留微生物、溶解性一般的還原性膠體類物質(zhì)或是溶解性較好的難生化降解物質(zhì)。其中的不溶性物質(zhì)可以直接通過混凝沉淀的方式去除，且膠體表面有電荷存在，外層被水分子包裹之后可以讓膠體之間無法相互接觸，在水溶液當(dāng)中保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)。如果在廢水或是濃鹽水當(dāng)中加入混凝劑，那么一些細(xì)小的膠體顆粒通過相互接觸的方式就可以變成一個(gè)比較大的顆粒然后沉淀，起到凈化效果。常用的混凝劑類型包括無機(jī)混凝劑（硫酸鋁、硫酸鐵）和有機(jī)混凝劑（水溶性苯胺樹脂、聚丙烯酰胺）。如果單獨(dú)使用某一種混凝劑效果不明顯也會(huì)采取聯(lián)用方法，具體根據(jù)工作要求而決定。