工業(yè)園區(qū)供水企業(yè)反滲透濃水制備次氯酸鈉的可行性分析

◇臨渙水務(wù)股份有限公司 趙世全 夏倫武 孟浩 張林 吳書龍 程鵬

依據(jù)某工業(yè)園區(qū)凈水生產(chǎn)企業(yè)反滲透濃水水質(zhì)特點，結(jié)合反滲透濃水再利用方式，提出反滲透濃水制備次氯酸鈉再利用途徑。提出了其制備方式、處理工藝流程選擇，并對其經(jīng)濟性進行了分析。利用反滲透濃水制備次氯酸鈉可實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益三者的有機統(tǒng)一。

1 引言

反滲透膜技術(shù)具備占地面積小、不用額外投加酸堿，操作簡單等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于海水、咸水淡化、化工產(chǎn)品濃縮和純水制備方面。在外力作用下，進水經(jīng)過反滲透膜分離，約25%進水量濃縮成為反滲透濃水，濃水中污染物濃度約為進水的3倍[1]，含鹽量高。工業(yè)園區(qū)純凈水生產(chǎn)企業(yè)為園區(qū)企業(yè)提供鍋爐用水，其制水工藝產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水水質(zhì)特征明顯有別于工業(yè)廢水，其水質(zhì)所含污染種類較簡單，回收再利用潛力巨大。若將工業(yè)廢水開展資源化利用，可顯著提高水資源的利用率、降低廢水的排放量，可顯著降低企業(yè)運行成本，提升企業(yè)社會責任，踐行環(huán)保形象，可實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益的有機統(tǒng)一。

2 反滲透濃水水質(zhì)特點

如表1所示，對某純凈水廠的原水水質(zhì)和反滲透濃水水質(zhì)進行測定，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，濃水的堿度、電導率、硬度、氯離子含量增加3倍左右，與相關(guān)研究研究結(jié)論相同[1]，但有機物、pH和氨氮含量變化較小，濁度顯著降低，與源水相比較，反滲透濃水的堿度、電導率、硬度、氯離子濃度都明顯增加。

表1 源水水質(zhì)和反滲透濃水水質(zhì)

3 反滲透濃水再利用的方式

目前，反滲透濃水再利用方式主要有三種：①反滲透濃水回流法，此法可以提高水資源回收率，但回流率較高，易導致結(jié)垢，影響RO膜的壽命，且動力成本較高；②濃水回用作生產(chǎn)用水[2]，由于反滲透濃水具有一定的壓力，利用反滲透濃水懸浮物含量低可用作過濾工藝中的反沖洗水，可節(jié)約濾后水沖洗用水，但小流量濃水阻礙其持續(xù)利用；③資源化利用[3]，考慮到濃水高鹽特性，可將含鹽水加熱使之沸騰蒸發(fā)，將濃縮液結(jié)晶制鹽，但高成本阻礙其應(yīng)用；或者利用高濃度的氯離子，可以考慮用于制備次氯酸鈉。

4 反滲透濃水制備次氯酸鈉的可行性分析

4.1 傳統(tǒng)消毒存在的問題

消毒是凈水處理工藝中重要的組成部分。液氯一直是水處理中廣泛使用的消毒劑，但隨著對易爆危險化學品運輸和儲存管控力度的日益強化，對液氯的運輸和儲存的要求增加給水廠生產(chǎn)管理難度，而次氯酸鈉的運輸、儲存和使用更為安全，消毒效果與氯氣相當，同時有利于降低水廠出廠水消毒副產(chǎn)物含量。商品次氯酸鈉是氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品，屬于化學危險品，具有較強腐蝕性，在運輸和使用也受到日益嚴厲的監(jiān)管，且在較高溫度和較長時間儲存時，可能發(fā)生分解反應(yīng)和歧化反應(yīng)，導致有效氯濃度不斷降低，歧化反應(yīng)還會產(chǎn)生對人體有危害的氯酸鹽等副產(chǎn)物。通過對安全風險、運行管理、生產(chǎn)成本等多因素的綜合分析，確定采用現(xiàn)場制備次氯酸鈉作為水廠消毒劑更經(jīng)濟。

4.2 反滲透濃水制備次氯酸鈉方式選擇

目前制備次氯酸鈉有化學法和電解法兩種方法，化學法主要是指用堿吸收氯堿工業(yè)產(chǎn)生的尾氣從而產(chǎn)生次氯酸鈉，為氯堿廠的副產(chǎn)品。電解法制備次氯酸鈉利用電作為驅(qū)動力，其強度大，效率高，反應(yīng)安全且生成的產(chǎn)品純度高[4]。如今商業(yè)上使用的不同類型的電解池中，最常見的是用稀鹽水或海水作電解液的無隔膜電解池[5]及氯堿電解池[6]。結(jié)合水廠反滲透濃水具有高含鹽量和低有害污染物的特點，相關(guān)研究者開展了以反滲透濃水作電解液用于制氯，表明反滲透濃水作為電解原料制備次氯酸鈉具有可行性。電解RO濃水制氯有隔膜法和無隔膜法兩種方法。與隔膜電解池相較，無隔膜電解池具有能夠降低槽電壓，減少能耗，操作簡單等優(yōu)點；在相同操作條件下，隔膜電解池相比于無隔膜電解池電流效率下降了8%，并且電能消耗增加[7]。一些研究表明電解時間、電流密度、電解質(zhì)濃度、溫度、pH、極板結(jié)垢、極板間距等因素都會影響無隔膜電解制備次氯酸鈉的電解效率[8]。因此，在實際工程中，無隔膜電解依靠更加經(jīng)濟，更加易于操作等優(yōu)勢而普遍運用于工業(yè)制氯。

4.3 反滲透濃水制備次氯酸鈉的工藝選擇

依據(jù)表1中水質(zhì)特點，由于反滲透排水水質(zhì)特征顯示含有較高濃度的氯離子，可對其水質(zhì)進行詳細分析，為減緩反滲透濃水中高濃度硬度對電極結(jié)垢的影響，優(yōu)先考慮去除濃水中硬度，可以依次投加石灰乳、氯化鈣、偏鋁酸鈉和碳酸鈉，提高濃水的pH到11，通過化學藥劑處理的方式可去除廢水中90%以上的硬度、硅以及重金屬和 70%以上的硫酸根[9]；再利用過濾或澄清器對出水進行深層過濾，去除懸浮物等雜質(zhì)。結(jié)合本廠實際情況，為進一步加大濃水回用效率，利用高壓泵對上述處理后濃水再次進行反滲透處理，反滲透出水回用，濃水進入弄水箱儲存，后通過軟化器再次降低濃水的硬度，同時為避免后續(xù)制備次氯酸鈉與水中有機物發(fā)生化學反應(yīng)生產(chǎn)消毒副產(chǎn)物，投加活性炭吸附去除有機物，最后加入鹽酸調(diào)節(jié)pH，并投加食鹽調(diào)節(jié)氯離子濃度，當氯化鈉溶液的濃度達到 3%～4%時[9]，將其送至次氯酸鈉發(fā)生器，通過電解制備次氯酸鈉溶液。

4.4 反滲透濃水制備次氯酸鈉的經(jīng)濟效益分析

反滲透濃水制備的次氯酸鈉可用于日常的和水處理中的殺菌消毒，對于大型生產(chǎn)純凈水的工廠，具有很強的實際意義，大量的濃縮廢水得到利用，降低了廢水的排放壓力的同時也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益，一舉兩得。假設(shè)以系統(tǒng)年運行2000 h，年處理濃水量為20000 t計算，水資源費為0.12元/m3，則每年可節(jié)省水資源費2400元；反滲透濃水進行深化濃縮、蒸餾等處理達到零排放，處理成本約為15元/m3左右，則每年可節(jié)省30萬元；設(shè)備運行成本約藥劑1.9元/噸和人工費4.9元/噸，電耗0.638元/h[10]，則每年的運行成本為13.73萬元；次氯酸鈉按照100元/t，年產(chǎn)值20萬元，綜合成本和收益，每年可獲得30萬元凈收益。此外，企業(yè)的社會責任也得到相應(yīng)地體現(xiàn)。

5 結(jié)論

通過分析水廠源水和反滲透濃水的水質(zhì)，結(jié)合反滲透濃水的利用方式，提出了反滲透濃水制備次氯酸鈉的再利用方式。依據(jù)水廠水質(zhì)特點，確定了反滲透濃水制備次氯酸鈉的方式和工藝流程，并進行經(jīng)濟性分析，將反滲透濃水制備次氯酸鈉可實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益三者的有機統(tǒng)一。