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反渗透浓水处理现状与研究进展

[导读]采用反渗透膜工艺处理污( 废) 水,会产生约 1/3的浓缩水( 浓水) ,浓水中多含有危 害人类健康和生态环境的难生物降解有机物质,其污染问题亟待解决。讨论了浓水中的主要污染 物,国内外对反渗透浓水的处理途径及方法,分析了各种处理方法的优、缺点,并展望了电化学法处 理反渗透浓水的前景-艾科浦

 城市污水厂采用反渗透(RO) 工艺制备回用水 的过程中会产生浓水,其中含有各种有机和无机污 染物,若直接排放可能会对土壤、地表水、海洋等产 生污染; 若排入市政污水处理系统,过高的总溶解性 固体对活性污泥的生长也非常不利。将海水淡化厂 被高度浓缩的 RO浓水以及由清洗剂、阻垢剂引入 的化学物质直接排入环境,也必然会产生不利影响。 1 RO浓水中的污染物 ① 溶解性有机物(DOM) Pe t e rM. C. 研究了美国环境保护署公布的 129 种优先控制污染物的水质判断、污染物在水环境中的归宿、理化性质等方面的文献资料,指出其中 45 种主要富集在水中。 DOM中对人类和环境危害重 大的污染物有:a . 内分泌干扰物, Ng h i e m等[ 1] 通过 试验指出 NF /RO工艺产生的浓水和清洗水会浓缩 大量的内分泌干扰物;b . 药物, Ra d j e n o v i c等[ 2 ] 发现 饮水厂的纳滤和反渗透浓水中可检测到每升几百纳 克的药物残留,而这些浓水被排入附近的一条河流; c . 病原菌, I v n i t s ky等[ 3] 指出微生物种群、胞外聚合 物的形成和累积对降低膜的渗透性影响很大,而病 原细菌生物膜的形成会影响浓水的安全排放,以及 回用水的可持续利用。

② 总溶解性固体(TDS ) TDS是溶解在水里的无机盐和有机物的总称。 主要成分有钙、镁、钠、钾离子和碳酸根离子、碳酸氢 根离子、氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子。 T DS值 越大,说明水中的杂质含量越大,水的电导率值也越 大; 反之,杂质和电导率就小。

2 国内 RO浓水处理方式 ① 回流法。 RO浓水回流可提高回收率,增 大膜表面冲洗流速,减少污堵; 但回流率过高,又会 使进水盐度升高,增加膜的负担,影响膜寿命。 ② 回用作生产用水。由于 RO浓水中无悬浮 物,含阻垢剂且有压力,可用作过滤装置的反冲洗 水、除尘水、冲灰冲渣水、冷却水; 或经过简单处理后 混入原水回收。如果浓水中含环境优先控制污染 物,则需慎重使用。 ③ 资源化利用。可采用水力涡轮增压器、功 交换器和压力交换器等利用余压产能; 海水淡化厂 的 RO浓水用于制盐,可节约盐田,缩短晒盐周期; 预处理后适当勾兑,可用于海产品养殖。 ④ 蒸馏浓缩。膜蒸馏(MD) 技术是一项新技 术,在常压下利用温差可将浓水尽可能地回收( 回 收率 >95%) 甚至结晶化,但目前经济、高质量的疏 水微孔膜尚未研发成熟。 国内 RO浓水处理实例见表 1

3 国外 RO浓水处理方式 美国饮用水工业调查分析了产水量 >95 m 3/d 的 137个膜装置的类型和浓水处理方式( 如表 2所 示) ,其浓水的处理程度很低,故寻求更经济和环境友好的浓水处理技术迫在眉睫。

3. 1 回流法 L e w等[ 15] 的浓水回流试验表明,当回流率为 80%时,膜装置运行正常。Ni n gRY等[ 16]指出反渗 透的回流率最高可达 90%,但易导致结垢现象。 F i g u e r u e l o等[17]的试验表明当体积浓缩因子为 2. 5 ( 浓水回流比为 60%) 时, 能维持稳定的出水量。 S i n g h [ 18]指出苦咸水淡化厂通过增设浓水回收膜系 统,可使淡水总回收率从 75%上升至 87%~ 90%。

3. 2 直接或间接排放 ① 排入地表水或海水。该法是处理浓水最常 用的方法,高效价廉,但 RO浓水中的有害物质及离 子会影响到受纳水体的水生环境或对水源产生污 染[ 19] 。将 RO浓水排放口设在远离海岸的地方,会 减小其对海岸及海洋环境的影响[ 20、21] 。若利用潮 汐周期规律排放浓水,稀释扩散效果更好,但需要浓 水储存池,只适于小型海水淡化厂[ 22 ] 。 ② 排入污水处理系统。远离含盐水体的淡化 厂可将浓水排入污水处理系统,但浓水的流量不宜 过大,否则会影响污水厂生物处理工艺的稳定运行。 ③ 深井注入地下。将浓水注入土地的场所要 慎重选择,注入管应做防腐处理,还需在线监测周围 的土壤。 Ni n g等[23] 将 RO浓水混凝、沉淀、过滤处 理后一部分排入沙漠深井,另一部分回流, 继续处 理。 ④ 排入垃圾填埋场。浓水可作为液体废物处 理,也可加入凝固剂后作为固体废物处理,减少渗滤 液的渗透和泄漏,从而减轻环境危害[ 13] 。

3. 3 综合利用 ① 资源回收。浓水有时比渗透液更有价值, 尤其是食品行业,在化学和制药工业也常用压力驱 动膜来浓缩有机溶剂。Al l e g r e等[ 24] 用过滤 /中和/ 纳滤 /反渗透工艺处理染料废水,纳滤排出的浓缩染。

料、反渗透排出的浓缩盐水可多次回用,既减少了原 料投入,又减少了废水排放量。 ② 灌溉用水。浓水可灌溉耐盐度高的植物、 产籽类作物,还可作为生态景区的补充水,但当地的 地质也必须适合浓水灌溉,需要密切监测地下水或 受纳水体的污染情况。Fi o n a等[25] 用海水灌溉油籽 类盐土植物,生长季过后植物生长良好。 3. 4 蒸发浓缩 浓水的蒸发塘法适用于气候炎热、蒸发率高、年 降雨量低、土地广袤、地价低廉的地区[ 26、27] ,且要做 好防渗工作,保护地下含水层。

3. 5 污染物的去除 ① 吸附。颗粒活性炭预处理主要去除疏水性 和可生物降解性的 DOM [ 28] ( 减少 80% ~ 90%的 DOM) ,使膜渗透稳定、渗透液质量提高。 ② 生物法。厌氧生物系统可以降解多种染 料,在纺织废水和浓水处理方面也是可行的。然而, 厌氧法处理 RO浓水的研究尚处于开始阶段,需解 决高盐度和有机组分抑制或毒害微生物等问题。 ③ 焚烧。含高浓度有机物的垃圾渗滤液可焚 烧处理,且这种方法能从废水中获取能源,但危险废 物焚烧必须在回转窑焚烧炉中进行[13] 。 ④ 高级氧化。臭氧和过氧化氢氧化高效但昂 贵; Fe n t o n试剂法对一些有机物有效,但氧化程度较 低; Ti O 2 光催化氧化法高效且经济,但催化剂回收 难。Va nHe g e [ 29 ] 等研究了城市污水和纺织废水混 合处理厂的 RO浓水的处理,结果表明,电化学法可 有效去除 RO浓水中的氨氮、COD和色度。

4 电化学法

4. 1 电解法 电解法处理 RO浓水的优点有: 高盐度确保了 良好的电导率,从而降低了电耗; 氯化物含量高有利 于电解产生强氧化剂( 如次氯酸盐) ,增强间接氧化 的效果; 氧化氨氮和难降解有机物可以同时进行。 此外,当溶液呈酸性且有氧气存在时,阴极上还 会产生类 Fe n t o n反应,可以利用· OH的强氧化性 来降解有机物。 电解法广泛地应用于纺织、染料、酿酒、制革、制 药等工业废水的处理,以及垃圾渗滤液和城市污水 的治理。Ba d r u z z a ma nM等[ 30]采用电解产氯技术处 理污水厂的 RO浓水,副产品次氯酸钠和氢气的回 收可显著降低运行成本。 He g e等[31] 使用硼掺杂金

刚石电极处理 RO浓水,结果显示浓水中的难降解 有机物和氨氮能得到有效的去除。采用不同电极降 解各种废水的能耗统计见表 3。

 由表 3可见,电解法是很有前景的处理难生物 降解有机废水的方法。

4. 2 联合电解法 ① 光电协同。将光化学与电化学联合运用, 在电 Fe n t o n的基础上,引入紫外( 可见) 光辐射,又 称光电 Fe n t o n 。全燮等[43] 利用直接阳极氧化法制 备了 Ti O 2 纳米管电极,光电催化降解 5 -氯酚,对 T OC的去除率达到 70%, 明显表现出光电协同特 性。 ② 声电氧化。将超声引入电解反应,可增强 液相传质,提高处理效率,去除或改善电极钝化。但 同时又会加速电极的腐蚀与磨损,导致电极表面的 催化特性改变。Le i t e等[44] 用声电联合法氧化废水 中的 2, 4 -二羟基苯甲酸,超声促进了阳极氧化反 应。

5 结语 RO浓水主要包括盐、TDS和 DOM , DOM中又 包含内分泌干扰物、药物和病原菌等对环境产生严 重危害的优先控制污染物,因此寻找经济高效的 RO浓水处理方法,对保护环境的意义重大。国内外对 RO浓水的处理方式有: 提高回收率、直接或间 接排放、综合利用、蒸发浓缩以及去除污染物。电解 法设备简单、高效、清洁,如何高效地降解有机物和 降低能耗是该方法处理 RO浓水所面临的挑战。另 外,选择合适的处理方法还要考虑法律许可、处理费 用、当地条件、工程规划、公众的可接受性等因素。


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