反滲透濃水資源化回收利用探討

　　01

　　基本情況

　　廢水為一級反滲透除鹽裝置排水-濃鹽水。反滲透(RO)工藝制備純水的過(guò)程  中會(huì )產(chǎn)生濃水，其中含有各種有機和無(wú)機污染物，若直接排放可能會(huì )對土壤、地表水、海洋等產(chǎn)生污染；若排入市政污水處理系統，過(guò)高的總溶解性固體對活性污泥的生長(cháng)也非常不利。被高度濃縮的RO濃水以及由清洗劑、阻垢劑引入的化學(xué)物質(zhì)直接排入環(huán)境，也必然會(huì )產(chǎn)生不利影響。因此尋找經(jīng)濟高效的RO濃水處理方法，對保護環(huán)境的意義重大。

　　02

　　技術(shù)路徑

　　2.1、概述

　　反滲透膜分離技術(shù)，由于它具有物料無(wú)相變、相對能耗低、除鹽效果好、處理工藝成熟可靠，設備簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高，易于運行和管理等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)在許多行業(yè)得到廣泛的應用。但是，目前反滲透技術(shù)一般的設計產(chǎn)水率為75%，實(shí)際產(chǎn)水率更低，大約會(huì )產(chǎn)生30%的濃鹽水。若原水是水質(zhì)非常差的地下苦咸水，或者海水，濃水產(chǎn)生量會(huì )更大，可能達到50%。當前很多反滲透工藝產(chǎn)生的濃水都不經(jīng)處理直接排放，造成水資源和能源的浪費，同時(shí)對周?chē)沫h(huán)境造成污染。

　　針對反滲透濃水，當前的研究主要圍繞三個(gè)目的展開(kāi)：減量化——優(yōu)化反滲透工藝設計，減少濃水的產(chǎn)生量；無(wú)害化——針對反滲透濃水直接排放可能對環(huán)境造成危害這一狀況，探索經(jīng)濟有效的處理手段，將危害減輕；資源化——探索反滲透濃水再利用的途徑，變廢為寶。

　　事實(shí)上，反滲透濃水的回用需要考慮多種因素，這三個(gè)目的都不是孤立的，而是需要綜合考慮，互為補充。

　　2.2、以排放為目的

　　※單獨處理排放

　　反滲透濃水的主要問(wèn)題是鈣鎂等離子含量高，硬度高。一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的軟化處理即可實(shí)現達標排放。軟化主要采用投加石灰、純堿等堿性物質(zhì)的方法，利用它們同濃水中的鈣鎂等物質(zhì)發(fā)生反應，生成碳酸鹽沉淀，而從水體中去除，降低濃水的硬度，減少其對環(huán)境的危害。

　　以下是其化學(xué)反應方程式：

※混入其他廢水共同處理

　　對于絕大部分生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，除了制水車(chē)間產(chǎn)生的反滲透濃水以外，還會(huì )產(chǎn)生其他各種廢水。例如生產(chǎn)車(chē)間排放的生產(chǎn)廢水、廠(chǎng)區生活廢水等。對每種廢水分門(mén)別類(lèi)，進(jìn)行單獨處理往往并不經(jīng)濟。因此大部分企業(yè)選擇在分流一些特殊廢水，將各類(lèi)廢水混合后一起處理。

　　反滲透濃水的水質(zhì)狀況是硬度高、含鹽量高，而像濁度、COD等重要污染指標都很低。將反滲透濃水混入其他廢水中，可以起到一定的稀釋調節的作用，進(jìn)而降低混合廢水處理系統的進(jìn)水污染負荷。

　　而有些企業(yè)生產(chǎn)廢水中含有大量的碳酸鈉、氫氧化鈉等堿性物質(zhì)，可以同反滲透濃水中的鈣鎂反應，生成氫氧化物或碳酸鹽沉淀，降低水體硬度。

　　例如，某鋁業(yè)的熱電廠(chǎng)對其反滲透濃水處理系統進(jìn)行改造。將生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的廢堿水與反滲透濃水混合，去除鈣鎂硬度后實(shí)現濃水回用于生產(chǎn)，降低生產(chǎn)用水成本約176萬(wàn)元/年。

　　2.3、以減量化為目的

　　減量化是針對反滲透系統的本身來(lái)說(shuō)的，如果反滲透系統設計合理，并且企業(yè)的進(jìn)水水質(zhì)狀況穩定，系統濃水的產(chǎn)生量就能夠控制在一個(gè)最佳的比例。在反滲透系統設計時(shí)，有兩個(gè)方法可以提高系統的回收率，即減少濃水的產(chǎn)量。一個(gè)是增加水流經(jīng)過(guò)反滲透膜組件的長(cháng)度，另一個(gè)就是濃水回流。

　　增加水流經(jīng)過(guò)的反滲透膜組件的長(cháng)度。

　　水流在反滲透膜元件中流動(dòng)的同時(shí)，淡水不斷地透過(guò)膜，實(shí)現濃水和淡水的分離。從理論上說(shuō)，水流經(jīng)的膜元件越長(cháng)，則淡水的產(chǎn)量越大，回收率越高。而由于便利性、標準化等問(wèn)題，市場(chǎng)上各類(lèi)膜元件的長(cháng)度規格已確定，但可以按照工藝要求串聯(lián)成膜組件。而由于流量和壓力的遞減，膜組件也不能過(guò)長(cháng)，需要進(jìn)行分段，即多個(gè)膜組件的串聯(lián)。

　　因此，在保證出水質(zhì)量和系統穩定的前提下，為了減少濃水的產(chǎn)生量，提高系統回收率，可以在反滲透設計時(shí)適當的增加段數。

　　但相對的，膜系統的加長(cháng)，需要增大膜的推動(dòng)力，即泵的功率需要增大或者增加泵的數量。因此，系統的設備投入和運行的能耗成本會(huì )增加。

　　濃水回流：

　　濃水回流，就是將反滲透系統產(chǎn)生的一部分濃水回流到高壓泵前，同進(jìn)水混合后再次進(jìn)入膜組件，進(jìn)行反滲透處理。這也是一種提高反滲透系統回收率的有效手段。尤其是對于系統產(chǎn)水量不大，水流無(wú)法流經(jīng)12m長(cháng)的膜組件時(shí)，十分合適。

　　但是由于濃水回流，進(jìn)水處的污染物濃度會(huì )提高，反滲透系統結垢的風(fēng)險也進(jìn)一步增大，因此，必須加強反滲透系統的運行控制和管理。如果生產(chǎn)企業(yè)使用的反滲透系統進(jìn)水水質(zhì)穩定，并且優(yōu)于設計值，系統的處理能力尚有余力，也可考慮用該方法對系統進(jìn)行改造。

　　例如，某化工公司的反滲透系統的進(jìn)水TDS比設計值小了約40%。為提高回收率，對其進(jìn)行改造，使部分反滲透濃水回流，與原水按比例混合后再進(jìn)行反滲透處理。實(shí)際運行中通過(guò)嚴格控制進(jìn)水含鹽量，系統回收率，運行溫度等參數，在保證穩定運行的同時(shí)，大大減少了濃水的排放。

　　也有部分工廠(chǎng)反滲透濃水含鹽量較低，可以進(jìn)行部分回流，部分回用于過(guò)濾器的反沖洗的改造，能夠大大減少了濃水的排放量，降低生產(chǎn)成本。

　　2.4、以回用為目的

　　根據反滲透的原理和國內外眾多實(shí)際運行案例，即使反滲透系統設計合理，使得回收率達到最佳，系統產(chǎn)生的濃水比例也得至少占到進(jìn)水量的25%左右。對于鋼鐵、化工等行業(yè)的用水大戶(hù)來(lái)說(shuō)，每小時(shí)產(chǎn)生的濃水量可以達到上百?lài)?。若作為廢水處理后排放，會(huì )浪費大量的能源和水資源。所以找到合適的濃水回用途徑，實(shí)現廢水替代部分新水具有重要的現實(shí)意義和環(huán)境綜合效益。

　　從國內外一些工程案例來(lái)看，反滲透濃水的回用的方式有很多。大多都需要根據企業(yè)自身的生產(chǎn)特點(diǎn)。濃水可以回用于企業(yè)內其他合適的車(chē)間。也可以代替原先使用的自來(lái)水，用作廠(chǎng)區如沖洗、清掃等。

　　近幾年，為響應國家節能減排，構建循環(huán)經(jīng)濟社會(huì )的號召，反滲透濃水回用項目在國內遍地開(kāi)花，有大量的工程實(shí)例可供借鑒。

　　某工廠(chǎng)利用反滲透濃水的壓力將其置于高位水箱中儲存，再按照需要將水用于冷凝沖車(chē)、沖地、酒桶外壁清洗和車(chē)間打掃衛生等。三個(gè)月就實(shí)現節約水費2.5萬(wàn)元，節約煤費5.8萬(wàn)元，不到一年就能收回投資成本。

　　某鋼廠(chǎng)用反滲透技術(shù)將鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的冷卻水、生活廢水等處理成脫鹽水，并考慮將濃水用來(lái)反沖洗反滲透預處理系統中的多介質(zhì)過(guò)濾器。企業(yè)一次投資5萬(wàn)元，每年可節約50萬(wàn)m3用水，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。

　　某熱電站將反滲透濃水用于鍋爐沖灰，使灰渣得到了更好的沉淀效果，并且使循環(huán)水補水量減少了110t/h，加藥量降低了10%。

　　某啤酒廠(chǎng)，將原本需要處理后排放的反滲透濃水作為鍋爐的水膜除塵器用水，可以實(shí)現年節約用水9萬(wàn)噸，節省水費和排污費共20萬(wàn)元/年。

　　國內某集團公司，將純水生產(chǎn)中反滲透和前級超濾設備排放的濃水回收利用，作為工藝廠(chǎng)房排氣洗滌塔的稀釋噴淋水補水。經(jīng)過(guò)改造后，系統節水25m3/h，每年可節約21萬(wàn)噸自來(lái)水，半年即可收回投資，節能減排效益非?？捎^(guān)。

　　總之，大量的工程實(shí)例告訴我們，充分考慮企業(yè)自身狀況，使反滲透濃水在企業(yè)內部進(jìn)行消化，是一種有效處理反滲透濃水，合理利用水資源的手段。

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　　工藝流程的確定

　　水處理工藝的選擇是水處理處理工程成敗的關(guān)鍵，處理工藝是否合理直接關(guān)系到水處理設施的處理效果、運轉的穩定性、投資、運行成本和管理水平等。因此水處理工藝的選擇首先應結合工廠(chǎng)的實(shí)際情況，綜合考慮廠(chǎng)內各種作用因素，慎重選擇適合本廠(chǎng)的水處理工藝，以達到水處理設施的最佳處理效果及最好的經(jīng)濟、社會(huì )和環(huán)境效益。

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　　工藝選擇的思路

　　根據工廠(chǎng)的實(shí)際情況，選擇工藝流程應滿(mǎn)足處理要求的同時(shí)適應工廠(chǎng)的實(shí)際需要，目前工廠(chǎng)內排放廢水為一級濃水，一級濃水屬于結垢型水質(zhì)；由于4倍濃縮的緣故，其含鹽量高、硬度高、水質(zhì)穩定、基本不發(fā)生pH的顯著(zhù)波動(dòng)，屬于高礦化度咸水。根據現有RO工藝的運行管理經(jīng)驗，確定一級RO濃水回收工藝仍為RO工藝，即濃水反滲透工藝處理一級反滲透排放濃水方案。

　　本項目原水水溫隨季節性波動(dòng)較大，為保證濃水處理反滲透裝置長(cháng)期穩定運行，反滲透裝置前設置原水加熱系統—板式換熱器。熱源：低壓蒸汽。

　　主體工藝采用濃水一級反滲透+濃水反滲透+三效蒸發(fā)工藝（單獨設計）。

編輯：王媛媛