水处理物化技术

反渗透膜处理技术的研究摘要：膜过滤技术是一种高效、低能耗和易操作的液体分离技术同传统的水处理方法相比具有处理效果好可实现废水的循环利用和对有用物质回收等优点。本文论述了反渗透(R0)技术工艺，研究了反渗透技术与超滤的组合工艺，并讨论了反渗透技术研究方向和发展前景。关键字：反渗透技术超滤—反渗透组合工艺研究方向目前，针对废水回用技术的发展以及生产线对回用水质和水量的要求，较难处理的废水回用技术已经逐渐采用膜分离法。膜分离法包括扩散渗析法、电渗析法、反渗透法、超滤法等。这些方法能有效地从生产废水或者重金属废水中回收金属或使生产废水再生回用至生产线，如图为几种膜过滤功能的对比图，可以看出，微滤膜、超滤膜、纳滤膜所截留的只是废水中的某几种物质，只有反渗透膜截留的对象是所有的离子，仅让水透过膜，出水为无离子水，可以直接回用于对水质要求高的生产线。在对废水进行处理时，膜技术具有选择性，微滤，超滤以及纳滤对某些物质的去除优于反渗透膜，但是对于所有离子特别是盐的除去不及反渗透技术，因而，反渗透广泛的运用于污水的回用中［1］。细菌、病毒、蛋白质等大BOD、细菌、病毒、蛋白质等大BOD、COD、金属悬浮颗粒"(分子有机物"(离子等污染物"A1A1超滤屮纳扛孔径0.l-10gm^截留分子量截留分子量1OOOO-3OOOOO150-1000的"的物质"物质"反渗透"

盐截留率"图1几种膜过滤功能的对比图反渗透技术反渗透膜技术是以压力为驱动力的膜分离技术，利用膜的选择透过性而使不同的物质得到分离。该技术是从海水、苦咸水淡化研究中发展起来的，通常称为“淡化技术”。我国反渗透膜技术开发始于20世纪60年代，80年代进行反渗透复合膜的研究开发，开始步入产业化［2］。近年来，由于制造成本的大幅降低，反渗透膜技术应用的不断成熟，使反渗透设备在工业领域和民用领域得到了空前的应用。反渗透技术成熟，工程应用广泛，具有优良的脱盐、脱色性能，对总硬度、氯化物、总碱度、硫酸根以及钠离子的去除率达95%,出水浊度V0.5NTU,色度几乎无法检出，该技术应用于工业废水回用是符合行业发展需要的，在技术上也是可行的。废水经过预处理后利用高压水泵打入反渗透膜处理系统,废水中BOD、COD、细菌、铜离子、钠离子等物质被反渗透膜截留,一部分渗透液（透析液）为纯水,各项指标均可达到符合生产用水的要求,可直接回用于生产线用水,另外一部分为浓缩液仍可达标排放。处理工艺流程见图2。图2反渗透系统简化流程示意图预处理部分由原水集水池（进水调节池）、pH调节槽、混合-絮凝池、辐流式沉淀池、中间水池、机械过滤以及活性炭过滤器等组成［3］,预处理流程见图3。图3预处理系统经过实验和实际运行情况证明,单级单段反渗透膜工程设计回用率为50%最为合理,若回用率高于50%,则不但加重膜系统运行负荷,回用水质量下降,而且会使外排浓缩液含杂质过多,达不到国家一级排放标准,需重新排入污水系统进行二次处理,导致处理成本上升。有研究显示,废水回用率设定在50%时,设备运行2天后,产水量无明显变化,保持在5.0t/h左右,而将回用率提高到55%后，仅运行16h，产水量就从5.0t/h下降至4.7t/h，降幅达6%,这将不利于反渗透膜系统的长期运行［4］。

整个废水回用的系统为了保证膜出水水质的达标及膜原件的使用寿命，进入废水回用反渗透膜处理系统的水质有一定的要求，具体水质要求见表1。反渗透膜产水一般作为纯水直接应用于生产线，必须满足其生产水质要求，其一般产水水质可达到如下表1所示水质标准。表1反渗透系统进出水水质指标名称CODmg/l硬度mg/l电导率4/cm色度稀释倍数pH值无量纲浊度NTU进水水质<50<80<3200<255.8-8.0<1.0一般设计出水水质<10<30<13026.5-7.5<0.2正常运行的废水回用系统其废水经反渗透膜处理后，产生的浓缩液满足GB4287-92的一级排放标准，可达标排放，其流程图如图4：图4反渗透回用水处理李健［5］等研究者对反渗透膜废水回用技术在工业废水回用中的应用研究结果表明，反渗透系统处理印染废水、PTA废水及钢铁工业废水运行稳定，脱盐效果显著，脱盐率在95%以上，Cl、Na等的平均去除率分别为95%、90%以上，出水电导率降低至150ys/cm以下，出水水质全面达到了《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)标准。黄晋强⑹在二级反渗透技术应用于工业废水回用中，采用预处理系统-二级反渗透系统-纯水输送系统3个部分组合处理电镀废水，系统运行2年以来，除添加絮凝剂、PH调节剂和定期更换5卩过滤芯外,系统仅仅只进行了1次药物清洗，运行状态一直稳定在设计使用要求范围，此外，整个回用系统还经受了因赤潮而造成的原水(进水)水质恶化问题，但是系统却能始终保持二级RO产水电导率W2ys/cm。2004年国家海洋局杭州水处理技术开发中心⑺为浙江省台州大昌汽车配件有限公司设计和建造了处理量为60m3/d铝氧化废水处理和回用的反渗透系统，该系统由三部分组成，即原水预处理部分、反渗透部分和负压蒸发系统。预处理系统由原水池、提升泵、袋式滤器、碳纤维滤器及保安滤器组成；反渗透部分分为一级RO系统和二级RO系统，经过一级系统的处理，废水中75%的水分被分离出来，产水电导率WlOOys/cm,而绝大部分的金属离子被高截留率的反渗透膜截留在浓缩液中，浓缩倍数达到4，平均通量为2.14m3/h，平均脱盐率为98.1%；而经过二级系统的处理，一级浓缩液再浓缩了5倍，平均通量为0.542m3/h,平均脱盐率为99.2%,并送至蒸发系统，两级RO产水均进入RO产水箱回用到生产线上，形成良性的清洁化生产的循环用水系统。整个系统运行2年多以来，各项指标均超过设计要求，脱盐率$97%,水回收率100%,浓缩倍数$20倍，产水完全符合回用水标准。因而，反渗透系统产水水质大大优于回用水水质标准，为减少反渗透系统处理水量，降低运行成本，可将反渗透产水与预处理出水按比例混配回用。反渗透组合工艺双膜技术是在超滤和反渗透应用基础上，根据工业废水需求逐渐发展起来的组合处理工艺。膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，具有能耗低、效率高、工艺简单、操作方便和投资小等优点。但是随着水资源的日益短缺，废水回用显得日趋重要，“双膜法”工艺因为其能够应付复杂的水质和水质波动而逐渐成为污水回用处理的核心工艺。实际运行和调试中发现，“双膜法”工艺能否成功的关键在于预处理以及对原水中有机污染物的控制，超滤可以去除废水中大部分浊度和有机物，能减轻反渗透膜的污染，延长反渗透膜的使用寿命，是有效的预处理措施；而反渗透系统对废水中COD、色度、盐分等污染物体的去除能同时完成,且出水水质高，能直接回用于生产线［8］。图5超滤和反渗透组合工艺俞海桥［9］等人利用超滤和反渗透双膜联用技术对皮革企业经物化生化处理后的皮革废水进行处理回用，试验结果表明，超滤作为反渗透的预处理工艺，可以截留水中的绝大部分悬浮物,极大降低废水的浊度，同时COD去除率达到54%,减轻反渗透系统的污染负荷，确保了反渗透系统的稳定运行。反渗透系统对进水中的盐分、有机污染物、总铁等污染物的去除率均在95%以上，产水水质优于《城市污水再生利用工业用水水质》及企业的用水水质标准要求，可以回用于企业生产的各个环节。从其课题组的中试试验结果来看，双膜法用于皮革废水的深度处理及回用具有可行性。但是有些用于回用的废水污染物含量会对双膜造成运行影响，因此，需要对进入双膜系统之前进行恰当的预处理。王刚等［10］在研究经过生化处理达到一级排放标准的造纸废水时发现，该处理后废水pH、碱度较高，控制调节不当会造成反渗透膜甚至超滤膜的结垢污染，严重影响系统的正常运行，因此在进入膜系统前需要对原水进行调整，加强预处理单元试验处理。其试验处理过程分为叠片过滤器-UF-反渗透相膜过滤3个处理单元。其运行情况表明：组合工艺运行稳定，产水COD<20mg/l、硬度基本接近零，系统对离子的去除率均达90%以上，脱盐率高，出水水质稳定且水质可靠，其最佳条件是叠片过滤单元前适当加入絮凝剂PAC，超滤系统运行周期控制在30min,内压式，通量小于75L/m2/h,低污染反渗透膜运行通量不大于19L/m2/h，系统回收率不低于60%。这种工艺思路的结果是，废水经处理站处理以后，重金属等能很好的得以去除，废水达标排放，但是同时增加了回用系统的处理率负荷，例如前期的处理中的药剂成分、粘性有机物质等对后期的RO膜处理具有一定的损坏作用，对回用系统造成严重影响，因此，会出现许多废水回用水处理系统运行时间很短就因为出现运行费用过高或者污染严重而停用。体会与心得针对于以上各种情况，可采用“先回用、后处理”的方法，优先将低污染、经济价值高的清洗废水自生产车间直接分流至回用水系统，采用预处理+膜技术处理后，出水水质可优于自来水；对其余高COD、含络合物、经济价值低的废水则入废水站处理。废水处理技术一般是将膜技术工艺直接耦合于物化、生化各种工艺组合末端，采用先处理达标，再回用处理的思路，形成以下几种传统工艺方法：（1）采用化学反应+化学沉淀+砂滤+炭滤+RO处理方式；（2）采用化学反应+化学沉淀+自动过滤系统+UF系统+R0处理方式；（3）采用化学反应+化学沉淀+管式膜过滤系统+R0处理方式。第一种方法存在耗药量高、占地面积大问题，而且砂滤+炭滤系统还存在自动冲洗要求高、自动清洗滤料更换不方便等问题；对于内压式膜系统，存在电耗高、系统运行期间容易堵膜、清洗频繁及系统出水不稳定等问题，对于以上存在的问题，相关领域专家和环保人士不断的对传统工艺进行改良以及优化组合，采用各种优化组合工艺弱化上述存在的问题。反渗透技术具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点，使其在废水处理领域有很大的发展潜力。但由于废水存在复杂性，任何单一技术的处理往往达不到理想的效果，必须重视反渗透技术的集成工艺研究，发挥各种技术的优势，形成废水深度处理的新工艺。参考文献：［1］杨玉楠，李文兰等•膜法处理工艺去除微污染有机物的对比研究.［J］哈尔冰工业大学学报，2002,34(6)：780-783［2］李国东，王薇等.反渗透膜的研究进展［J］离分子通报，2010,7:38-42［3］张叶来，张玉先等.RO浓水回用的处理技术研究［J］中国给水排水，2010,1,26(1)：70-74［4］张鑫，曹映文.印染废水反渗透膜处理及回用技术［J］.印染，2008,4:36-37［5］李健，朱清漪等，反渗透技术在工业废水回用中的应用研究［J］.上海纺织科技，2008,36(5)：8-10［6］黄晋强.二级反渗透技术在电镀工业中的应用［J］.南方金属，2003，132:38-4