反渗透浓水处理及回用研究.doc

反渗透浓水处理及回用技术 潘宏杰 2009.9.30 摘要：从无害化、减量化、资源化三个途径分别阐述了当前国内外针对反渗透浓水处理和回用的研究进展，列举了成功的工程实例。并对新兴的膜蒸馏技术应用于反渗透浓水处理的方法和可行性进行了探讨。 关键词：浓水 回用 膜蒸馏 概述 反渗透膜分离技术，由于它具有物料无相变、相对能耗低、除盐效果好、处理工艺成熟可靠，设备简单、自动化程度高，易于运行和管理等优点，近几年来在许多行业得到广泛的应用。 但是，目前反渗透技术一般的设计产水率为75%，实际产水率更低，大约会产生30%的浓盐水。若原水是水质非常差的地下苦咸水，或者海水，浓水产生量会更大，可能达到50%。当前很多反渗透工艺产生的浓水都不经处理直接排放，造成水资源和能源的浪费，同时对周围的环境造成污染。 针对反渗透浓水，当前的研究主要围绕三个目的展开：减量化——优化反渗透工艺设计，减少浓水的产生量；无害化——针对反渗透浓水直接排放可能对环境造成危害这一状况，探索经济有效的处理手段，将危害减轻；资源化——探索反渗透浓水再利用的途径，变废为宝。 事实上，反渗透浓水的回用需要考虑多种因素，这三个目的都不是孤立的，而是需要综合考虑，互为补充。 以排放为目的 单独处理排放 反渗透浓水的主要问题是钙镁等离子含量高，硬度高。一般来说，经过简单的软化处理即可实现达标排放。软化主要采用投加石灰、纯碱等碱性物质的方法，利用它们同浓水中的钙镁等物质发生反应，生成碳酸盐沉淀，而从水体中去除，降低浓水的硬度，减少其对环境的危害。 以下是其化学反应方程式： 混入其他废水共同处理 对于绝大部分生产企业来说，除了制水车间产生的反渗透浓水以外，还会产生其他各种废水。例如生产车间排放的生产废水、厂区生活废水等。对每种废水分门别类，进行单独处理往往并不经济。因此大部分企业选择在分流一些特殊废水，如氰化废水后，将各类废水混合后一起处理。 反渗透浓水的水质状况是硬度高、含盐量高，而像浊度、COD等重要污染指标都很低。将反渗透浓水混入其他废水中，可以起到一定的稀释调节的作用，进而降低混合废水处理系统的进水污染负荷。 而有些企业生产废水中含有大量的碳酸钠、氢氧化钠等碱性物质，可以同反渗透浓水中的钙镁反应，生成氢氧化物或碳酸盐沉淀，降低水体硬度。 例如，中国铝业山东分公司的某热电厂对其反渗透浓水处理系统进行改造。将公司氧化铝生产工艺中产生的废碱水与反渗透浓水混合，去除钙镁硬度后实现浓水回用于氧化铝的生产。改造一次投资大约10万元，减少了新鲜水用量60m3/h，降低生产用水成本约176万元/年。[][] 以减量化为目的 减量化是针对反渗透系统的本身来说的，如果反渗透系统设计合理，并且企业的进水水质状况稳定，系统浓水的产生量就能够控制在一个最佳的比例。在反渗透系统设计时，有两个方法可以提高系统的回收率，即减少浓水的产量。一个是增加水流经过反渗透膜组件的长度，另一个就是浓水回流。 增加水流经过的反渗透膜组件的长度。 水流在反渗透膜元件中流动的同时，淡水不断地透过膜，实现浓水和淡水的分离。从理论上说，水流经的膜元件越长，则淡水的产量越大，回收率越高。而由于便利性、标准化等问题，市场上各类膜元件的长度规格已确定，但可以按照工艺要求串联成膜组件。而由于流量和压力的递减，膜组件也不能过长，需要进行分段，即多个膜组件的串联。 一般来说，水流经过内装4个40〞膜元件的膜组件，回收率可达40%；经过内装6个40〞膜元间的膜组件，回收率可达50%。要达到75%的回收率，水流必须经过12m长的膜组件，大约为12个40〞膜元件。 因此，在保证出水质量和系统稳定的前提下，为了减少浓水的产生量，提高系统回收率，可以在反渗透设计时适当的增加段数。 但相对的，膜系统的加长，需要增大膜的推动力，即泵的功率需要增大或者增加泵的数量。因此，系统的设备投入和运行的能耗成本会增加。 浓水回流： 浓水回流，就是将反渗透系统产生的一部分浓水回流到高压泵前，同进水混合后再次进入膜组件，进行反渗透处理。这也是一种提高反渗透系统回收率的有效手段。尤其是对于系统产水量不大，水流无法流经12m长的膜组件时，十分合适。 但是由于浓水回流，进水处的污染物浓度会提高，反渗透系统结垢的风险也进一步增大，因此，必须加强反渗透系统的运行控制和管理。如果生产企业使用的反渗透系统进水水质稳定，并且优于设计值，系统的处理能力尚有余力，也可考虑用该方法对系统进行改造。 例如，青岛海晶化工公司发现其热电厂的反渗透系统的进水TDS比设计值小了约40%。为提高回收率，对其进行改造，使部分反渗透浓水回流，与原水按比例混合后再进行反渗透处理。实际运行中通过严格控制进水含盐量，系统回收率，运行温度等参数，在保证稳定运行的同时，大大减少了浓水的排放。[] 燕京啤酒的郭见彬也认为