電脈沖—混凝處理法在反滲透濃水處理中的應用

于 玥，鄧柏杰

(遼寧省朝陽水文局，遼寧 朝陽122000)

1 反滲透濃水簡介

反滲透濃水是反滲透裝置的排放水，原水中的雜質在其中得到了濃縮，直接排放會對環境產生不利影響。目前由于反滲透技術廣泛應用于除鹽和廢水的深度處理，因此反滲透濃水主要來源于海水淡化廠、苦咸水淡化廠、工業廢水深度處理過程以及城市生活污水深度處理過程［1］。反滲透濃縮水是膜處理過程后所產生的廢物，里面所含的大量有毒有害物質嚴重危害人類的身體健康，工業廢水反滲透濃縮水中含有大量COD，而COD 又往往作為衡量水中有機物質含量多少的指標。化學需氧量越大，說明水體受有機物的污染越嚴重。

2 實驗原理與方法

2.1 混凝原理

化學混凝的機理至今仍未完全清楚。因為它涉及的因素很多，如水中雜質的成分和濃度、水溫、水的pH值、堿度，以及混凝劑的性質和混凝條件等。但歸結起來，可以認為主要是壓縮雙電層作用、吸附架橋作用、吸附電中和作用、網捕作用及DLVO 理論。

2.2 實驗方法

2.2.1 電脈沖實驗方法

1)取200 mL燒杯，加入120 mL原水，將鎢電極插入水樣中。

2)調節電脈沖裝置的電壓于適宜位置，打開裝置電源，調節頻率，將輸出電壓清零，按下工作按鈕，同時秒表計時。

3)待反應一定時間后按下停止按鈕。

4)取出燒杯，水樣待測。

2.2.2 混凝實驗方法

1)取5 個1 000 mL的燒杯，分別加入反滲透濃水原水500 mL，放入混凝攪拌機的恒溫槽中。

2)啟動攪拌機，使其轉數為150 rpm。

3)在5 個量杯中加入混凝劑溶液，同時投加到相應的大燒杯中開始記時。

4)混凝一段時間后，將攪拌機的轉數調低至80 rpm，開始進入反應階段，反應15 min。

5)關閉攪拌機，開始進入靜置沉降階段，沉降時間30 min。

6)測量上清液的CODcr。

2.2.3 COD 測定方法

1)依據水質化學需氧量測定(GB/T11914—1989)采用重鉻酸鉀法測CODcr。

2)用3.00 mL 0.05 mol/L K2Cr2O7，取處理后的水樣10.00 mL和17 mL濃H2SO4(內含0.2 gAg2SO4)加熱回流15 min，稍冷加33 mL 重蒸餾水，7 mL0.5 mol/L Fe2(SO4)3，冷卻至室溫待測。

2.2.4 CODcr 去除率的計算

CODcr 去除率的計算公式為:

式中:η 為濃水中CODcr 的去除率，%;CODcrC0為原水的CODcr 值，mg/L;CODcr 為混凝后所得上清夜的CODcr 值，mg/L。

3 實驗結果與分析

3.1 電脈沖處理反滲透水的結果與分析

3.1.1 脈沖電壓的確定

用200 ml燒杯量取120 mL濃度為195 mg/L，pH為7.8 的水樣4 份，將脈沖裝置的電極插入燒杯中。將脈沖電壓分別置于200 V、400 V、600 V、2 000 V，脈沖頻率設為3 Hz，脈沖處理3 min。將處理后的水樣稀釋30 倍，取10 mL水樣并測定CODcr 值。隨著脈沖電壓的升高，CODcr 的去除率也隨之變大，在脈沖電壓為2 000 V時，去除率達到最大。這是由于脈沖電壓越大，陽極產生的氧化劑量(氯氣和氧氣)越多，難降解大分子有機物被氧化成小分子物質的量也越多，所以去除CODcr 的效果也越好。本實驗研究范圍內，適宜的脈沖電壓為2000 V，CODcr 的去除率為54.6%，溶液中剩余的CODcr 為88.5 mg/L。

3.1.2 脈沖頻率的確定

用200 mL燒杯取120 ml 濃度為160.5 mg/L，pH為7.6 的水樣5 份，將脈沖裝置的電極插入燒杯中。將脈沖電壓置于2000 V，調節脈沖頻率分別為1 Hz、3 Hz、5 Hz、9 Hz、15 Hz，脈沖處理3 min。將處理后的水樣稀釋30 倍，取10 mL水樣并測定CODcr 值。在為1 ～9 Hz 時，隨著頻率的升高，CODcr 的去除率逐漸增大;當頻率高于9 Hz時，隨著電壓的逐漸升高，CODcr 的去除率開始下降。這可能是由于脈沖頻率＜5 Hz時，隨著脈沖頻率的增加，陽極產生的氧化劑更容易與難降解大分子有機物接觸并反應，從而提高了CODcr 的去除率;而脈沖頻率高于5 Hz時，反應產物有可能在脈沖電磁場的反復激勵下又重新生成大分子物質，使CODcr 的去除率降低。

本實驗研究范圍內，適宜的脈沖頻率為5 Hz，CODcr 的去除率為33.4%，溶液中剩余的CODcr為155.8 mg/L。

3.1.3 脈沖時間的確定

用200 ml燒杯取120 mL 濃度為233.4 mg/L，pH為7.5 的水樣5 份，將脈沖裝置的電極頭插入燒杯中。將脈沖電壓置于2000 V，將脈沖頻率調至5 Hz，各水樣分別脈沖處理1 min、3 min、5 min、9 min、10 min。將處理后的水樣稀釋30 倍，取10 mL 水樣測定水樣CODcr 值。隨著脈沖時間的增大，CODcr的去除效率也隨之變大。這是由于脈沖時間越長，陽極產生的氧化劑量越多，越有利于脈沖作用促使難降解有機化合物轉變成小分子的有機物，使CODcr 的去除率增大。本實驗研究范圍內，適宜的脈沖時間為10 min，CODcr 的去除率為36.6%，溶液中剩余的CODcr 為148 mg/L。

3.2 聚環氧乙烷(PEO)處理反滲透濃水的結果與分析

3.2.1 適宜混凝時間的確定

分別取廢水500 mL于5 個燒杯中:

1)總投加量:20 mL。

2)溫度:25 ℃。

3)pH:7.8。

4)改 變 混 凝 時 間 分 別 為30 s、60 s、90 s、120 s、150 s。

5)反應時間:15 min。

6)沉淀時間:30 min進行混凝實驗，取上清液測其CODcr 值。原水的CODcr 值為392 mg/L。

實驗結果見圖1。

圖1 混凝時間對混凝效果的影響

由圖1 可見，CODcr 的去除率隨著混凝時間的增加呈升高趨勢，但到達一定程度后CODcr 的去除率降低。這是因為在一定的混凝時間范圍內，混凝產生絮體達到最好的效果，超出此范圍，由于混凝時間過長，形成的絮體被破壞，所以CODcr 的去除率降低。本實驗研究范圍內，混凝時間為90 S 時，PEO 混凝劑的混凝效果達到最好，CODcr 的去除率為67.70%，濃水中剩余CODcr 為126.6 mg/L。

3.2.2 適宜混凝溫度的確定

分別取廢水500 mL于5 個燒杯中，改變混凝溫度分別為20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃:總投加量20 mL;pH:7.8;混凝時間:90 s;反應時間:15 min;沉淀時間:30 min下進行混凝實驗，取上清液測其CODcr 值。原水的CODcr 值為390 mg/L。實驗結果見圖2。

圖2 混凝溫度對混凝效果的影響

由圖2 可見，CODcr 的去除率在溫度為20 ℃～30 ℃時都呈上升趨勢，在30 ℃～40 ℃時都呈下降趨勢。這是因為低溫時布朗運動較弱，混凝不充分，當溫度達到一定數值時，充分混凝，形成絮體，從而沉淀，使CODcr 降低;當溫度過高時，絮體穩定性變差，高溫時絮體比較松散，沉降速度較慢，由DLVO 理論可知，該絮體容易重新散開，使CODcr 的去除率降低。

本實驗研究范圍內，溫度為30 ℃時，PEO 混凝劑的混凝效果達到最好，CODcr 的去除率為68.03%，濃水中剩余CODcr 為124.7 mg/L。

3.2.3 適宜pH 值的確定

分別取廢水500 mL于5 個燒杯中:溫度:30 ℃;總投加量:20 mL;改變廢水的pH 分別為3.02、5.03、6.88、8.87、11.06 進行混凝實驗;混凝時間:90 s;反應時間:15 min;沉淀時間:30 min，取上清液測其CODcr 值。原水的CODcr 值為384 mg/L。見圖3。

圖3 pH 對混凝效果的影響

由圖3 可見，CODcr 的去除率隨pH 值的增加呈升高趨勢。其變化趨勢和PEO 單獨使用時相似，變化原因也相同。本實驗研究范圍內，pH 為11.06時，PEO 混凝劑的混凝效果達到最好，CODcr 的去除率為68.35%，濃水中剩余CODcr 為111.5 mg/L。

4 實驗結果與分析

采用電脈沖處理高濃度反滲透濃水原水，適宜電脈沖條件為:脈沖電壓2 000 V、脈沖頻率5 Hz、脈沖處理時間10 min。廢水經過處理后，COD 的去除率為36.6%。采用PEO 為助凝劑，氯化鐵為混凝劑處理反滲透濃水原水，適宜混凝條件為:混凝時間為90 s、混凝溫度為30 ℃、pH 值為11.06。廢水經過處理后，COD 的去除率為68.35%。采用電脈沖對反滲透濃縮水進行預處理，脈沖時間為10 min、脈沖頻率為5 Hz、脈沖電壓為2 000 V的條件下混凝處理廢水500 mL，再以氯化鐵為混凝劑，PEO 為助凝劑在混凝時間為90 s、混凝溫度為30 ℃，pH 值為11.06 的條件下混凝處理此廢水，反滲透濃水經電脈沖－混凝處理后，CODcr 的總去除率為72.93%，比單獨采用混凝劑處理提高了4.58%。高濃度的反滲透濃水原水經過電脈沖－PEO 處理后，剩余的CODcr 為103.95 mg/L，小于《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)中石化工業CODcr 標準值。

［1］呂曉龍.反滲透濃水處理技術研究［R］.北京:全國膜法水處理技術現場交流會，2007.