工業(yè)水處理中反滲透技術(shù)的應(yīng)用

魏鳳霞

（濟(jì)鋼國際工程技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，人們越來越意識到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的重要性，水處理技術(shù)得到快速發(fā)展。并且國家在政策層面上對企業(yè)的水利用率和污水排放方面也提出了更高的要求。反滲透處理技術(shù)具有運(yùn)行成本低，操作方便，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。在這樣的大環(huán)境下，反滲透技術(shù)受到人們的重視，應(yīng)用到了工業(yè)水處理中。本文將從以下三個(gè)方向來進(jìn)行總結(jié)：制備除鹽水用于鍋爐補(bǔ)水；用于海水淡化；用于綜合污水處理。

1 反滲透技術(shù)的基本原理

如果將一個(gè)只有水分子才能透過的半透膜兩邊分別注入純水和鹽水，因濃度不同，純水會(huì)主動(dòng)向鹽水一方滲透，并最終達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)。達(dá)到平衡狀態(tài)后，半透膜兩側(cè)，鹽水和純水之間的液位差被稱為滲透壓。而此時(shí)，如果在鹽水液面一端施加壓力，當(dāng)壓力大于滲透壓時(shí)，水分子會(huì)從鹽水一側(cè)向純水一側(cè)運(yùn)動(dòng)。這種現(xiàn)象就稱為反滲透現(xiàn)象。反滲透技術(shù)就是利用反滲透現(xiàn)象的原理，利用水泵給原水加壓，給原水以超過滲透壓的壓力，促使水分子通過反滲透膜，出水端就可以得到純水，鹽分隨著濃水排出。

2 反滲透水處理設(shè)備在工業(yè)水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題

2.1 利用反滲透技術(shù)制備除鹽水現(xiàn)狀及存在問題

利用反滲透技術(shù)制備除鹽水，可以追溯至上世紀(jì)70 年代后期，當(dāng)時(shí)僅限于微電子行業(yè)中沖洗用水的制備[1]。當(dāng)前，工業(yè)生產(chǎn)過程中，利用反滲透技術(shù)制備的除鹽水，大多數(shù)都是用于鍋爐補(bǔ)水。除鹽水作為鍋爐補(bǔ)水，早期主要應(yīng)用于火力發(fā)電廠，后來發(fā)展到石化、煉油、化工、鋼鐵冶金等行業(yè)。而除鹽水制備規(guī)模也由幾十噸/h 發(fā)展到幾千噸/h。

除鹽水的制備工藝經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)形成了系統(tǒng)化的，成熟的工藝流程：預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)和深度處理系統(tǒng)[2]。原水經(jīng)換熱器、多介質(zhì)過濾器、超濾裝置進(jìn)行預(yù)處理過濾，去除原水中的懸浮物、膠體、有機(jī)物等雜質(zhì)，降低原水的濁度。經(jīng)預(yù)處理后，水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)含一級反滲透裝置和二級反滲透裝置，反滲透系統(tǒng)是制備除鹽水的關(guān)鍵步驟，利用膜分離技術(shù)去除水中大部分離子、二氧化硅等。大幅降低TDS。反滲透出水再進(jìn)入深度處理系統(tǒng)，深度處理系統(tǒng)一般采用EDI 裝置或者混床系統(tǒng)，來進(jìn)一步提高系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)。

利用反滲透技術(shù)制備除鹽水有明顯的優(yōu)勢：該工藝技術(shù)成熟，在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行方面也有了成熟的系統(tǒng)模式[3]；除鹽效果好，反滲透除鹽率達(dá)到95%以上；自動(dòng)化程度高，管理方便。同時(shí)，該技術(shù)的應(yīng)用過程中也有一些問題：濃鹽水及各系統(tǒng)清洗廢水排入污水系統(tǒng)，是對水資源的浪費(fèi)；原水進(jìn)水水質(zhì)不穩(wěn)定，容易對系統(tǒng)造成沖擊；絮凝劑和消毒劑的投加量把握不準(zhǔn)會(huì)影響膜系統(tǒng)的使用壽命。

2.2 利用反滲透技術(shù)進(jìn)行海水淡化現(xiàn)狀及存在問題

全球水資源中，海水占97.5%，淡水僅有2.5%；我們國家也存在水資源分布不均衡、人均水資源少等問題，制約著工業(yè)發(fā)展。因此，利用海水淡化，彌補(bǔ)淡水資源缺口，對于緩解沿海地區(qū)淡水資源緊缺的形勢，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。目前，國際上主流的海水淡化方法分為熱法（蒸餾法）和膜法（反滲透技術(shù)）。其中，反滲透技術(shù)應(yīng)用在海水淡化過程中起步較晚，上世紀(jì)七十年代，西班牙才利用反滲透技術(shù)建立了第一個(gè)海水淡化工廠。反滲透技術(shù)因?yàn)槟芎牡停瑑H為蒸餾法的1/40，而得到發(fā)達(dá)國家的重點(diǎn)研究與發(fā)展。

我國在“十三五”規(guī)劃中提出，到2020 年，海水淡化總規(guī)模達(dá)到220 萬t/天以上。從海水淡化產(chǎn)水用途來看，只有少數(shù)南方城市中規(guī)模較小的海水淡化工程產(chǎn)水用于生活用水，其余大部分產(chǎn)水用于工業(yè)領(lǐng)域，比如，火電企業(yè)、鋼鐵企業(yè)和石化企業(yè)。從選擇工藝來看，68%以上海水淡化產(chǎn)水是通過膜法（反滲透技術(shù)）來制備的，其余產(chǎn)能制備工藝主要為熱法（蒸餾法）。

采用反滲透技術(shù)進(jìn)行海水淡化，有鮮明的優(yōu)勢：反滲透技術(shù)在水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，工業(yè)化集成應(yīng)用比較成熟；占地面積小，設(shè)備費(fèi)用低；不需要蒸汽，能耗低。同時(shí)，也存在一些問題：對海水預(yù)處理要求高；設(shè)備的防垢和防腐難度大；淡水產(chǎn)水率約為海水進(jìn)水量的2/3，濃鹽水產(chǎn)水量為海水進(jìn)水量的1/3；海水淡化廢水中存在次氯酸鈉、聚磷酸鹽、防腐劑、酸洗劑等污染物，還會(huì)存在管路腐蝕析出的重金屬；濃鹽水及海水淡化廢水目前大部分作為廢水重新排入海洋，不利于海洋環(huán)境的生態(tài)平衡。

2.3 將反滲透技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)綜合廢水處理現(xiàn)狀及存在問題

隨著工業(yè)的高速發(fā)展，工業(yè)廢水排放到環(huán)境中，給生態(tài)環(huán)境帶來的破壞越來越嚴(yán)重，而這些傷害的修復(fù)需要漫長的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)投入。為了保護(hù)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)，國家對廢水排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的更加嚴(yán)格，并提倡企業(yè)廢水零排放。

目前，很多行業(yè)的廢水存在難以處理的問題，比如印染行業(yè)、鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的廢水都存在成分復(fù)雜，水質(zhì)變化幅度大，COD含量高，污水毒性大的特點(diǎn)[4]。對于上述兩種廢水的處理技術(shù)及回用方法研究多種多樣，反滲透技術(shù)在其中占有重要的位置。

印染廢水經(jīng)過反滲透膜的處理后可以回用到紡織行業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)工序，并且回用率能達(dá)50%～70%[5]。如蘇南某印染公司選擇預(yù)處理系統(tǒng)+超濾+反滲透的工藝對印染廢水進(jìn)行深度處理及回用，其色度及COD 去除率分別達(dá)到了98.8%和94.2%，反滲透出水水質(zhì)電導(dǎo)率降到83μs/cm 以下，硬度≤10mg/L，鐵錳等重金屬離子未檢測出，出水水質(zhì)達(dá)到了紡織印染工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，且廢水回用率達(dá)到了50%。

鋼鐵行業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)使用大量的水資源，并產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，給生態(tài)環(huán)境帶來較大壓力。將反滲透技術(shù)應(yīng)用到綜合污水處理及回用工藝過程中，該工藝產(chǎn)出的產(chǎn)品水可作為工藝用水回用，少量濃鹽水可用于沖渣。

采用反滲透技術(shù)來進(jìn)行工業(yè)廢水處理及回用，有較大的優(yōu)勢：反滲透技術(shù)使用過程中使用藥劑量小，與傳統(tǒng)廢水處理工藝相比，成本較低；操作方便，處理周期短；對廢水凈化效率高。同時(shí)，反滲透技術(shù)的應(yīng)用也存在一些問題：工業(yè)綜合廢水水質(zhì)波動(dòng)大，對反滲透膜沖擊大；因工業(yè)廢水成分復(fù)雜，反滲透膜的選擇較為困難；濃鹽水的去向問題。

3 反滲透處理技術(shù)備在工業(yè)水處理應(yīng)用中的改進(jìn)措施

3.1 利用反滲透技術(shù)制備除鹽水的改進(jìn)措施

在利用生產(chǎn)新水制備除鹽水的過程中，我們可以采取一些方法來優(yōu)化除鹽水系統(tǒng)。第一，一級反滲透產(chǎn)生的濃鹽水，可以收集至濃鹽水池，用于預(yù)處理階段多介質(zhì)過濾器級超濾裝置的反洗；二級反滲透產(chǎn)生的濃鹽水，水質(zhì)優(yōu)于生產(chǎn)新水，可以回收至原水池利用；各種清洗廢水可以收集至廢水回收池，用于廠區(qū)沖渣或者降塵。第二，原水水質(zhì)不穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)處理，利用好在線監(jiān)測，一旦出現(xiàn)水質(zhì)變差，或者反滲透產(chǎn)水率過低的情況，應(yīng)及時(shí)檢修預(yù)處理設(shè)備及反滲透裝置前的保安過濾器。第三，絮凝劑和消毒劑的投加量應(yīng)根據(jù)在線監(jiān)測水質(zhì)情況，實(shí)時(shí)調(diào)整。

3.2 利用反滲透技術(shù)進(jìn)行海水淡化的改進(jìn)措施

為保證海水淡化工藝流程順利運(yùn)行，首先，應(yīng)該把控好預(yù)處理系統(tǒng)，海水中藻類含量較高，在水進(jìn)入反滲透膜前，需要控制合適劑量的殺菌滅藻劑，確保水質(zhì)不對反滲透膜造成沖擊。其次，反滲透裝置外殼應(yīng)選用抗腐蝕的加強(qiáng)型玻璃纖維，配套管路及水泵選擇耐腐蝕的合金材質(zhì)。最后，探索海水淡化過程中所產(chǎn)生的濃鹽水可以進(jìn)一步用HPRO 或DTRO 實(shí)現(xiàn)多級濃縮，濃縮至蒸發(fā)結(jié)晶的狀態(tài)，進(jìn)行分鹽處理。

3.3 將反滲透技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)綜合廢水處理的改進(jìn)措施

為保證反滲透技術(shù)在工業(yè)綜合廢水中的處理效果，我們應(yīng)著重關(guān)注以下幾個(gè)方面：第一，根據(jù)不同行業(yè)的廢水水質(zhì)情況，選擇合適的沉淀方式，殺菌消毒藥劑。第二，反滲透膜組件有中空纖維式、卷式、板框式和管式等種類，應(yīng)根據(jù)廢水水質(zhì)選擇合適的膜組件。第三，在污水處理過程中產(chǎn)生的濃鹽水，可根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，分級利用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

4 結(jié)語

綜上，我國水資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化，工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)利用好反滲透技術(shù)，探索其在除鹽水制備，海水淡化，廢水處理等方面的潛力。通過技術(shù)進(jìn)步，提高水資源利用率，提高排放廢水水質(zhì)，減少廢水排放量，變廢為寶，努力做到工業(yè)廢水零排放，減輕生態(tài)環(huán)境的壓力。