高效反滲透工藝在化工廠廢水零排放中的應(yīng)用

摘 要：在化工廠廢水零排放的過程中，通常利用增強型澄清池有效去除廢水中的懸浮物、重金屬及初步分解有機物，并將高效反滲透工藝作為核心技術(shù)，利用其高精度的過濾膜，精準攔截并去除廢水中殘留的溶解性有機物、鹽類及微生物，保證出水水質(zhì)遠超排放標準。此過程不僅能大幅提升廢水的凈化效率，還能實現(xiàn)水資源的深度回收與再利用，最終將處理后的清水用于生產(chǎn)系統(tǒng)或作為其他工業(yè)用水，形成完整的閉路循環(huán)系統(tǒng)，成功達到化工廠廢水零排放的目標。在應(yīng)用結(jié)果中，整體淡水回收率穩(wěn)定在92%～95%，遠超預(yù)設(shè)的90%，不僅滿足了設(shè)計要求，還顯示了高效反滲透工藝在廢水零排放領(lǐng)域的潛力和實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：高效反滲透；化工廠；廢水零排放；中空纖維膜；淡水回收率

中圖分類號：X 77 文獻標志碼：A

化工廠作為工業(yè)廢水的主要產(chǎn)生源之一，通常富含高密度的有機化合物、無機礦物質(zhì)以及重金屬等有害雜質(zhì)，直接排放不僅嚴重污染水體，還威脅生態(tài)系統(tǒng)的健康與人類的生存環(huán)境。因此，研究化工廠廢水的零排放技術(shù)，對保護水資源、促進循環(huán)經(jīng)濟具有重要意義。高效反滲透工藝核心是利用半透膜的選擇性透過機制將廢水中的各類雜質(zhì)與水分離。當廢水在高壓驅(qū)動下流經(jīng)這層特制的半透膜[1]時，膜上的微小孔徑只允許水分子及其部分小分子溶質(zhì)順利通過，而絕大多數(shù)的溶解性固體、有機物大分子、細菌、病毒乃至膠體微粒等，被有效截留在膜的一側(cè)，形成富含這些污染物的濃水[2]。這個過程不僅可以深度去除廢水中污染物，還可以提高出水的水質(zhì)，使其達到或接近自來水的標準，甚至在某些應(yīng)用中能夠產(chǎn)出滿足特定工業(yè)需求的超純水。同時，被截留的濃水雖然富含污染物，但也有資源化再利用的可能性，如果通過進一步的蒸發(fā)結(jié)晶、離子交換或生物處理等手段，就可以從中回收有價值的鹽類、重金屬或能源物質(zhì)，從而實現(xiàn)廢水的資源化再利用。

1 工程概況

本工程主要是處理某化工廠產(chǎn)生的高濃度反滲透濃水及微量酸堿廢液。項目中的廢水水質(zhì)見表1。

本研究采用先進的高效反滲透技術(shù)，有效截留并濃縮這些高難度廢水中的有害物質(zhì)，實現(xiàn)廢水近零排放，同時回收部分水資源。

2 利用高效反滲透工藝設(shè)計化工廠廢水零排放

2.1 預(yù)處理化工廠廢水

在化工廠廢水預(yù)處理中，需要設(shè)計高效的三級處理流程，旨在從源頭減少污染，保證后續(xù)處理工藝的高效穩(wěn)定運行。首先，采用耐腐蝕的玻璃鋼材質(zhì)構(gòu)建兩座增強型澄清池（圖1），每座有50m3/h的處理能力。這些澄清池集成了快速混合區(qū)、精密絮凝區(qū)及高效沉淀區(qū)，特別是在沉淀區(qū)內(nèi)配置了自動刮泥裝置，可以有效分離固液。部分沉淀污泥通過循環(huán)泵回流至絮凝區(qū)，其作為生物載體可以加速絮體形成。剩余污泥則經(jīng)污泥泵送入壓濾機進行固液分離，最終干化處置，減少了環(huán)境污染。

其次，配置四臺大容量的石英砂過濾器，每臺設(shè)計處理量為30m3/h，將工作壓力控制在0.5MPa以下，保障過濾過程安全。這些過濾器采用先進的自動反沖洗系統(tǒng)，包括兩臺主用、兩臺備用的反洗水泵（總出力達到200m3/h）以及專門的超濾反洗裝置[3]，用氣水聯(lián)合方式對其進行定期清洗，保持過濾介質(zhì)清潔，延長使用壽命。石英砂過濾器的經(jīng)濟性與易維護性使其成為連接預(yù)處理與超濾環(huán)節(jié)的優(yōu)選方案。

最后，設(shè)置兩套并聯(lián)運行的超濾裝置，每套處理能力達到40m3/h，可以靈活應(yīng)對不同處理需求。在超濾前增設(shè)高精度自清洗保安過濾器，專門攔截大于50μm的顆粒雜質(zhì)，保護超濾膜免受損傷。該保安過濾器設(shè)定了智能反洗邏輯：累計過濾時間達到150min后自動啟動；進出口壓差超過預(yù)設(shè)值0.04MPa時即時響應(yīng)。

2.2 利用高效反滲透工藝去除廢水中有機物

高效反滲透工藝不僅能夠有效截留并消除可溶性有機雜質(zhì)、膠體懸浮物、微生物細菌及潛在病毒等微小污染成分，還具備能耗低、處理效果穩(wěn)定、操作簡便等很多優(yōu)勢。高效反滲透工藝的核心是其高選擇性的半透膜，這種膜材料具有極小的孔徑，能夠允許水分子通過，絕大多數(shù)的有機物、鹽分以及各類雜質(zhì)均被高效反滲透膜層嚴密阻隔，使其無法穿越至膜的另一側(cè)。通過施加外部壓力，水分子被迫逆濃度梯度通過膜層，達到凈化目的，原理如圖2所示。

在去除有機物的過程中，通過調(diào)整操作壓力、溫度及pH等優(yōu)化操作條件，可以顯著提高膜通量及去除效率，降低膜污染風險。此外，結(jié)合混凝沉淀、活性炭吸附等預(yù)處理步驟，可以進一步減輕膜負擔，延長膜的使用壽命，降低整體運營成本。

在膜材料選擇與設(shè)計方面，高效反滲透工藝采用高效復(fù)合中空纖維膜，不僅能提高膜的抗污染性能，還能提高其對特定有機物的選擇性去除能力。這些膜材料通常具有更高的孔隙率[4]、更優(yōu)異的親水性和化學穩(wěn)定性，能夠在惡劣的廢水環(huán)境中保持高效穩(wěn)定運行。更重要的是，高效反滲透工藝在去除有機物的同時，還能對水資源進行回收利用。

2.3 實現(xiàn)化工廠廢水零排放

為達到化工廠廢水零排放的目標，在上述預(yù)處理和去除有機物的基礎(chǔ)上，需要優(yōu)化一套綜合廢水處理工藝，該工藝深度融合“高效絮凝沉淀-精密過濾-深度離子交換-高效脫碳-反滲透濃縮與回用”技術(shù)鏈，如圖3所示。

接收來自去除有機物后的廢水后，利用大功率提升泵送入高效絮凝沉淀裝置，在此階段，引入聚合氯化鋁（PAC）作為混凝劑，同時輔以聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑[5]，有效促進廢水中不溶物與膠體物質(zhì)的絮凝與沉降，同時輔以適量氫氧化鈣調(diào)節(jié)，進一步降低硬度。利用高精度濾材深度攔截剩余懸浮雜質(zhì)，可以保證出水清澈透明，進入中間水池暫存。此階段出水經(jīng)多級離子交換柱處理，包括強堿陰離子與弱酸陽離子交換器，可以精準去除殘留的離子雜質(zhì)，使水質(zhì)接近純水標準。采用脫碳技術(shù)可以有效去除水中溶解的二氧化碳，減少后續(xù)處理負擔。此時，處理水進入高效反滲透系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備三套并聯(lián)運行的一級兩段反滲透裝置，每套設(shè)計處理能力達到150m3/h，不僅能提高處理效率，還能增強系統(tǒng)的靈活性與可靠性。后續(xù)可將反滲透產(chǎn)生的淡水直接用于化工生產(chǎn)或作為冷卻循環(huán)水，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

對工藝中產(chǎn)生的污泥、反洗水及再生廢水來說，可以采用污泥干化技術(shù)與廢水回用策略，將這些副產(chǎn)物收集并回注至調(diào)節(jié)池，形成閉路循環(huán)，保證無廢水外排。同時，高濃度反滲透濃水經(jīng)適當處理后，可將其作為工藝用水或用于廠區(qū)綠化、道路清洗等非生產(chǎn)用水，真正實現(xiàn)廢水零排放的綠色生產(chǎn)模式。

3 高效反滲透工藝應(yīng)用

3.1 應(yīng)用準備

在化工廠廢水零排放過程中應(yīng)用高效反滲透工藝，需要以下準備。化學藥劑：Ca（OH）2懸浮液，濃度為95%，增強預(yù)處理效果。PAC混凝劑：濃度為15%，可以提高絮凝能力。PAM高分子絮凝劑：濃度達到5%，可以強化沉降。輔以36%的HCl與98%的H2SO4，精確調(diào)節(jié)pH，高純度NaCl，保證水質(zhì)純凈。

實驗室配備了先進儀器設(shè)備，涵蓋水質(zhì)分析、光譜分析、材料表征及生化培養(yǎng)等多個領(lǐng)域，具體見表2。

本試驗采用高效復(fù)合中空纖維膜，該膜具備高透氣性，可以顯著減少曝氣能耗，助力綠色節(jié)能。其表面設(shè)計獨特，可提高微生物附著力，促進生物膜形成。膜體展現(xiàn)機械韌性優(yōu)異，可以有效抵御運輸、安裝及長期運行中的物理損傷。同時，其抗氧化性能優(yōu)異，能夠保證長期穩(wěn)定運行，延長使用壽命，參數(shù)見表3。

構(gòu)建化工廠廢水處理試驗裝置，如圖4所示，采用特制耐壓不銹鋼外殼，強化承壓能力，滿足高濃度廢水處理需求。各反應(yīng)室尺寸：長40cm、寬15cm、高25cm，總有效容積為8L，處理容量更大。

為避免短流現(xiàn)象，提高傳質(zhì)效率，須內(nèi)嵌高效混流裝置，均勻分布水流，因此引入智能變頻循環(huán)泵，根據(jù)水質(zhì)實時調(diào)整流速，增強處理效果。空氣供給則采用精密流量控制儀，精確調(diào)節(jié)曝氣量，配合壓力傳感器監(jiān)測，保證操作精準穩(wěn)定，為實現(xiàn)化工廠廢水零排放的目標奠定堅實基礎(chǔ)。該試驗裝置進出水流量及回收率的變化如圖5所示。

3.2 結(jié)果分析

由圖5可知，在一級處理階段，進水流量在100m3/h～

105m3/h，可以有效保證處理量的充足與穩(wěn)定。同時，一級淡水產(chǎn)出量高達70m3/h～75 m3/h，展現(xiàn)了卓越的分離效率。進入二級反滲透階段，淡水產(chǎn)量進一步精細調(diào)控至25m3/h～

28 m3/h，而濃水排放量則精準控制在4m3/h～7m3/h，可以最大程度利用資源，使排放量最小。最終，整體淡水回收率為92%～95%，遠超預(yù)設(shè)目標，不僅能滿足設(shè)計要求，還能展示高效反滲透工藝在廢水零排放領(lǐng)域的卓越潛力和實際應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

在化工廠廢水零排放中應(yīng)用高效反滲透工藝，不僅能實現(xiàn)廢水的高效凈化與資源化利用的目標，還能為化工行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展開辟新途徑。隨著技術(shù)的不斷進步與應(yīng)用的深入，高效反滲透工藝將在未來發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻

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