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上海和泰反渗透浓水处理现状

[导读]采用反渗透膜工艺处理污 (废)水,会产生约 1/3的浓缩水 (浓水), 浓水中多含有危害人类健康和生态环境的难生物降解有机物质 ,其污染问题亟待解决 。讨论了浓水中的主要污染物 ,国内外对反渗透浓水的处理途径及方法,分析了各种处理方法的优 、缺点 ,并展望了电化学法处理反渗透浓水的前景

城市污水厂采用反渗透 (RO)工艺制备回用水的过程中会产生浓水, 其中含有各种有机和无机污染物, 若直接排放可能会对土壤、地表水、海洋等产生污染 ;若排入市政污水处理系统,过高的总溶解性固体对活性污泥的生长也非常不利。将海水淡化厂被高度浓缩的 RO浓水以及由清洗剂 、阻垢剂引入的化学物质直接排入环境 ,也必然会产生不利影响 。

1 RO浓水中的污染物

① 溶解性有机物(DOM)

PeterM.C.研究了美国环境保护署公布的 129种优先控制污染物的水质判断 、污染物在水环境中的归宿、理化性质等方面的文献资料, 指出其中 45种主要富集在水中。 DOM中对人类和环境危害重大的污染物有:a.内分泌干扰物 , Nghiem等[ 1] 通过试验指出 NF/RO工艺产生的浓水和清洗水会浓缩大量的内分泌干扰物;b.药物 , Radjenovic等[ 2] 发现饮水厂的纳滤和反渗透浓水中可检测到每升几百纳克的药物残留 ,而这些浓水被排入附近的一条河流;c.病原菌, Ivnitsky等

[ 3] 指出微生物种群、胞外聚合物的形成和累积对降低膜的渗透性影响很大, 而病原细菌生物膜的形成会影响浓水的安全排放, 以及回用水的可持续利用。

② 总溶解性固体(TDS)

TDS是溶解在水里的无机盐和有机物的总称 。主要成分有钙、镁 、钠 、钾离子和碳酸根离子、碳酸氢根离子 、氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子。 TDS值越大, 说明水中的杂质含量越大 ,水的电导率值也越大 ;反之,杂质和电导率就小。

2 国内 RO浓水处理方式

① 回流法 。 RO浓水回流可提高回收率, 增大膜表面冲洗流速, 减少污堵;但回流率过高 , 又会使进水盐度升高 ,增加膜的负担 ,影响膜寿命。

② 回用作生产用水 。由于 RO浓水中无悬浮物 ,含阻垢剂且有压力 , 可用作过滤装置的反冲洗水 、除尘水、冲灰冲渣水、冷却水 ;或经过简单处理后混入原水回收。如果浓水中含环境优先控制污染物 ,则需慎重使用 。

③ 资源化利用。可采用水力涡轮增压器 、功交换器和压力交换器等利用余压产能;海水淡化厂的 RO浓水用于制盐, 可节约盐田 , 缩短晒盐周期 ;预处理后适当勾兑,可用于海产品养殖。

④ 蒸馏浓缩。膜蒸馏 (MD)技术是一项新技术 ,在常压下利用温差可将浓水尽可能地回收 (回收率 >95%)甚至结晶化 ,但目前经济、高质量的疏水微孔膜尚未研发成熟

3 国外 RO浓水处理方式

美国饮用水工业调查分析了产水量 >95 m3/d的 137个膜装置的类型和浓水处理方式(如表 2所示 ),其浓水的处理程度很低, 故寻求更经济和环境友好的浓水处理技术迫在眉睫

3.1 回流法

Lew等[ 15] 的浓水回流试验表明 , 当回流率为80%时,膜装置运行正常 。 NingRY等[ 16]指出反渗透的回流率最高可达 90%, 但易导致结垢现象。Figueruelo等[ 17]的试验表明当体积浓缩因子为 2.5(浓水回流比为 60%)时, 能维持稳定的出水量。Singh[ 18]指出苦咸水淡化厂通过增设浓水回收膜系统, 可使淡水总回收率从 75%上升至 87% ~ 90%。

3.2 直接或间接排放

① 排入地表水或海水 。该法是处理浓水最常用的方法 ,高效价廉, 但 RO浓水中的有害物质及离子会影响到受纳水体的水生环境或对水源产生污[ 19]。将 RO浓水排放口设在远离海岸的地方, 会减小其对海岸及海洋环境的影响[ 20、21]。若利用潮汐周期规律排放浓水,稀释扩散效果更好,但需要浓水储存池 ,只适于小型海水淡化厂[ 22]

② 排入污水处理系统 。远离含盐水体的淡化厂可将浓水排入污水处理系统, 但浓水的流量不宜过大 ,否则会影响污水厂生物处理工艺的稳定运行。

③ 深井注入地下 。将浓水注入土地的场所要慎重选择 ,注入管应做防腐处理, 还需在线监测周围的土壤。 Ning等[ 23] 将 RO浓水混凝、沉淀 、过滤处理后一部分排入沙漠深井, 另一部分回流, 继续处理。

④ 排入垃圾填埋场。浓水可作为液体废物处理, 也可加入凝固剂后作为固体废物处理,减少渗滤液的渗透和泄漏,从而减轻环境危害[ 13]

3.3 综合利用

① 资源回收。浓水有时比渗透液更有价值,尤其是食品行业, 在化学和制药工业也常用压力驱动膜来浓缩有机溶剂 。 Allegre等[ 24] 用过滤 /中和 /纳滤 /反渗透工艺处理染料废水, 纳滤排出的浓缩染料 、反渗透排出的浓缩盐水可多次回用,既减少了原料投入 ,又减少了废水排放量。

② 灌溉用水 。浓水可灌溉耐盐度高的植物 、产籽类作物 ,还可作为生态景区的补充水 ,但当地的地质也必须适合浓水灌溉 , 需要密切监测地下水或受纳水体的污染情况 。 Fiona等[ 25] 用海水灌溉油籽类盐土植物 ,生长季过后植物生长良好。

3.4 蒸发浓缩

浓水的蒸发塘法适用于气候炎热 、蒸发率高、年降雨量低 、土地广袤 、地价低廉的地区[ 26、27], 且要做好防渗工作 ,保护地下含水层。

3.5 污染物的去除

① 吸附。颗粒活性炭预处理主要去除疏水性和可生物降解性的 DOM[ 28] (减少 80% ~ 90%的DOM), 使膜渗透稳定、渗透液质量提高。

② 生物法。厌氧生物系统可以降解多种染料 ,在纺织废水和浓水处理方面也是可行的。然而 ,厌氧法处理 RO浓水的研究尚处于开始阶段 ,需解决高盐度和有机组分抑制或毒害微生物等问题 。

③ 焚烧。含高浓度有机物的垃圾渗滤液可焚烧处理 ,且这种方法能从废水中获取能源 ,但危险废物焚烧必须在回转窑焚烧炉中进行[ 13]

④ 高级氧化。臭氧和过氧化氢氧化高效但昂贵 ;Fenton试剂法对一些有机物有效 ,但氧化程度较低 ;TiO2 光催化氧化法高效且经济 , 但催化剂回收难 。 VanHege[ 29] 等研究了城市污水和纺织废水混合处理厂的 RO浓水的处理,结果表明 ,电化学法可有效去除 RO浓水中的氨氮、COD和色度 。

5 结语

RO浓水主要包括盐、TDS和 DOM, DOM中又包含内分泌干扰物 、药物和病原菌等对环境产生严重危害的优先控制污染物 , 因此寻找经济高效的RO浓水处理方法 , 对保护环境的意义重大 。国内外对 RO浓水的处理方式有:提高回收率、直接或间接排放 、综合利用 、蒸发浓缩以及去除污染物。电解法设备简单 、高效 、清洁 , 如何高效地降解有机物和降低能耗是该方法处理 RO浓水所面临的挑战 。另外 ,选择合适的处理方法还要考虑法律许可、处理费用 、当地条件 、工程规划、公众的可接受性等因素。

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