反渗透技术在污废水深度处理中的应用及研究进展

陈钊林 罗家兴

摘要：据不完全统计，我国上个世纪缺水城市已达到400多个，供水量缺口达12×106m3/d，而每年污水排放量高达800亿立方米，并在不断增长。为了缓解严峻的水资源形势，除大力加强节约用水外，以污废水再生处理作为非传统水资源被广泛认可和应用。以反渗透（RO）为核心的膜分离技术作为21世纪水处理领域中的关键手段以其高效、占地面积小、产水水质高、运行可靠、易实现自动控制和集成化等优势为获得高品質的再生水提供了重要的技术保障。

关键词：反渗透；污废水；深度处理；膜污染

1RO膜分离技术在污废水处理中的应用

1.1高矿化度废水处理中的应用

1.1.1矿进水处理

以矿井水为代表的高矿化度废水，其特点是矿化度高，尤其井下涌水，平均矿化度在1000mg/L以上，含有大量的Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-、SO42-、HCO3-等离子，SS中有机成分少，COD低于1.5mg/L。对于水资源严重缺乏的矿区，利用RO技术深度处理作为生产和生活用水已被广泛推广。通过向矿井水中加药絮凝、沉淀和快速过滤作为预处理，去除水中绝大多数的SS，确保了RO进水浊度<1NTU。出水进一步经过RO处理，水中浊度去除率接近100%，脱盐率达到96%，产水达到了饮用水水质标准，处理成本约5.17元/m3。考虑到高矿化度矿井水中铁、锰含量较高，且高浓度的Ca2+、SO42-离子可能在RO膜表面形成难以清除的CaSO4垢污染，通过曝气，将水中的Fe2+氧化成Fe3+；通过向曝气池中添加石灰乳调节水体pH，使Ca2+和Fe3+生成CaCO3和Fe（OH）3沉淀，再利用加入的PAM助凝剂和PAC絮凝剂使CaCO3和Fe（OH）3形成较大的絮体，于澄清池中去除；再通过锰砂滤池进一步将出水中的Mn2+降低到0.04mg/L。超滤（UF）对大分子有机物、病原体及悬浮物具有较强的截留作用，通常处理出水的SS截留，以确保RO进水满足水质要求。

1.1.2冶金行业废水处理

钢铁工业作为高耗水、高污染的资源型产业，其耗水量已占全国工业总耗水量的14%，将其进行深度处理回用于生产和生活，减少吨钢耗新水量，已在冶金行业大力推行。钢铁工业废水水质成分复杂，各项指标波动较大，尤其Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、SO42-、F-及SiO2等含量均较高，若不对高价金属离子进行预脱出，RO膜将会面临严重的无机污染。针对经过二级生化处理后的太钢废水，首先利用曝气池曝气氧化，使Fe2+氧化为Fe3+，同时投加NaClO提高对水体中Fe2+的氧化能力及杀菌效果；出水加石灰乳调节pH、加PAM和PAC进行絮凝，再经沉淀、快速过滤及活性炭吸附，进一步去除水中的有机物、余氯、重金属离子等。出水经UF处理后，加还原剂、阻垢剂及酸后进入RO系统。其中，添加NaSO3还原剂的目的是防止水中余氯氧化芳香聚酰胺材质的RO膜。最终，一级RO主要去除水中大部分的溶解盐类、胶体、有机物等，产水一部分用作钢厂工艺用水，另一部分加碱后经二级反渗透、离子交换系统处理，用于高压锅炉补给水。在预处理澄清池中联合投加了粉末活性炭和石灰乳，以降低冶金工业废水中60%～70%有机物和油类及部分Ca2+、Ba2+等高价离子，水中的SS和胶体物质去除近90%。可有效预防水中高浓度的SO42-、F（最高含量分别为-402mg/L和3.96mg/L）在RO膜表面形成CaSO4、BaSO4和CaF2沉淀污染。值得注意的是，活性炭虽然对有机物和SS吸附效果较好，但属于非选择性吸附，在富含SS的污废水前期预处理中使用，其高用量以及高价格势必增大水处理成本。因此，一般只限用于工程应急使用。

1.2垃圾渗滤液的深度处理

垃圾渗滤液主要来源于填埋场降水，其污染物主要来源于微生物对垃圾的分解和降水淋溶，水质十分复杂且波动大，COD远高于城市污水，最高可达30000mg/L，可生化性差。此外，渗滤液还可能含有Fe2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Zn2+等多种金属离子。在发酵阶段，Fe2+的浓度甚至高达2000mg/L、Ca2+高达4000mg/L。尽管A/O二段生化处理工艺已被广泛用于垃圾渗滤液中的有机物降解和脱氮处理，但出水效果并不稳定。为此，在利用机械过滤的基础上，采用UF膜与A/O结合构成MBR工艺，强化其对垃圾渗滤液中有机物的去除率。出水经UF膜水泥分离后进入纳滤（NF）系统。利用NF能有效分离MBR产水中分子量为200～2000的有机物和部分高价金属离子的特性，组成了MBR+NF+RO三膜联合处理工艺。结果表明，该工艺运行效果良好，出水水质达到生活垃圾填埋场污染控制标准。在运行中，当NF出水满足排放要求时产水可直接排放，否则利用后续的RO系统继续处理。

2结语与展望

目前，RO已经成为各种污废水深度处理或高品质回用水处理不可或缺的核心技术，为了充分发挥其技术优势，以确保RO系统稳定运行和降低水处理成本为宗旨，针对原水中的SS、易结垢的无机污染物及难降解有机物，组合处理工艺也由传统的絮凝、沉淀、快速过滤+RO，发展到UF+RO或MBR+RO双膜法、甚至MBR+NF+RO三膜法。RO系统的运行一致伴随着膜污染。随着研究手段在分离纯化和可视化方面的不断进步，从微观结构和污染形成机理方面探讨膜污染产生根源，了解RO膜污染初期形成和污染加剧的关键因素，可为有效缓解和控制膜污染奠定理论基础。建立更为科学的RO进水潜在污染性预测方法，是RO深度处理污废水工艺设计和运行管理的技术保证。针对SDI值无法全面反映RO进水水质污染性（主要以生化处理出水为RO进水）的现状，采用MIF与不同孔径膜结合替代SDI值被广泛研究，而互联网技术、大数据等技术的引入，值得期待。此外，高矿化度RO浓水的有效处理处置方法急待探索，高效降解有机物、低能耗处理是其所面临的挑战。

参考文献：

[1]钱文婧，贺灿飞.中国水资源利用效率区域差异及影响因素研究[J].中国人口资源与环境，2011.

[2]朱洪涛，文湘华，黄霞.膜法水处理技术的最新进展[J].中国给水排水，2007.

作者简介：陈钊林（1996.1.4-），性别：男，民族：汉，职称：学生，籍贯；广西玉林，专业：给排水科学与工程，身份证号：450902199601042019.

罗家兴（1997.04.15-），性别；男，民族：汉，职称：学生，籍贯：四川宜宾

，专业：给排水科学与工程，身份证号：511502199704155177.