反渗透浓水处理工艺和设备比选

于莹

【摘 要】目前，炼化企业的污水处理场均处于“大马拉小车”运行状态。所研究企业之所以达到总排出水COD在50mg/L以下的优异水质，主要得益于其生化过程超长的停留时间（即较低的有机负荷）。在此条件下，对COD的进一步去除，可选择的工艺技术主要有以下三种：物理吸附、强氧化剂化学氧化和目前正处于研究阶段的电解降解技术。

【Abstract】At present， the sewage treatment field of refinery enterprises are in the "big horse car" running state. The total COD content under 50mg/L of excellent discharged water in research enterprise ，mainly due to the long retention time （lower organic loading）. Under these conditions， there are three main technologies for the further removal of COD physical adsorption， chemical oxidation of strong oxidant and electrolytic degradation technology which is in the research stage.

【关键词】反渗透；浓水；活性炭

【Keywords】reverse osmosis； concentrated water； activated carbon

【中图分类号】X703.3 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0152-02

1 反渗透浓水处理技术现状

物理吸附工艺是通过吸附载体将水中的污染物吸附截留，与水分离的工艺。常见的吸附载体有活性炭、活性炭纤维、沸石等。活性炭吸附和活性炭纤维对于污水中的COD物质（特别是溶解态COD）具有较好的去除效率，但此类工艺最大的障碍是脱附再生较困难，且对COD的处理也只是从水中分离，并不能达到真正降解去除的目的，因此脱附过程和脱附后的产品可能发生二次污染。

完全采用强氧化剂氧化处理的技术，目前在实验室的效果是毋庸置疑的，但之所以未见工业化规模的应用案例，其瓶颈因素就是运行成本非常昂贵，作为企业无法承担。即使目前部分企业尝试应用的臭氧活性炭技术，也因臭氧发生器的运行问题和臭氧生物活性炭联用技术其效果并不理想，未得到普遍的认可和应用。

而电解技术，目前还停留在试验开发阶段，就其核心部件开发及工业化整机试制，尚需时日。[1]

综上所述，为有效解决炼化企业污水场总排COD总量减排问题，并综合考虑投资效益及节能节水的现实需求，遵循“将污水污染物浓缩后对小流量高浓度水质集中处理、兼顾厂内用水需求将处理后优质污水进行分质回用”的设计思路，才是解决问题的最佳途径。

2 工艺和设备设施比选

本文分别对以下三种处理工艺和设备设施进行比选和论证，以解决反渗透浓水的达标排放问题。

2.1 再生活性炭（ACG）吸附

本研究在前期进行了两次中试试验，试验中采用的浓水处理工艺是再生活性炭吸附。从中试试验结果来看，经再生后的粒状果壳活性炭对浓水中的COD吸附效果是很明显的，初期产水COD含量可稳定在20～30mg/L，吸附速率较快，停留时间只需60min左右，吸附容量达到131.8mgCOD/g。

经两次的中试试验研究，所筛选的各工艺单元技术针对性强、效果可靠，通过了中试过程的严格检验。不仅考虑了单元技术的针对性、可靠性，同时还综合考虑了投资及运行成本的经济性、工程实施用地的可行性，因此，采用物化组合工艺流程处理该污水实现回用是经济可行的。但是，受活性炭吸附過程最低停留时间、滤速及浓度梯度条件的限制，采用的活性炭吸附系统异常庞大，基建投资、占地面积、运行方面的费用均较高。年耗活性炭约408t，且厂内无法自行再生，需要运到相关生产厂家进行再生后更换。

2.2 活性炭纤维（ACF）吸附

活性炭纤维（ACF），亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。其超过50%的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。活性炭纤维是由纤维状前驱体，经一定的程序炭化活化而成。较发达的比表面积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量，且由于它可方便地加工为毡、布、纸等不同的形状，并具有耐酸碱耐腐蚀特性。目前已在环境保护、催化、医药、军工等领域得到广泛应用。

活性炭纤维是一种典型的微孔炭，直径为10～30μm。孔隙直接开口于纤维表面，超微粒子以各种方式结合在一起，形成丰富的纳米空间，具有较大的比表面积。其含有的许多不规则结构——杂环结构或含有表面官能团的微结构，具有极大的表面能，提供了一个吸附态分子物理和化学变化的高压体系。使得吸附质到达吸附位的扩散路径比活性炭短、驱动力大且孔径分布集中，这是造成ACF比活性炭比表面积大、吸脱附速率快、吸附效率高的主要原因。其典型工艺流程如下：

2.3 工艺技术特点

表面大量的不饱和碳构筑成了独特的吸附结构，是一种典型的微孔炭。含有的许多不规则结构（杂环结构）或含有表面官能团的微结构，具有较大的表面积，丰富的微孔结构，其微孔体积可达90%左右，微孔孔径为1～4nm。在吸附过程中由于吸附介质分子与微孔表面分子间的作用力不同而产生交换吸附、物理吸附和化学吸附等不同吸附作用，因此具有对各类有机物组分COD的去除能力。产水COD含量可降至50～60mg/L以下，去除率可达60%～80%。脱吸只需180℃的过热蒸汽吹脱即可。

2.4 快速降解酶（BU-F-A）+树皮吸附（BU-F-O）

快速降解酶（BU-F-A）+树皮吸附（BU-F-O）系统采用附加装置+反应器的形式，即可作为传统水处理方法的补充，也可作为更具经济效益的替代方法。系统包括快速降解酶、吸油树皮和吸金属树皮三种处理手段对不同的水体环境进行针对性地组合，以达到最佳处理效果。

2.4.1 BU-F-A快速降解酶介绍

BU-F-A为纯天然浓缩菌群的产物，主要用于降解有机物。在储存状态下产品呈粉状，既可直接投放使用，也可在首次使用前经过6～24h激活后使用。激活可使用多种水源，如海水，盐水，糖水；若待处理水源毒性较小也可直接使用。激活率为95%，未激活部分不含任何有毒有害物质，更可提供营养物质给已激活部分。

2.4.2 BU-F-O吸油树皮介绍

BU-F-O是一种特选北欧松木树皮，材质表面有众多微小孔隙，接触面积大，吸附量大，并经由特殊化学处理方式形成外包薄膜，對各种油类吸附迅速，使其容易从生产用水、废水等各类水体中清除。

2.4.3 BU-F-M吸金属树皮介绍

BU-F-M与BU-F-O一样同选于北欧松木树皮，并经由特殊化学处理方式形成外包薄膜，能针对性吸收各类重金属。见效快，不会对水体造成二次污染。同时可通过技术手段回收所吸附金属。金属的吸附率最高达99.4%，可吸附的金属包括：银、铝、砷、金、镉、钴、铬、铜、铁、汞、镍、钼、锰、锑、铅、铂、钛、铀、钒、锌等。

3 三种工艺和设备的比较

4 结语

根据上述比较，成熟的活性炭吸附工艺作为反渗透浓水处理工艺比较成熟，但为了降低劳动量、投资和运行成本，采用了以下实施方案：①活性炭吸附装置采用钢制压力容器，固定床结构，压力运行。介质为反渗透浓水，水中悬浮物含量很低，固不设置专门的反冲洗系统。②活性炭系统采用两系列并联，并在每个系列中，相邻两台串联运行的方式，具体方式为：第一台和第二台串联运行，第二台出水排放；当第一台完全失效后，停掉第一台，启动第三台与第二台串联运行，余下依次切换，充分提高活性炭的利用率，更换周期可达到半年以上。③尽可能利用轻污染废水进行勾兑，减少需要处理的COD量，降低活性炭耗量。④活性炭的再生是非常复杂的过程，因此在厂内不宜设专门的再生装置。可由活性炭厂家协作再生的运行方式，这样费用上可比购买新炭要低很多，同时解决了厂内无法自行再生的问题。

通过上述方案可有效解决活性炭系统再生困难、耗量高和运行费用高的问题。