工业水处理中反渗透技术的应用

2020-12-10魏凤霞

中国金属通报 2020年6期

魏凤霞

（济钢国际工程技术有限公司，山东济南 250100）

随着社会的发展和进步，人们越来越意识到节约资源、保护环境的重要性，水处理技术得到快速发展。并且国家在政策层面上对企业的水利用率和污水排放方面也提出了更高的要求。反渗透处理技术具有运行成本低，操作方便，产水水质稳定的优点。在这样的大环境下，反渗透技术受到人们的重视，应用到了工业水处理中。本文将从以下三个方向来进行总结：制备除盐水用于锅炉补水；用于海水淡化；用于综合污水处理。

1 反渗透技术的基本原理

如果将一个只有水分子才能透过的半透膜两边分别注入纯水和盐水，因浓度不同，纯水会主动向盐水一方渗透，并最终达到一个平衡状态。达到平衡状态后，半透膜两侧，盐水和纯水之间的液位差被称为渗透压。而此时，如果在盐水液面一端施加压力，当压力大于渗透压时，水分子会从盐水一侧向纯水一侧运动。这种现象就称为反渗透现象。反渗透技术就是利用反渗透现象的原理，利用水泵给原水加压，给原水以超过渗透压的压力，促使水分子通过反渗透膜，出水端就可以得到纯水，盐分随着浓水排出。

2 反渗透水处理设备在工业水处理中的应用现状及存在问题

2.1 利用反渗透技术制备除盐水现状及存在问题

利用反渗透技术制备除盐水，可以追溯至上世纪70 年代后期，当时仅限于微电子行业中冲洗用水的制备[1]。当前，工业生产过程中，利用反渗透技术制备的除盐水，大多数都是用于锅炉补水。除盐水作为锅炉补水，早期主要应用于火力发电厂，后来发展到石化、炼油、化工、钢铁冶金等行业。而除盐水制备规模也由几十吨/h 发展到几千吨/h。

除盐水的制备工艺经过多年发展，已经形成了系统化的，成熟的工艺流程：预处理系统、反渗透系统和深度处理系统[2]。原水经换热器、多介质过滤器、超滤装置进行预处理过滤，去除原水中的悬浮物、胶体、有机物等杂质，降低原水的浊度。经预处理后，水进入反渗透系统。反渗透系统含一级反渗透装置和二级反渗透装置，反渗透系统是制备除盐水的关键步骤，利用膜分离技术去除水中大部分离子、二氧化硅等。大幅降低TDS。反渗透出水再进入深度处理系统，深度处理系统一般采用EDI 装置或者混床系统，来进一步提高系统产水水质。

利用反渗透技术制备除盐水有明显的优势：该工艺技术成熟，在设计、施工和运行方面也有了成熟的系统模式[3]；除盐效果好，反渗透除盐率达到95%以上；自动化程度高，管理方便。同时，该技术的应用过程中也有一些问题：浓盐水及各系统清洗废水排入污水系统，是对水资源的浪费；原水进水水质不稳定，容易对系统造成冲击；絮凝剂和消毒剂的投加量把握不准会影响膜系统的使用寿命。

2.2 利用反渗透技术进行海水淡化现状及存在问题

全球水资源中，海水占97.5%，淡水仅有2.5%；我们国家也存在水资源分布不均衡、人均水资源少等问题，制约着工业发展。因此，利用海水淡化，弥补淡水资源缺口，对于缓解沿海地区淡水资源紧缺的形势，发展循环经济具有重要意义。目前，国际上主流的海水淡化方法分为热法（蒸馏法）和膜法（反渗透技术）。其中，反渗透技术应用在海水淡化过程中起步较晚，上世纪七十年代，西班牙才利用反渗透技术建立了第一个海水淡化工厂。反渗透技术因为能耗低，仅为蒸馏法的1/40，而得到发达国家的重点研究与发展。

我国在“十三五”规划中提出，到2020 年，海水淡化总规模达到220 万t/天以上。从海水淡化产水用途来看，只有少数南方城市中规模较小的海水淡化工程产水用于生活用水，其余大部分产水用于工业领域，比如，火电企业、钢铁企业和石化企业。从选择工艺来看，68%以上海水淡化产水是通过膜法（反渗透技术）来制备的，其余产能制备工艺主要为热法（蒸馏法）。

采用反渗透技术进行海水淡化，有鲜明的优势：反渗透技术在水处理领域应用广泛，工业化集成应用比较成熟；占地面积小，设备费用低；不需要蒸汽，能耗低。同时，也存在一些问题：对海水预处理要求高；设备的防垢和防腐难度大；淡水产水率约为海水进水量的2/3，浓盐水产水量为海水进水量的1/3；海水淡化废水中存在次氯酸钠、聚磷酸盐、防腐剂、酸洗剂等污染物，还会存在管路腐蚀析出的重金属；浓盐水及海水淡化废水目前大部分作为废水重新排入海洋，不利于海洋环境的生态平衡。

2.3 将反渗透技术应用于工业综合废水处理现状及存在问题

随着工业的高速发展，工业废水排放到环境中，给生态环境带来的破坏越来越严重，而这些伤害的修复需要漫长的时间和经济投入。为了保护环境和经济可持续，国家对废水排放标准规定的更加严格，并提倡企业废水零排放。

目前，很多行业的废水存在难以处理的问题，比如印染行业、钢铁行业产生的废水都存在成分复杂，水质变化幅度大，COD含量高，污水毒性大的特点[4]。对于上述两种废水的处理技术及回用方法研究多种多样，反渗透技术在其中占有重要的位置。

印染废水经过反渗透膜的处理后可以回用到纺织行业生产中的各个工序，并且回用率能达50%～70%[5]。如苏南某印染公司选择预处理系统+超滤+反渗透的工艺对印染废水进行深度处理及回用，其色度及COD 去除率分别达到了98.8%和94.2%，反渗透出水水质电导率降到83μs/cm 以下，硬度≤10mg/L，铁锰等重金属离子未检测出，出水水质达到了纺织印染工业污染物排放标准，且废水回用率达到了50%。

钢铁行业在生产过程中会使用大量的水资源，并产生大量的工业废水，给生态环境带来较大压力。将反渗透技术应用到综合污水处理及回用工艺过程中，该工艺产出的产品水可作为工艺用水回用，少量浓盐水可用于冲渣。

采用反渗透技术来进行工业废水处理及回用，有较大的优势：反渗透技术使用过程中使用药剂量小，与传统废水处理工艺相比，成本较低；操作方便，处理周期短；对废水净化效率高。同时，反渗透技术的应用也存在一些问题：工业综合废水水质波动大，对反渗透膜冲击大；因工业废水成分复杂，反渗透膜的选择较为困难；浓盐水的去向问题。

3 反渗透处理技术备在工业水处理应用中的改进措施

3.1 利用反渗透技术制备除盐水的改进措施

在利用生产新水制备除盐水的过程中，我们可以采取一些方法来优化除盐水系统。第一，一级反渗透产生的浓盐水，可以收集至浓盐水池，用于预处理阶段多介质过滤器级超滤装置的反洗；二级反渗透产生的浓盐水，水质优于生产新水，可以回收至原水池利用；各种清洗废水可以收集至废水回收池，用于厂区冲渣或者降尘。第二，原水水质不稳定，应加强预处理，利用好在线监测，一旦出现水质变差，或者反渗透产水率过低的情况，应及时检修预处理设备及反渗透装置前的保安过滤器。第三，絮凝剂和消毒剂的投加量应根据在线监测水质情况，实时调整。

3.2 利用反渗透技术进行海水淡化的改进措施

为保证海水淡化工艺流程顺利运行，首先，应该把控好预处理系统，海水中藻类含量较高，在水进入反渗透膜前，需要控制合适剂量的杀菌灭藻剂，确保水质不对反渗透膜造成冲击。其次，反渗透装置外壳应选用抗腐蚀的加强型玻璃纤维，配套管路及水泵选择耐腐蚀的合金材质。最后，探索海水淡化过程中所产生的浓盐水可以进一步用HPRO 或DTRO 实现多级浓缩，浓缩至蒸发结晶的状态，进行分盐处理。

3.3 将反渗透技术应用于工业综合废水处理的改进措施

为保证反渗透技术在工业综合废水中的处理效果，我们应着重关注以下几个方面：第一，根据不同行业的废水水质情况，选择合适的沉淀方式，杀菌消毒药剂。第二，反渗透膜组件有中空纤维式、卷式、板框式和管式等种类，应根据废水水质选择合适的膜组件。第三，在污水处理过程中产生的浓盐水，可根据企业的生产特点，分级利用，实现废水零排放。