(中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司福建省福州市350003)
摘要:介绍了反渗透浓水回收存在的问题,并就RO浓水回收技术进行了探讨。
关键词:问题;回用技术
1浓水的产生
目前许多电厂均已引入反渗透脱盐系统,该系统的最大特点是出水水质稳定、系统酸碱耗量低,但新鲜水耗量大。一级反渗透的回收率一般为75%左右,即有25%的新鲜水作为反渗透浓水排放[1],若不对其加以回收利用,不仅会造成水资源的浪费,还会对环境产生不利影响[2],因此有必要考虑对反渗透浓水进行回用。
2浓水回收的问题
1)易结垢:由于反渗透的选择透过性,一方面,CO2的透过率几乎为100%,导致浓水侧pH值升高;另一方面,Ca2+的透过率几乎为零,导致浓水侧Ca2+的浓度约为进水的4倍。两者共同作用容易使CaCO3析出。
2)易污堵:由于反渗透对有机物、胶体的截留作用,有机物、胶体积聚在浓水侧,若不对其进行有效控制,也会造成反渗透膜的污堵。
3)易污染:反渗透装置运行时,水中的各种营养盐得到了富集,使得微生物极易在浓水侧滋生,若无有效控制,也会造成反渗透膜的生物污染。
3浓水处理方法
目前,处理反渗透浓水主要采用5种方案:第一、直接或间接排放;第二、减量化;第三、结合实际生产综合利用;第四、资源化利用;第五、集中回收处理后回用。
3.1直接或间接排放
1)排入地表水或海水。由于RO浓水含盐量较高(约为进水含盐量的4倍),直接排入淡水水体会对受纳水体的水生环境产生污染,目前该法主要应用于厂址周围有含盐水体的淡化厂。
2)排入污水处理系统。远离含盐水体的淡化厂可将RO浓水排入污水处理系统,但浓水的排放量应以不影响污水处理厂工艺系统的稳定运行为宜。
3)深井注射。当厂址周围无可受纳的水体或受纳水体受限时,可将浓水通过深井注射排入地下,但深井注射的成本很高,对地理条件的要求也相当苛刻,一般只有在其它方法都不可行的情况下才考虑采用。
4)蒸发处理。该法适合在年降量低、蒸发量高且有足够廉价土地的地区使用。为了防止浓水渗入地下,一般需对蒸发池进行严格的防渗处理。
3.2减量化
1)增大反渗透膜两侧的压差。但压差的提高不仅要考虑膜的耐压性能,还须考虑由于回收率的提高导致浓水中成垢离子结垢等问题,因而实际工艺中一般不采用。
2)降低反渗透进水的含盐量。该法能降低反渗透膜侧液体的渗透压差,同样可以减少浓水的产量,但一般需在反渗透前加软化装置。
3)浓水回流。RO浓水回流可提高反渗透的回收率。孙培毅[3]指出在RO系统中增设浓水回流装置,可使淡水的总回收率从75%提高到87%~90%。但浓水回流又会提高进水含盐量,使膜的负担加重,影响膜寿命,因而需注意将回流率控制在合适的范围内。
3.3结合实际生产综合利用
1)冲灰渣水。由于灰渣中含有大量的硅酸根,它能与浓水中的Ca2+、Mg2+发生混凝作用,大大降低了灰渣的沉淀距离,从而减轻灰渣管的结垢程度。
2)循环水补充水。杜安平[4]通过将RO浓水与新鲜水按一定比例混合后,发现混合后的水质指标符合循环冷却水的水质标准。
3)绿化。浓水还可用于喷灌盐土植物,但在通常情况下,浓水的含盐量远大于盐水植物可承受的水平,故在喷灌前一般须对浓水进行共混或预处理。
4)煤场喷洒水或超滤反洗水。RO浓水几乎不含悬浮物,完全可以满足煤场喷洒水和超滤反洗水对浊度的要求。
RO浓水直接回用,不仅提高了水的利用率,节省了成本,而且不污染环境,所以可在适合的条件下推广。但由于此种做法并没有从根本上改变浓水的水质,且用途有限,因此有一定的局限性。
3.4资源化利用
1)余压产能。反渗透系统的进水压力一般为渗透压的几十倍,可通过压力交换器、水力涡轮增压器和功交换器等利用RO浓水的余压产能。
2)作为太阳池的储热媒质。该法一般用于RO浓水排放量较大的国家或地区。
3)制盐。海水淡化后浓水的含盐量和温度都较高,以其为原料制盐,不仅能解决海水淡化后浓水的排放问题,还能节约盐田,缩短晒盐周期。
4)浓海水经预处理后适当勾兑,还可用于海产品的养殖[5]。
以上方法虽然能在一定程度上能对浓水进行回收利用,但可建造的规模有限,故也有一定的局限性。
3.5集中回收处理后回用
在反渗透浓水中,在各种盐富集的作用下,许多结垢型盐如:CaCO3、CaSO4、BaSO4等,它们的成垢离子的浓度积远大于其溶度积。为使这些成垢离子在较高的过饱和度下不结垢析出,一般在RO进水中加有阻垢剂,但其在浓水的输送过程中会逐渐失效,因此浓水回用主要应考虑去除这些成垢离子。
3.5.1软化
向浓水中投加碱性物质(软化剂),提高浓水pH值,使碳酸盐平衡向有利于生成CaCO3沉淀方向移动:HCO3-+OH-→CO32-+H2O。为了提高澄清效果,同时向浓水中投入絮凝剂和助凝剂,生成的沉淀可用现有的沉淀池去除。对于澄清水,还需要根据用户对用水pH的要求调节沉淀处理后的浓水pH,如加酸(酸化剂)降低pH值。
3.5.2加酸脱碳
RO浓水属于过饱和的碳酸盐体系,通过向浓水中加入HCl,使碳酸盐平衡向生成CO2方向移动:HCO3-+H+→CO2;生成的CO2用除碳器除去。所以,加酸处理后的浓水因缺乏成垢阴离子而难以发生CaCO3结垢。目前,除碳器的设计已很成熟,无需研究浓水加酸后的脱碳效果,只需研究加酸过程中pH的变化与加酸的经济性即可。
3.5.3诱导沉淀
诱导沉淀法主要针对反渗透浓水中无机垢(如CaCO3、CaSO4、BaSO4等)为限制反渗透回收率的情况,此外,RO阻垢剂对诱导沉淀起阻碍作用,若能找到一种使RO阻垢剂失效的技术,则诱导沉淀效果更好。
3.5.4电解法
电解法利用电化学氧化的破坏作用使浓水中的阻垢剂失效,从而达到降低浓水过饱和度的目的。浓水在电解过程中的电极反应如下:
阳极反应Fe-2e-→Fe2+
阴极反应2H2O+O2+2e-→H2O2+2OH-
Fe2++H2O2→Fe3++OH-+•OH
反应产物为强氧化性物质•OH,它基本能将所有的阻垢剂氧化,使浓水中过饱和的成垢离子形成沉淀,浓水的结垢趋势大大降低,生成的沉淀可经混凝、过滤等工艺去除。
随着电化学技术的发展,电解法也得到了延伸,现常用的还有内电解法和微电解法。另外,还可将电解技术与其它技术相结合,如光电协同、声电氧化等,其处理效果明显优于单纯电解法。
4小结
随着RO的发展,其应用领域不断拓宽,与此同时将会产生更多的RO浓水,传统直接排放的方法虽然简便易行,但它只是污染物的一个转移过程,并没有从根本上解决问题;结合实际生产综合利用法虽然不需添加任何化学药剂,但对浓水的大量处理时其处理效果有限;资源化利用能将浓水的余能有效利用,并创造一定的经济效益,但可建造的规模有限,一般适用于大规模海水淡化地区;集中回收处理法能从根本上改变浓水水质,并对其进行回收利用,但需考虑新增设备费用问题。因此,开发高效低廉的新技术是RO浓水回用的重点。
参考文献:
[1]吴连成,郑斐。反渗透浓水排放与利用研究[J]。河南科技,2008,9:66。
[2]李和平。反渗透浓水在循环冷却水系统中的利用[J]。冶金动力,2011,2:258。
[3]孙培毅.利用新型抗污染膜技术提高反渗透系统回收率[A].2002全国水处理技术研讨会论文集[C],2002,10:226-229.
[4]杜安平,张东乐.反渗透浓水回用为循环水补水的应用[J].工业技术,2010(5):93.
[5]赵春霞,顾平等.反渗透浓水处理现状与研究进展[J].中国给水排水,2009,25(18):2-3.