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反渗透技术在高矿化度废水处理中的应用

      作为21世纪水处理领域的关键技术，以反渗透（RO）为核心的膜分离技术因其高效、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，为获得高品质的再生水提供了重要的技术保障。

      1、RO膜分离技术

      RO膜分离技术是以膜两侧静压差为推动力，以水分子为代表的小分子溶剂在克服渗透压的情况下通过RO膜从而实现与杂质分离的膜过程。该技术操作压力一般在1.5～10.5MPa，可以截留1～10A的小分子杂质，主要应用于水处理中。RO作为关键性设备，可以去除水中97%以上溶解性无机物、99%相对分子量300及以上的有机物、99%以上包括细菌在内的各种微粒及95%SiO2。

      然而，在实际应用中，RO膜分离技术的广泛推广受到了过高的运行成本的制约。一方面是由于RO系统操作压力高、能耗大，另一方面，膜污染不仅导致操作压力进一步加大、脱盐率下降，甚至需要频繁更换价格昂贵的RO膜元件。在高压下运行时，进水中的悬浮物容易堆积在RO膜表面形成滤饼层，溶解性有机物则可能吸附于膜面形成凝胶层，微生物或者其它胶体类物质等会依附于膜面，导致一系列有机污染、微生物污染和无机污染。以水回收率50%～75%为例，其RO浓水中盐离子含量约为进水的2～4倍，膜表面产生的凝胶层或滤饼层还会大大降低Ca2+、Mg2+等难溶无机离子的溶度积。

      为了充分发挥RO的技术优势，进水必须经过严格的预处理，一般控制RO进水的浊度小于1NTU、污泥污染指数（SDI）小于5。在运行中还要通过调节进水pH或投加阻垢剂等方法以防止膜表面产生结垢污染。

      2、RO膜分离技术在污废水处理中的应用

      2.1 高矿化度废水处理中的应用

      高矿化度矿井水是一种具有高矿化度、含有大量离子如Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-、SO42-、HCO3-的废水。其特点是平均矿化度在1000mg/L以上，SS中有机成分少，COD低于1.5mg/L。由于水资源严重缺乏，利用RO技术深度处理这种废水作为生产和生活用水已被广泛推广。

      我们通过向矿井水中加药絮凝、沉淀和快速过滤作为预处理，成功地去除水中绝大多数的SS，确保了RO进水浊度小于1NTU。经过RO处理后，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，处理成本约为5.17元/m3。

      同时，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，我们采用了曝气氧化、调节pH和加入PAM和PAC等预处理措施，使Ca2+和Fe3+生成沉淀，并在澄清池中去除。此外，我们还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。通过对高矿化度矿进水经RO技术处理用于生活饮用水的工程案例进行整理，我们得出以下结论：

      当原水中SS小于50mg/L时，可采用微絮凝直接过滤作为RO的预处理；

      当SS大于50mg/L时，则需采用絮凝、沉淀、过滤作为RO的预处理。当Fe含量超过0.3mg/L时，需要采用锰砂滤池进行除铁、过滤。

      当有机物含量较高时，需采用氯氧化、混凝、沉淀、过滤、活性炭吸附技术做预处理。当碳酸盐硬度较高时，为防止在RO膜表面产生CaCO3沉淀污染，预处理工艺中需增加离子交换和脱CO2技术。对于其它难溶盐，可在RO进水前添加阻垢剂处理。

      当硅酸盐含量较高时，可在絮凝阶段投加石灰乳或MgO。

      2.1.2 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%。为了减少吨钢耗新水量，减少废水排放，已在冶金行业大力推行对钢铁工业废水进行深度处理回用于生产和生活。

      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。如果不先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，添加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粉末活性炭和石灰乳，可以有效降低冶金工业废水中60%～70%的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%。这可以预防水中高浓度的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。

      结语：

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      下期继续分享反渗透技术在难降解有机污废水处理中的应用，敬请期待。

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