反渗透浓水排放与利用研究
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ＥＣＯ－ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ 生态环境
反渗透浓水排放与利用研究
吴连成 １ 郑 斐 ２
近年来随着反渗透膜质量的提高和价格的不断降 低， 反渗透应用的发展速度很快， 已广泛应用于国民经 济的各个领域。但必须注意的是， 在制取优质脱盐水的 同时， 进水中的杂质被高度浓缩。如果反渗透浓水得不 到妥善的处理而直接排放， 必然会对土壤、地表水、海洋 环境等产生不利影响。在水资源匮乏的今天， 根据实际 情况科学合理地选择浓水处理方法， 回收和再利用这部 分反渗透浓水具有很好的经济效益和社会效益。
二 、浓 水 处 理 方 法 过去大量海水淡化厂的反渗透浓水被直接排入海 洋。人们通常认为相对于浩瀚的海洋来说， 反渗透浓水 是极微小的一部分， 它们不会对海洋环境造成很大影 响。但海洋对排放物的消纳能力并不是无限的， 高浓度 的浓水和过程中引入的化学物质可能对排放口周围的
表 ２ 混溶后浆料废水的凝结沉淀实验结果
参考文献： ［１］ 中 国 科 学 大 连 化 学 物 理 所 ， 北 京 印 染 厂．化 学 物 理 方 法 处
理印染废水［Ｍ］．科学技术文献出版社， １９７９． ［２］ 严瑞主编．水溶液性高分子［Ｍ］．化学工业出版社．１９９８．
河南科技 ２００８．９ 上
６５
ＥＣＯ－ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ 生态环境
５．蒸发处理。蒸发池在蒸 发 量 高 、降 雨 量 少 而 且 有 足 够 廉 价 土 地 的 地 区 是 一 种 比 较 实 用 的 处 置 方 法 。在 合 适的气候条件下， 有效利用充足的太阳能， 将浓水储存 在蒸发池中让其逐渐蒸发， 定期清理残余固体并送到垃 圾 填 埋 场 处 置 。蒸 发 池 如 果 建 造 不 合 理 浓 水 会 渗 透 入 地 下， 造成水体污染。因此， 蒸发池一般要有严格的防渗漏 衬里处理和防溢流处理， 以保证浓水不会排放到地下水 和地表水水体中。
性， 其起泡机理与低分子表面活性剂相同。但该特性因 其分子结构的影响而比一般低分子表面活性剂弱的多。
另一方面， 变性淀粉类高分子表面活性剂是通过化 学改性引入各种离子基或长链烃基， 使之在具有增稠分 散和稳定等功能的同时， 亦具有降低溶液表面张力的作 用。由表面活性剂的基本性质可以推断， 当聚乙烯醇与 变性淀粉混溶， 两种物质的表面活性呈现出叠加效应， 表面张力进一步降低， 其表现为浆料废水分散体的稳定 性的加强， 由此降低了 ＰＶＡ 去除效率。
一 、浓 水 特 点 反渗透浓水通常具有较高的压力： 高压反渗透 （ ５．６～１０．５ＭＰａ） 、低 压 反 渗 透（ １．４～４．２ＭＰａ） 、超 低 压 反 渗透（ ０．５～１．４ＭＰａ） 。
（ １．郑 州 大 学 水 利 与 环 境 学 院 ２．中 国 纺 织 工 业 设 计院）
由于反渗透装置对进水水质要求严格， 原水通常需 要 经 过 普 通 快 滤 池 、多 介 质 过 滤 器 、臭 氧 活 性 炭 过 滤 器 、 微滤器等预处理工序才能满足该装置的进水水质要求， 因 此 悬 浮 物 含 量 少 、浊 度 低 、几 乎 不 含 有 机 污 染 物 质 。反 渗透浓水水量、水质受到的影响因素有 ： 进水水质、回收 率 、预 处 理 中 使 用 的 阻 垢 剂 、反 渗 透 膜 清 洗 时 使 用 的 清 洗剂等。其中进水水质对浓水的性质起主要决定作用， 而过程中添加的化学物质的影响较小， 因为添加的浓度 相对较低（ 一般小于 １０ｍｇ ／Ｌ） 。
２．对 浓 水 进 行 二 次 开 发 利 用 。 （ １） 余压回收利用。浓水通常具有较高的压力， 尤 其是如海水淡化和苦咸水淡化， 操作压力高， 回收率低， 大部分能量因浓水放空而没有利用， 从节能和经济性角 度考虑， 这部分能量回收十分重要。目前应用较多的有 水 力 涡 轮 增 压 器 、功 交 换 器 和 压 力 交 换 器 。 国 内 某 公 司 开发的 ＨＳ２０ 型能量回收机能量回 收 率 可 达 ９３％以 上 ， 并已应用于小型锅炉的脱盐水处理。 （ ２） 作为太阳池的储热媒质。在浓水排放量大的情 况下， 尤其是海水淡化厂， 考虑将反渗透浓水作为太阳 池 下 对 流 层 的 储 热 媒 质 ， 可 充 分 实 现 废 物 利 用 、变 害 为 宝。最上层称为上对流层； 最下层称为下对流层， 其最高 温 度 可 达 １００℃左 右 ； 中 间 层 称 为 非 对 流 层 ， 是 太 阳 池 的关键部分， 其盐溶液的浓度是随着池深呈梯度增大 的， 因而它的密度也是呈梯度增加的， 这样它就能有效 地防止下层池水由于温度升高而产生的竖直方向的自 然对流， 因而可以使得下对流区的温度比上对流区的温 度高， 从而达到收集和储存太阳能的目的。目前大量采 用海水淡化的国家和地区如以色列， 阿拉伯等， 已广泛 将太阳池与大规模海水淡化厂合建， 经济效益明显。 ３．直 接 结 合 生 产 工 艺 状 况 综 合 利 用 。影 响 反 渗 透 浓 水 综 合 利 用 的 主 要 问 题 是 硬 度 、重 碳 酸 盐 和 硫 酸 盐 等 离 子的含量很高， 其可生化性差、处理难度高， 如何降低及 合 理 控 制 这 些 有 害 物 质 是 能 否 回 收 利 用 的 关 键 。如 果 能 够结合生产工艺， 将反渗透浓水与其它废水综合治理、
提 高 反 渗 透 的 操 作 压 力 。操 作 压 力 提 高 会 带 来 新 的 问题， 除装置的耐压问题外， 必须研制开发能耐更高压 力的膜和组件及解决因回收率提高带来的成垢离子结 垢沉淀问题， 实际中很少采用。
适当降低原水的渗透压， 采用高脱盐率的反渗透膜 与纳滤膜技术结合， 降低反渗透过程中膜面的渗透压。 研究表明， 此工艺可以在不提高操作压力的条件下， 可 使 反 渗 透 海 水 淡 化 的 回 收 率 从 目 前 的 ３５～４０％提 高 到 ６０％以 上 。
６．其 他 处 理 。 （ １） 中水回用或工业重复利用。目前， 将反渗透浓 水 用 作 中 水 回 用 冲 厕 、道 路 清 扫 、城 市 绿 化 、车 辆 冲 洗 、 建筑施工等较为常见， 但该方法需要慎用。 （ ２） 用于灌溉和养殖。浓水可用来灌溉盐土植物， 这些植 物 可 承 受 高 于 ３５０００ｍｇ ／Ｌ 的 盐 度 ， 但 其 对 土 壤 的盐化作用要保持在一个可接受的水平， 对地下水和地 表水的潜在危害也应保持最小。 三 、结 论 分析认为解决反渗透浓水排放与利用主要采用的 有 ３ 种方案： 一类是直接排放和深井注射， 如排入海洋、 地表水、污水处理系统等； 第二类将浓水进行再利用， 如 余压利用、太阳池储热媒质、灌溉、养殖、中水回用等； 第 三类将浓水中盐分去除， 如结合生产工艺与含碱废水的 混合沉淀等。第一类方案没有彻底解决问题， 只是将存 在的污染转化到环境当中， 当环境的自净能力有限和对 排放水质有要求时， 不宜直接排放； 深井注射对地下环 境的潜在危害尚存在争论且成本较高， 在其它方法都不 可 行 的 情 况 下 才 考 虑 采 用 。第 二 类 方 案 可 有 效 利 用 资 源 并创造一定的经济效益， 是浓水回收利用的方向。第三 类方案将浓水中盐分去除， 解决了反渗透浓水外排污染 环境问题。 通过以上分析提出反渗透浓水的排放与利用方案 为： 首先考虑利用浓水作为储热媒质与太阳池合建， 其 次考虑蒸发池； 中小型反渗透装置浓水直接作为中水回 用或与其他处理过的废水混合稀释回用； 政策允许的情 况 下 可 将 浓 水 直 接 排 放 海 洋 、地 表 水 体 或 市 政 污 水 处 理 系统； 在处理成本允许的情况下， 少量浓水考虑蒸发池、 电凝聚－ 气浮等处理， 大量浓水考虑深井注射。
３．聚乙醇淀粉混合浆料废水浓度低于 ０．５％时， 在较 低的剪切速率下可以视为牛顿流体， 应利用牛顿流体的 特性来处理低浓度废水。
４．当高分子聚合 物 聚 乙 烯 醇 与 淀 粉 混 溶 时 ， 其 混 溶 组分在显示出原聚乙烯醇水溶液所不具备的特性同时， 也丧失了原有的一些特性， 如对硼砂的敏感性， 盐类的 容忍度等。因此在处理这类废水时， 应根据混合浆料的 特性来制定处理工艺， 要有针对性， 以达到简单易行的 目的。
编号
项目
１
２
ＰＶＡ 用
１
２
量（ ｇ ／ｌ）
ＰＨ
７
７
３４ ３４ ７７
５
６
５
６
７
７
凝结剂比 １０： １ １０： １ １０： １ １０： １ １０： １ １０： １
加热温 ３５ ３５ 度（ ℃）
３５ ３５ ３５ ３５
去除率％ ５．９ １０．２ ２０．１ ２５．７ ５８．４ ５９．６
沉淀现象 少量不 少量块 少量块 少量块 大量块 大量块 成形物 状软物 状软物 状软物 状物 状物
当然， 高分子表面活性剂的溶液性质非常复杂， 特
别是与水溶性树脂混合后， 会有多种机理同时作用。 三 、结 论 １．本方法对纯聚乙醇浆料废水的处理效果非常明显，
效率也非常高。不仅能最大限度的减少废水中的 ＣＯＤ 排 放量， 还能极大的提高资源利用效率， 属于企业节能减 排的一个很好的清洁生产方案。
２． 本方法对 聚 乙 醇 淀 粉 混 合 浆 料 废 水 的 处 理 效 果 在低浓度时明显降低。
以废治废， 不但可以降低其处理难度， 也可以降低处理 费用， 取得可观的经济社会效益。
４．深 井 注 射 。浓 水 的 另 一 个 处 理 方 法 是 通 过 深 井 注 射 把 它 排 入 地 下 ， 深 度 通 常 为 １３００～２０００ 米 ， 这 一 方 法 已实践多年， 例如在美国有超过 ８００ 个深井用于注射处 理各种有毒有害废水， 包括海水淡化反渗透浓水。通过 深井注射来处理浓水成本很高， 因此在其它方法都不可 行的情况下才可考虑采用。
பைடு நூலகம்
海洋生物造成伤害。因此， 直接将浓水直接排入海洋正 逐步受到限制。
对于中小型反渗透装置， 将浓水直接排入市政污水 处理系统也很常 见 。 但 浓 水 中 过 高 的 ＴＤＳ 对 污 泥 生 长 有不利影响， 因此排放之前应得到市政部门及污水处理 厂的许可。
１．减量化。回收率对浓水产量影响较大， 可通过提高 回收率来降低浓水产量。浓水产量 Ｑｒ＝Ｑｆ（ １－ Ｙ） 。浓缩倍 率 ＣＦ＝Ｉ（／ １－ Ｙ） ， 其中 Ｑｆ 为进水流量； Ｙ 为回收率。由上面 公式可以得出： 回收率越高， 浓水产量 Ｑｒ 越低， 浓缩倍率 ＣＦ 越高。
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反渗透浓水排放与利用研究
吴连成 １ 郑 斐 ２
近年来随着反渗透膜质量的提高和价格的不断降 低， 反渗透应用的发展速度很快， 已广泛应用于国民经 济的各个领域。但必须注意的是， 在制取优质脱盐水的 同时， 进水中的杂质被高度浓缩。如果反渗透浓水得不 到妥善的处理而直接排放， 必然会对土壤、地表水、海洋 环境等产生不利影响。在水资源匮乏的今天， 根据实际 情况科学合理地选择浓水处理方法， 回收和再利用这部 分反渗透浓水具有很好的经济效益和社会效益。
二 、浓 水 处 理 方 法 过去大量海水淡化厂的反渗透浓水被直接排入海 洋。人们通常认为相对于浩瀚的海洋来说， 反渗透浓水 是极微小的一部分， 它们不会对海洋环境造成很大影 响。但海洋对排放物的消纳能力并不是无限的， 高浓度 的浓水和过程中引入的化学物质可能对排放口周围的
表 ２ 混溶后浆料废水的凝结沉淀实验结果
参考文献： ［１］ 中 国 科 学 大 连 化 学 物 理 所 ， 北 京 印 染 厂．化 学 物 理 方 法 处
理印染废水［Ｍ］．科学技术文献出版社， １９７９． ［２］ 严瑞主编．水溶液性高分子［Ｍ］．化学工业出版社．１９９８．
河南科技 ２００８．９ 上
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ＥＣＯ－ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ 生态环境
５．蒸发处理。蒸发池在蒸 发 量 高 、降 雨 量 少 而 且 有 足 够 廉 价 土 地 的 地 区 是 一 种 比 较 实 用 的 处 置 方 法 。在 合 适的气候条件下， 有效利用充足的太阳能， 将浓水储存 在蒸发池中让其逐渐蒸发， 定期清理残余固体并送到垃 圾 填 埋 场 处 置 。蒸 发 池 如 果 建 造 不 合 理 浓 水 会 渗 透 入 地 下， 造成水体污染。因此， 蒸发池一般要有严格的防渗漏 衬里处理和防溢流处理， 以保证浓水不会排放到地下水 和地表水水体中。
性， 其起泡机理与低分子表面活性剂相同。但该特性因 其分子结构的影响而比一般低分子表面活性剂弱的多。
另一方面， 变性淀粉类高分子表面活性剂是通过化 学改性引入各种离子基或长链烃基， 使之在具有增稠分 散和稳定等功能的同时， 亦具有降低溶液表面张力的作 用。由表面活性剂的基本性质可以推断， 当聚乙烯醇与 变性淀粉混溶， 两种物质的表面活性呈现出叠加效应， 表面张力进一步降低， 其表现为浆料废水分散体的稳定 性的加强， 由此降低了 ＰＶＡ 去除效率。
一 、浓 水 特 点 反渗透浓水通常具有较高的压力： 高压反渗透 （ ５．６～１０．５ＭＰａ） 、低 压 反 渗 透（ １．４～４．２ＭＰａ） 、超 低 压 反 渗透（ ０．５～１．４ＭＰａ） 。
（ １．郑 州 大 学 水 利 与 环 境 学 院 ２．中 国 纺 织 工 业 设 计院）
由于反渗透装置对进水水质要求严格， 原水通常需 要 经 过 普 通 快 滤 池 、多 介 质 过 滤 器 、臭 氧 活 性 炭 过 滤 器 、 微滤器等预处理工序才能满足该装置的进水水质要求， 因 此 悬 浮 物 含 量 少 、浊 度 低 、几 乎 不 含 有 机 污 染 物 质 。反 渗透浓水水量、水质受到的影响因素有 ： 进水水质、回收 率 、预 处 理 中 使 用 的 阻 垢 剂 、反 渗 透 膜 清 洗 时 使 用 的 清 洗剂等。其中进水水质对浓水的性质起主要决定作用， 而过程中添加的化学物质的影响较小， 因为添加的浓度 相对较低（ 一般小于 １０ｍｇ ／Ｌ） 。
２．对 浓 水 进 行 二 次 开 发 利 用 。 （ １） 余压回收利用。浓水通常具有较高的压力， 尤 其是如海水淡化和苦咸水淡化， 操作压力高， 回收率低， 大部分能量因浓水放空而没有利用， 从节能和经济性角 度考虑， 这部分能量回收十分重要。目前应用较多的有 水 力 涡 轮 增 压 器 、功 交 换 器 和 压 力 交 换 器 。 国 内 某 公 司 开发的 ＨＳ２０ 型能量回收机能量回 收 率 可 达 ９３％以 上 ， 并已应用于小型锅炉的脱盐水处理。 （ ２） 作为太阳池的储热媒质。在浓水排放量大的情 况下， 尤其是海水淡化厂， 考虑将反渗透浓水作为太阳 池 下 对 流 层 的 储 热 媒 质 ， 可 充 分 实 现 废 物 利 用 、变 害 为 宝。最上层称为上对流层； 最下层称为下对流层， 其最高 温 度 可 达 １００℃左 右 ； 中 间 层 称 为 非 对 流 层 ， 是 太 阳 池 的关键部分， 其盐溶液的浓度是随着池深呈梯度增大 的， 因而它的密度也是呈梯度增加的， 这样它就能有效 地防止下层池水由于温度升高而产生的竖直方向的自 然对流， 因而可以使得下对流区的温度比上对流区的温 度高， 从而达到收集和储存太阳能的目的。目前大量采 用海水淡化的国家和地区如以色列， 阿拉伯等， 已广泛 将太阳池与大规模海水淡化厂合建， 经济效益明显。 ３．直 接 结 合 生 产 工 艺 状 况 综 合 利 用 。影 响 反 渗 透 浓 水 综 合 利 用 的 主 要 问 题 是 硬 度 、重 碳 酸 盐 和 硫 酸 盐 等 离 子的含量很高， 其可生化性差、处理难度高， 如何降低及 合 理 控 制 这 些 有 害 物 质 是 能 否 回 收 利 用 的 关 键 。如 果 能 够结合生产工艺， 将反渗透浓水与其它废水综合治理、
提 高 反 渗 透 的 操 作 压 力 。操 作 压 力 提 高 会 带 来 新 的 问题， 除装置的耐压问题外， 必须研制开发能耐更高压 力的膜和组件及解决因回收率提高带来的成垢离子结 垢沉淀问题， 实际中很少采用。
适当降低原水的渗透压， 采用高脱盐率的反渗透膜 与纳滤膜技术结合， 降低反渗透过程中膜面的渗透压。 研究表明， 此工艺可以在不提高操作压力的条件下， 可 使 反 渗 透 海 水 淡 化 的 回 收 率 从 目 前 的 ３５～４０％提 高 到 ６０％以 上 。
６．其 他 处 理 。 （ １） 中水回用或工业重复利用。目前， 将反渗透浓 水 用 作 中 水 回 用 冲 厕 、道 路 清 扫 、城 市 绿 化 、车 辆 冲 洗 、 建筑施工等较为常见， 但该方法需要慎用。 （ ２） 用于灌溉和养殖。浓水可用来灌溉盐土植物， 这些植 物 可 承 受 高 于 ３５０００ｍｇ ／Ｌ 的 盐 度 ， 但 其 对 土 壤 的盐化作用要保持在一个可接受的水平， 对地下水和地 表水的潜在危害也应保持最小。 三 、结 论 分析认为解决反渗透浓水排放与利用主要采用的 有 ３ 种方案： 一类是直接排放和深井注射， 如排入海洋、 地表水、污水处理系统等； 第二类将浓水进行再利用， 如 余压利用、太阳池储热媒质、灌溉、养殖、中水回用等； 第 三类将浓水中盐分去除， 如结合生产工艺与含碱废水的 混合沉淀等。第一类方案没有彻底解决问题， 只是将存 在的污染转化到环境当中， 当环境的自净能力有限和对 排放水质有要求时， 不宜直接排放； 深井注射对地下环 境的潜在危害尚存在争论且成本较高， 在其它方法都不 可 行 的 情 况 下 才 考 虑 采 用 。第 二 类 方 案 可 有 效 利 用 资 源 并创造一定的经济效益， 是浓水回收利用的方向。第三 类方案将浓水中盐分去除， 解决了反渗透浓水外排污染 环境问题。 通过以上分析提出反渗透浓水的排放与利用方案 为： 首先考虑利用浓水作为储热媒质与太阳池合建， 其 次考虑蒸发池； 中小型反渗透装置浓水直接作为中水回 用或与其他处理过的废水混合稀释回用； 政策允许的情 况 下 可 将 浓 水 直 接 排 放 海 洋 、地 表 水 体 或 市 政 污 水 处 理 系统； 在处理成本允许的情况下， 少量浓水考虑蒸发池、 电凝聚－ 气浮等处理， 大量浓水考虑深井注射。
３．聚乙醇淀粉混合浆料废水浓度低于 ０．５％时， 在较 低的剪切速率下可以视为牛顿流体， 应利用牛顿流体的 特性来处理低浓度废水。
４．当高分子聚合 物 聚 乙 烯 醇 与 淀 粉 混 溶 时 ， 其 混 溶 组分在显示出原聚乙烯醇水溶液所不具备的特性同时， 也丧失了原有的一些特性， 如对硼砂的敏感性， 盐类的 容忍度等。因此在处理这类废水时， 应根据混合浆料的 特性来制定处理工艺， 要有针对性， 以达到简单易行的 目的。
编号
项目
１
２
ＰＶＡ 用
１
２
量（ ｇ ／ｌ）
ＰＨ
７
７
３４ ３４ ７７
５
６
５
６
７
７
凝结剂比 １０： １ １０： １ １０： １ １０： １ １０： １ １０： １
加热温 ３５ ３５ 度（ ℃）
３５ ３５ ３５ ３５
去除率％ ５．９ １０．２ ２０．１ ２５．７ ５８．４ ５９．６
沉淀现象 少量不 少量块 少量块 少量块 大量块 大量块 成形物 状软物 状软物 状软物 状物 状物
当然， 高分子表面活性剂的溶液性质非常复杂， 特
别是与水溶性树脂混合后， 会有多种机理同时作用。 三 、结 论 １．本方法对纯聚乙醇浆料废水的处理效果非常明显，
效率也非常高。不仅能最大限度的减少废水中的 ＣＯＤ 排 放量， 还能极大的提高资源利用效率， 属于企业节能减 排的一个很好的清洁生产方案。
２． 本方法对 聚 乙 醇 淀 粉 混 合 浆 料 废 水 的 处 理 效 果 在低浓度时明显降低。
以废治废， 不但可以降低其处理难度， 也可以降低处理 费用， 取得可观的经济社会效益。
４．深 井 注 射 。浓 水 的 另 一 个 处 理 方 法 是 通 过 深 井 注 射 把 它 排 入 地 下 ， 深 度 通 常 为 １３００～２０００ 米 ， 这 一 方 法 已实践多年， 例如在美国有超过 ８００ 个深井用于注射处 理各种有毒有害废水， 包括海水淡化反渗透浓水。通过 深井注射来处理浓水成本很高， 因此在其它方法都不可 行的情况下才可考虑采用。
பைடு நூலகம்
海洋生物造成伤害。因此， 直接将浓水直接排入海洋正 逐步受到限制。
对于中小型反渗透装置， 将浓水直接排入市政污水 处理系统也很常 见 。 但 浓 水 中 过 高 的 ＴＤＳ 对 污 泥 生 长 有不利影响， 因此排放之前应得到市政部门及污水处理 厂的许可。
１．减量化。回收率对浓水产量影响较大， 可通过提高 回收率来降低浓水产量。浓水产量 Ｑｒ＝Ｑｆ（ １－ Ｙ） 。浓缩倍 率 ＣＦ＝Ｉ（／ １－ Ｙ） ， 其中 Ｑｆ 为进水流量； Ｙ 为回收率。由上面 公式可以得出： 回收率越高， 浓水产量 Ｑｒ 越低， 浓缩倍率 ＣＦ 越高。
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