[導(dǎo)讀]采用反滲透膜工藝處理污( 廢) 水,會(huì)產(chǎn)生約 1/3的濃縮水( 濃水) ,濃水中多含有危 害人類健康和生態(tài)環(huán)境的難生物降解有機(jī)物質(zhì),其污染問(wèn)題亟待解決。討論了濃水中的主要污染 物,國(guó)內(nèi)外對(duì)反滲透濃水的處理途徑及方法,分析了各種處理方法的優(yōu)、缺點(diǎn),并展望了電化學(xué)法處 理反滲透濃水的前景。

城市污水廠采用反滲透(RO) 工藝制備回用水 的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生濃水,其中含有各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污 染物,若直接排放可能會(huì)對(duì)土壤、地表水、海洋等產(chǎn) 生污染; 若排入市政污水處理系統(tǒng),過(guò)高的總?cè)芙庑?固體對(duì)活性污泥的生長(zhǎng)也非常不利。將海水淡化廠 被高度濃縮的 RO濃水以及由清洗劑、阻垢劑引入 的化學(xué)物質(zhì)直接排入環(huán)境,也必然會(huì)產(chǎn)生不利影響。 1 RO濃水中的污染物 ① 溶解性有機(jī)物(DOM) Pe t e rM. C. 研究了美國(guó)環(huán)境保護(hù)署公布的 129 種優(yōu)先控制污染物的水質(zhì)判斷、污染物在水環(huán)境中的歸宿、理化性質(zhì)等方面的文獻(xiàn)資料,指出其中 45 種主要富集在水中。 DOM中對(duì)人類和環(huán)境危害重 大的污染物有:a . 內(nèi)分泌干擾物, Ng h i e m等[ 1] 通過(guò) 試驗(yàn)指出 NF /RO工藝產(chǎn)生的濃水和清洗水會(huì)濃縮 大量的內(nèi)分泌干擾物;b . 藥物, Ra d j e n o v i c等[ 2 ] 發(fā)現(xiàn) 飲水廠的納濾和反滲透濃水中可檢測(cè)到每升幾百納 克的藥物殘留,而這些濃水被排入附近的一條河流; c . 病原菌, I v n i t s ky等[ 3] 指出微生物種群、胞外聚合 物的形成和累積對(duì)降低膜的滲透性影響很大,而病 原細(xì)菌生物膜的形成會(huì)影響濃水的安全排放,以及 回用水的可持續(xù)利用。 TDS是溶解在水里的無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物的總稱。 主要成分有鈣、鎂、鈉、鉀離子和碳酸根離子、碳酸氫 根離子、氯離子、硫酸根離子和硝酸根離子。 T DS值 越大,說(shuō)明水中的雜質(zhì)含量越大,水的電導(dǎo)率值也越 大; 反之,雜質(zhì)和電導(dǎo)率就小。  2 國(guó)內(nèi) RO濃水處理方式 ① 回流法。 RO濃水回流可提高回收率,增 大膜表面沖洗流速,減少污堵; 但回流率過(guò)高,又會(huì) 使進(jìn)水鹽度升高,增加膜的負(fù)擔(dān),影響膜壽命。 ② 回用作生產(chǎn)用水。由于 RO濃水中無(wú)懸浮 物,含阻垢劑且有壓力,可用作過(guò)濾裝置的反沖洗 水、除塵水、沖灰沖渣水、冷卻水; 或經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后 混入原水回收。如果濃水中含環(huán)境優(yōu)先控制污染 物,則需慎重使用。 ③ 資源化利用?？刹捎盟u輪增壓器、功 交換器和壓力交換器等利用余壓產(chǎn)能; 海水淡化廠 的 RO濃水用于制鹽,可節(jié)約鹽田,縮短曬鹽周期; 預(yù)處理后適當(dāng)勾兌,可用于海產(chǎn)品養(yǎng)殖。 ④ 蒸餾濃縮。膜蒸餾(MD) 技術(shù)是一項(xiàng)新技 術(shù),在常壓下利用溫差可將濃水盡可能地回收( 回 收率 95%) 甚至結(jié)晶化,但目前經(jīng)濟(jì)、高質(zhì)量的疏 水微孔膜尚未研發(fā)成熟。 3 國(guó)外 RO濃水處理方式 美國(guó)飲用水工業(yè)調(diào)查分析了產(chǎn)水量 95 m 3/d 的 137個(gè)膜裝置的類型和濃水處理方式( 如表 2所 示) ,其濃水的處理程度很低,故尋求更經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好的濃水處理技術(shù)迫在眉睫。

3. 1 回流法 L e w等[ 15] 的濃水回流試驗(yàn)表明,當(dāng)回流率為 80%時(shí),膜裝置運(yùn)行正常。Ni n gRY等[ 16]指出反滲 透的回流率最高可達(dá) 90%,但易導(dǎo)致結(jié)垢現(xiàn)象。 F i g u e r u e l o等[17]的試驗(yàn)表明當(dāng)體積濃縮因子為 2. 5 ( 濃水回流比為 60%) 時(shí), 能維持穩(wěn)定的出水量。 S i n g h [ 18]指出苦咸水淡化廠通過(guò)增設(shè)濃水回收膜系 統(tǒng),可使淡水總回收率從 75%上升至 87%～ 90%。 

3. 2 直接或間接排放 ① 排入地表水或海水。該法是處理濃水最常 用的方法,高效價(jià)廉,但 RO濃水中的有害物質(zhì)及離 子會(huì)影響到受納水體的水生環(huán)境或?qū)λ串a(chǎn)生污 染[ 19] 。將 RO濃水排放口設(shè)在遠(yuǎn)離海岸的地方,會(huì) 減小其對(duì)海岸及海洋環(huán)境的影響[ 20、21] 。若利用潮 汐周期規(guī)律排放濃水,稀釋擴(kuò)散效果更好,但需要濃 水儲(chǔ)存池,只適于小型海水淡化廠[ 22 ] 。 ② 排入污水處理系統(tǒng)。遠(yuǎn)離含鹽水體的淡化 廠可將濃水排入污水處理系統(tǒng),但濃水的流量不宜 過(guò)大,否則會(huì)影響污水廠生物處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。 ③ 深井注入地下。將濃水注入土地的場(chǎng)所要 慎重選擇,注入管應(yīng)做防腐處理,還需在線監(jiān)測(cè)周圍 的土壤。 Ni n g等[23] 將 RO濃水混凝、沉淀、過(guò)濾處 理后一部分排入沙漠深井,另一部分回流, 繼續(xù)處 理。 ④ 排入垃圾填埋場(chǎng)。濃水可作為液體廢物處 理,也可加入凝固劑后作為固體廢物處理,減少滲濾 液的滲透和泄漏,從而減輕環(huán)境危害[ 13] 。 

3. 3 綜合利用 ① 資源回收。濃水有時(shí)比滲透液更有價(jià)值, 尤其是食品行業(yè),在化學(xué)和制藥工業(yè)也常用壓力驅(qū) 動(dòng)膜來(lái)濃縮有機(jī)溶劑。Al l e g r e等[ 24] 用過(guò)濾 /中和/ 納濾 /反滲透工藝處理染料廢水,納濾排出的濃縮染料、反滲透排出的濃縮鹽水可多次回用,既減少了原 料投入,又減少了廢水排放量。 ② 灌溉用水。濃水可灌溉耐鹽度高的植物、 產(chǎn)籽類作物,還可作為生態(tài)景區(qū)的補(bǔ)充水,但當(dāng)?shù)氐?地質(zhì)也必須適合濃水灌溉,需要密切監(jiān)測(cè)地下水或 受納水體的污染情況。Fi o n a等[25] 用海水灌溉油籽 類鹽土植物,生長(zhǎng)季過(guò)后植物生長(zhǎng)良好。 

3. 4 蒸發(fā)濃縮 濃水的蒸發(fā)塘法適用于氣候炎熱、蒸發(fā)率高、年 降雨量低、土地廣袤、地價(jià)低廉的地區(qū)[ 26、27] ,且要做 好防滲工作,保護(hù)地下含水層。 3. 5 污染物的去除 ① 吸附。顆?；钚蕴款A(yù)處理主要去除疏水性 和可生物降解性的 DOM [ 28] ( 減少 80% ～ 90%的 DOM) ,使膜滲透穩(wěn)定、滲透液質(zhì)量提高。 ② 生物法。厭氧生物系統(tǒng)可以降解多種染 料,在紡織廢水和濃水處理方面也是可行的。然而, 厭氧法處理 RO濃水的研究尚處于開始階段,需解 決高鹽度和有機(jī)組分抑制或毒害微生物等問(wèn)題。 ③ 焚燒。含高濃度有機(jī)物的垃圾滲濾液可焚 燒處理,且這種方法能從廢水中獲取能源,但危險(xiǎn)廢 物焚燒必須在回轉(zhuǎn)窯焚燒爐中進(jìn)行[13] 。 ④ 高級(jí)氧化。臭氧和過(guò)氧化氫氧化高效但昂 貴; Fe n t o n試劑法對(duì)一些有機(jī)物有效,但氧化程度較 低; Ti O 2 光催化氧化法高效且經(jīng)濟(jì),但催化劑回收 難。Va nHe g e [ 29 ] 等研究了城市污水和紡織廢水混 合處理廠的 RO濃水的處理,結(jié)果表明,電化學(xué)法可 有效去除 RO濃水中的氨氮、COD和色度。 

4 電化學(xué)法 

4. 1 電解法 電解法處理 RO濃水的優(yōu)點(diǎn)有: 高鹽度確保了 良好的電導(dǎo)率,從而降低了電耗; 氯化物含量高有利 于電解產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑( 如次氯酸鹽) ,增強(qiáng)間接氧化 的效果; 氧化氨氮和難降解有機(jī)物可以同時(shí)進(jìn)行。 此外,當(dāng)溶液呈酸性且有氧氣存在時(shí),陰極上還 會(huì)產(chǎn)生類 Fe n t o n反應(yīng),可以利用· OH的強(qiáng)氧化性 來(lái)降解有機(jī)物。 電解法廣泛地應(yīng)用于紡織、染料、釀酒、制革、制 藥等工業(yè)廢水的處理,以及垃圾滲濾液和城市污水 的治理。Ba d r u z z a ma nM等[ 30]采用電解產(chǎn)氯技術(shù)處 理污水廠的 RO濃水,副產(chǎn)品次氯酸鈉和氫氣的回 收可顯著降低運(yùn)行成本。 He g e等[31] 使用硼摻雜金剛石電極處理 RO濃水,結(jié)果顯示濃水中的難降解 有機(jī)物和氨氮能得到有效的去除。采用不同電極降 解各種廢水的能耗統(tǒng)計(jì)見表 3。由表 3可見,電解法是很有前景的處理難生物 降解有機(jī)廢水的方法。 

4. 2 聯(lián)合電解法 ① 光電協(xié)同。將光化學(xué)與電化學(xué)聯(lián)合運(yùn)用, 在電 Fe n t o n的基礎(chǔ)上,引入紫外( 可見) 光輻射,又 稱光電 Fe n t o n 。全燮等[43] 利用直接陽(yáng)極氧化法制 備了 Ti O 2 納米管電極,光電催化降解 5 -氯酚,對(duì) T OC的去除率達(dá)到 70%, 明顯表現(xiàn)出光電協(xié)同特 性。 ② 聲電氧化。將超聲引入電解反應(yīng),可增強(qiáng) 液相傳質(zhì),提高處理效率,去除或改善電極鈍化。但 同時(shí)又會(huì)加速電極的腐蝕與磨損,導(dǎo)致電極表面的 催化特性改變。Le i t e等[44] 用聲電聯(lián)合法氧化廢水 中的 2, 4 -二羥基苯甲酸,超聲促進(jìn)了陽(yáng)極氧化反 應(yīng)。 5 結(jié)語(yǔ) RO濃水主要包括鹽、TDS和 DOM , DOM中又 包含內(nèi)分泌干擾物、藥物和病原菌等對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán) 重危害的優(yōu)先控制污染物,因此尋找經(jīng)濟(jì)高效的 RO濃水處理方法,對(duì)保護(hù)環(huán)境的意義重大。國(guó)內(nèi)外對(duì) RO濃水的處理方式有: 提高回收率、直接或間 接排放、綜合利用、蒸發(fā)濃縮以及去除污染物。電解 法設(shè)備簡(jiǎn)單、高效、清潔,如何高效地降解有機(jī)物和 降低能耗是該方法處理 RO濃水所面臨的挑戰(zhàn)。另 外,選擇合適的處理方法還要考慮法律許可、處理費(fèi) 用、當(dāng)?shù)貤l件、工程規(guī)劃、公眾的可接受性等因素。