曹 陽(yáng)，李遵龍

（1 遼寧大唐國(guó)際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司，遼寧阜新123000；2 遼寧省煤制天然氣工程技術(shù)研究中心，遼寧阜新123000；3 遼寧省煤制天然氣工程研究中心，123000；4 遼寧大唐國(guó)際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司企業(yè)博士后科研基地，遼寧阜新123000）

在過(guò)去水處理技術(shù)不很發(fā)達(dá)的時(shí)候，各行業(yè)很少選擇地表水作為水源，因?yàn)榈乇硭畱腋∥锔?、污染程度大。?duì)于地表水這種存在較大波動(dòng)性的水體，單純的使用傳統(tǒng)的水處理工藝得到的產(chǎn)品水已經(jīng)不能滿足用戶的要求［1］。幾年來(lái)我國(guó)硫酸工業(yè)發(fā)展迅猛，鍋爐用水、工藝用水和各種生產(chǎn)、生活用水的需求量明顯增加，用水質(zhì)量要求也明顯提高。在水資源緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，只有采用新工藝和技術(shù)進(jìn)行水處理，才能滿足硫酸企業(yè)要求。下面以幾個(gè)典型的企業(yè)為例討論一下膜技術(shù)在鍋爐給水和廢水處理方面的應(yīng)用。

1 一級(jí)反滲透膜技術(shù)處理鍋爐補(bǔ)給水

1999年山東紅日阿康化工股份有限公司400 kt／a硫磺制酸裝置投入運(yùn)行。該裝置利用工藝過(guò)程產(chǎn)生的熱能，通過(guò)廢熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，供12 MW抽凝式發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并抽出部分低壓蒸汽供給管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)熱電綜合利用。為解決廢熱鍋爐及廠區(qū)生產(chǎn)生活用水問(wèn)題，公司在廠區(qū)打井多口，井水水質(zhì)見(jiàn)表1［2］。

表1 紅日阿康化工股份有限公司井水水質(zhì)分析結(jié)果

廢熱鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)要求硬度為0，電導(dǎo)率小于10μS／cm，SiO2濃度小于0.1 mg／L，因此必須對(duì)井水進(jìn)行處理。經(jīng)方案論證和經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計(jì)方案采用反滲透－離子交換聯(lián)合工藝，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 反滲透－離子交換聯(lián)合工藝流程

該聯(lián)合除鹽系統(tǒng)于2000年投用，12年來(lái)運(yùn)行情況如下。

（1）機(jī)械過(guò)濾器和保安過(guò)濾器為原水與處理設(shè)備，機(jī)械過(guò)濾器5～7天反洗一次，保安過(guò)濾器內(nèi)裝纏繞濾芯7～8個(gè)月更換一次。在系統(tǒng)水投加絮凝劑、殺菌劑、阻垢劑情況下，可以保證出水污染指數(shù)小于4。當(dāng)出水污染指數(shù)大于4時(shí)，對(duì)濾芯進(jìn)行空氣擦洗和反沖洗。

（2）反滲透設(shè)3臺(tái)主機(jī)6個(gè)機(jī)組，配6臺(tái)高壓泵，每個(gè)機(jī)組產(chǎn)水30 m3／h。6個(gè)機(jī)組可單獨(dú)運(yùn)行，也可以同時(shí)運(yùn)行。反滲透設(shè)備初始脫鹽率在98%以上，自第二年起緩慢下降到96%左右趨于穩(wěn)定。該機(jī)組每年清洗一次，當(dāng)反滲透原件的脫鹽率、水通量出現(xiàn)明顯下降，經(jīng)化學(xué)清洗難以得到明顯恢復(fù)時(shí)，分批更換原件。原件的使用壽命大多在5.5～6.0年。平均約5.7年。

（3）8年來(lái)井水電導(dǎo)率為1400～1700μS／cm，反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率為30～50μS／cm。把反滲透水作為陰、陽(yáng)離子交換床的進(jìn)水，離子交換床的工作周期可增加數(shù)十倍，陽(yáng)離子交換床的工作周期在360 h以上，陰離子交換床的工作周期在160 h以上。陰離子交換床出水電導(dǎo)率穩(wěn)定在5～7μS／cm，脫鹽水的硬度、電導(dǎo)率、二氧化硅含量全部達(dá)到鍋爐補(bǔ)給水指標(biāo)要求，12年來(lái)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定安全可靠。

12年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行表明，與傳統(tǒng)全離子交換工藝相比，該反滲透－離子交聯(lián)合工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）再生酸堿廢液減少95%以上，大大減少了污染，改善了環(huán)境。

（2）反滲透脫鹽系統(tǒng)使用上微機(jī)操作控制，自動(dòng)化程度高，工藝先進(jìn)，大大降低了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水質(zhì)量好，確保了鍋爐和汽輪機(jī)的安全可靠運(yùn)行。

2 膜技術(shù)在廢水處理方面的應(yīng)用

2.1 膜技術(shù)處理高氨氮廢水［3］

氨氮是多種工業(yè)廢水的主要成分，如化工、化肥、煉油、制藥等，我公司生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)出的廢水中氨氮的含量也將不在少數(shù)。這些氨氮廢水的排放造成環(huán)境污染、地表水富營(yíng)養(yǎng)化，是湖泊藻類污染、港灣海水發(fā)生赤潮的罪魁禍?zhǔn)?，?yán)重危害著人們的健康和生存環(huán)境。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，用膜技術(shù)處理高氨氮廢水已經(jīng)取得了重大突破，經(jīng)在山東淄博、濱州有關(guān)企業(yè)使用，取得了令人滿意的效果。

用分離膜技術(shù)處理高氨氮廢水，首先對(duì)廢液進(jìn)行微波催化氧化，以改變廢水中的有機(jī)物的形態(tài)，強(qiáng)化絮凝以提高過(guò)濾效果。經(jīng)過(guò)濾的氨氮廢水進(jìn)入膜分離設(shè)備以后，氨氮透過(guò)膜進(jìn)入吸收室，被酸性吸收生成銨鹽，回收利用。廢水中氨氮被去除99%以后，殘留氨氮可降低到25 mg／L以下達(dá)標(biāo)排放，也可以經(jīng)進(jìn)一步處理作為中水回用。與傳統(tǒng)的高溫蒸汽吹脫法相比膜法處理是將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)移吸收，處理成本大幅降低，產(chǎn)水水質(zhì)明顯提高，大大減少對(duì)環(huán)境的污染，還有效回收了氨氮資源，變廢為寶，這是一種全新的處理方法和工藝。

山東包鋼靈芝高科技有限公司在稀土加工過(guò)程中每天有600 t廢水排出，水中氨氮含量在3～11 g／L波動(dòng)。2005年10月該企業(yè)上馬了分離膜氨氮處理設(shè)備，廢水經(jīng)多級(jí)吸收分離處理，氨氮去除率在99%以上，出水中殘余氨氮低于25 mg／L，透過(guò)的氨氮被酸吸收作為肥料回用。該設(shè)備至今運(yùn)行良好。

山東海明化工集團(tuán)在發(fā)泡劑生產(chǎn)過(guò)程中每天有300 t廢水排出，廢水不但氨氮含量高，鹽含量更高。據(jù)分析，氨氮含量在6～8 g／L，而鹽含量高達(dá)180～200 g／L，是海水鹽含量的6倍左右，處理相當(dāng)困難。2007年1月該企業(yè)上馬了分離膜氨氮處理設(shè)備，廢水經(jīng)過(guò)多級(jí)分離吸收，氨氮的去除率達(dá)到99%以上，除水中殘余氨氮低于10 mg／L，廢水達(dá)標(biāo)排放，分離出的氨氮同樣被回收利用。

此外，在化肥、石油化工高氨氮廢水處理中，分離膜技術(shù)也得到成功應(yīng)用，同樣發(fā)揮了無(wú)可比擬的優(yōu)越性和獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.2 膜技術(shù)從廢液中回收酸

在鋼鐵、濕法煉銅、電鍍、稀土、鈦材及鈦白粉生產(chǎn)等過(guò)程中，往往產(chǎn)生含金屬離子的酸性廢液，如果排放會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。擴(kuò)散滲析器就是近年來(lái)針對(duì)這種情況開(kāi)發(fā)的廢酸回收設(shè)備，主要用于酸與金屬鹽類混合液的分離。擴(kuò)散滲析器回收廢酸以濃度差作為推動(dòng)力，裝置由數(shù)十個(gè)或數(shù)百個(gè)膜對(duì)組成，組裝膜對(duì)單元的多少由處理水量的大小確定。設(shè)備中的每個(gè)單元包括滲析室 （A）和擴(kuò)散室（B），在陰離子均相膜兩側(cè)分別通入廢酸液及接受液 （自來(lái)水），因廢液側(cè)的酸和鹽的濃度遠(yuǎn)高于水的一側(cè)，在濃度梯度的作用下，酸和鹽有向B室滲透的趨勢(shì)。但陰膜具有選擇透過(guò)性，吸引帶負(fù)電荷的水化離子，而排斥帶正電荷的水化離子，故在濃度差的作用下，廢酸側(cè)的陰離子被吸收透過(guò)膜孔道進(jìn)入水的一側(cè)，同時(shí)根據(jù)電中性要求，也會(huì)夾帶正電荷的離子。由于氫離子的水化離子半徑比較小，而金屬鹽的水化離子半徑較大且高價(jià)，因此氫離子優(yōu)先通過(guò)，這樣廢液中的酸就被分離出來(lái)了。由于兩種溶液采用逆流操作，在廢液出口處，在廢液出口處，廢酸液中的酸因擴(kuò)散濃度降到最低，但仍比剛進(jìn)入設(shè)備的水中酸濃度高，從而有效實(shí)現(xiàn)酸和鹽的分離。

在硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中，酸性溶液排放量非常大，酸液中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%的水合TiO2、10%～30%的硫酸，以及FeSO4、V、Mn、Se等，可用擴(kuò)散回收設(shè)備進(jìn)行廢酸回收。擴(kuò)散滲析回收80%酸返回初始工序加配濃酸使用、不僅可節(jié)約部分酸的消耗。而且可從滲析后的殘液中回收綠礬等產(chǎn)品，又大大減輕了對(duì)環(huán)境的污染。

此外，在鋼材制品酸洗液、點(diǎn)解貧銅液，鈦材加工酸洗液，化成箔行業(yè)廢酸的回收中應(yīng)用擴(kuò)散滲析液取得了成功，回收了部分資源，減輕了環(huán)境污染。

3 結(jié) 語(yǔ)

膜技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)水處理中。文中實(shí)例表明如下。

（1）使用膜技術(shù)與離子交換法相結(jié)合處理鍋爐補(bǔ)給水，與傳統(tǒng)的全離子交換工藝相比，排污量減少95%以上，高效節(jié)能，其經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。

（2）對(duì)于在生產(chǎn)過(guò)程中排放的酸性廢液、氨氮廢液，也可以使用模技術(shù)進(jìn)行處理，回收80%的酸和99%的氨氮。

（3）在有色金屬濕法冶煉工藝中，可以用膜技術(shù)對(duì)廢水進(jìn)行濃縮、分離及回收有價(jià)金屬。

［1］ 劉高飛.膜技術(shù)在工業(yè)水處理領(lǐng)域的發(fā)展前景 ［C］／／第八屆（2011）中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集，2011.

［2］胡昕.膜技術(shù)在工業(yè)水處理中的應(yīng)用［J］.硫酸工業(yè)，2008（3）：32－36.

［3］ 劉乾亮，馬軍，王爭(zhēng)輝，等.直接接觸式膜蒸餾工藝處理高氨氮廢水的影響研究［J］.給水排水，2011（s1）：322－324.