王維平

（上海輕工業(yè)研究所有限公司 上海重金屬污染控制與資源化工程技術(shù)研究中心，上海 200031）

反滲透與電鍍廢水回用

王維平

（上海輕工業(yè)研究所有限公司 上海重金屬污染控制與資源化工程技術(shù)研究中心，上海 200031）

反滲透技術(shù)在電鍍廢水回用中的應(yīng)用越來越多，但出現(xiàn)的問題也不少。分析了問題產(chǎn)生的原因及應(yīng)對思路。

電鍍；廢水；回用；反滲透

0 前言

美國環(huán)保局（EPA）根據(jù)美國國會1972年通過的第92—500號公共法，要求全國廠、點自1983年7月1日起采用“經(jīng)濟(jì)上合理的最佳可行技術(shù)”（BATEA，或簡稱BAT）。有人認(rèn)為：通過逆流漂洗、蒸發(fā)濃縮、離子交換、隔膜電解、電滲析、反滲透、活性炭吸附、硫化物沉淀等方法處理和回收電鍍廢水中的重金屬，并使大部分水循環(huán)利用的“閉路循環(huán)”處理方法，將是未來BATEA的內(nèi)容。上世紀(jì)70年代初，我國已經(jīng)開始電鍍廢水回用技術(shù)的研究和應(yīng)用，并取得成果。到1979年，已有300多家的工廠使用離子交換技術(shù)處理含六價鉻廢水，處理后的水幾乎可全部循環(huán)利用［1］。近四十年過去了，電鍍廢水回用依然是一個熱門話題，政府、企業(yè)和社會都給予高度關(guān)注。這說明兩個問題：一是廢水回用對于環(huán)境和資源的意義重大，有環(huán)境和市場的需求；二是廢水回用技術(shù)應(yīng)用還存在缺陷，未能充分滿足這種需求。反滲透技術(shù)的發(fā)展為廢水回用開辟了一條路徑，不少企業(yè)應(yīng)用了這項技術(shù)，但是遇到的問題很多。本文就反滲透技術(shù)在電鍍廢水回用中遇到的障礙發(fā)表一些觀點，供大家參考。

1 反滲透在廢水回用中的作用

電鍍清洗水中溶入了各種污染物（如酸、堿、重金屬、氰化物、油、有機(jī)物添加劑等），形成了不同類型的廢水。為了達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，又在廢水中加入了多種化學(xué)藥劑。在廢水處理過程中，污染物和化學(xué)藥劑轉(zhuǎn)換成了其他化合物。盡管廢水處理后我們可以獲得表觀潔凈透亮的水，但是水中溶解了大量的鹽分，不能直接回用于生產(chǎn)。海水清澈見底，但不能飲用。這是因為海水中含有很高的鹽分。海水脫除鹽分（淡化）后可以飲用。同理，廢水要成為合格的生產(chǎn)用水，也要經(jīng)過脫鹽處理。

可以選擇的脫鹽技術(shù)主要有蒸發(fā)、離子交換、電滲析和反滲透等。由于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)的原因，反滲透逐漸取代了前三者，成為脫鹽的主流技術(shù)。反滲透技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于工業(yè)和民用的脫鹽分離，近年來在廢水回用方面也以較快的速度發(fā)展。應(yīng)用反滲透技術(shù)可以脫除廢水中95%以上的鹽分，回收率可以達(dá)到70%。對于電鍍行業(yè)而言，這是極具吸引力的數(shù)據(jù)。

2 反滲透技術(shù)在廢水末端回用中的應(yīng)用

所謂末端回用是把目光聚焦于廢水處理的末端，以處理達(dá)標(biāo)的排放水作為原水，經(jīng)過深度處理后回用于生產(chǎn)。圖1是簡化的反滲透末端回用流程框圖。

不同類型的電鍍廢水（如含鉻、含氰、重金屬、酸堿、除油等）經(jīng)過不同的化學(xué)方法（如氧化還原、酸堿中和、化學(xué)沉淀等）處理后，污染物轉(zhuǎn)化為低害或無害的物質(zhì)；經(jīng)過固液分離（如沉淀、過濾等），廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；然后應(yīng)用反滲透技術(shù)脫除鹽分，得到低含鹽量的水，回用于生產(chǎn)。

由于末端回用可以不改變已有的廢水處理系統(tǒng)，僅在廢水排放口配置必要的設(shè)備就能實現(xiàn)廢水回用，所以很容易為電鍍企業(yè)所接受。近年來，以反滲透脫鹽為核心的電鍍廢水末端回用技術(shù)推廣速度很快，但是真正實現(xiàn)投資者期望的成功案例卻不多。

3 反滲透技術(shù)在廢水末端回用中存在的問題

反滲透脫鹽技術(shù)在純水制備、海水淡化等領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了很多年，技術(shù)比較成熟。在水資源日趨緊缺的今天，選擇反滲透技術(shù)來實現(xiàn)電鍍廢水的脫鹽回用也是順理成章的事。然而，實際應(yīng)用效果卻不盡如人意。

3.1 原水水質(zhì)

電鍍廢水經(jīng)過處理后各項指標(biāo)達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)，但并不代表滿足了反滲透膜的應(yīng)用條件。反滲透膜的供應(yīng)商為確保其產(chǎn)品正常使用，設(shè)置了很高的進(jìn)水水質(zhì)門檻。表1列出了幾項達(dá)標(biāo)廢水的水質(zhì)與反滲透膜允許的進(jìn)水水質(zhì)的差別。

表1 達(dá)標(biāo)廢水水質(zhì)與反滲透進(jìn)水水質(zhì)允許值的比較

由表1可以看出：達(dá)標(biāo)廢水的水質(zhì)與反滲透的進(jìn)水要求還有很大差距。如表征有機(jī)物含量的CODCr，允許值是15mg/L，而電鍍廢水的CODCr一般為200～300mg/L，化學(xué)處理后仍在100mg/L以上，即使經(jīng)過生化處理也只能達(dá)到50～80mg/L，遠(yuǎn)高于允許值。由有機(jī)物造成的反滲透系統(tǒng)故障占全部系統(tǒng)故障的60%～80%。如果忽視這一點，廢水回用一定不能達(dá)到預(yù)期的效果。CODCr指標(biāo)如此，其他指標(biāo)也是一樣。

3.2 預(yù)處理設(shè)計

鑒于廢水的特殊性，精心、周全的防污染設(shè)計必不可少，不能簡單套用以城市自來水為水源的反滲透工藝，必須強(qiáng)化預(yù)處理過程。遺憾的是大多數(shù)的末端廢水回用系統(tǒng)都忽視了廢水水源與自來水水源的區(qū)別，簡單的“砂濾＋炭濾＋精濾”預(yù)處理工藝難以有效防止反滲透膜受到污染。

3.3 設(shè)備管理

如果設(shè)計者考慮到了廢水的特殊性，工藝和設(shè)備設(shè)計得非常周全，那么廢水回用目標(biāo)能否實現(xiàn)就取決于設(shè)備的操作和管理。對于一個反滲透廢水回用系統(tǒng)而言，膜組件承受著比一般系統(tǒng)更大的污染負(fù)荷，必須加倍關(guān)注膜性能的變化，及時采取必要的措施避免或減緩膜的污染，以維持系統(tǒng)的產(chǎn)水量和水質(zhì)。然而，相當(dāng)一部分企業(yè)的管理和操作不能達(dá)到應(yīng)有的水準(zhǔn)，設(shè)備難以維持良好的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能過快衰減。

3.4 廢水回收率

為了迎合客戶或環(huán)保部門的要求，設(shè)備供應(yīng)商往往會把廢水回收率設(shè)定得很高，回收率設(shè)在70%的情況很普遍。如果反滲透水處理系統(tǒng)采用50%的回收率操作時，其濃水中的鹽濃度就會增加到進(jìn)水濃度的兩倍，回收率越高，產(chǎn)生結(jié)垢的風(fēng)險越大。過高的回收率會加重設(shè)備運(yùn)行的負(fù)荷，膜的性能衰減更快。對于廢水回用的反滲透系統(tǒng)，不能以極限回收率為追求目標(biāo)，否則會大大縮短膜的使用壽命。

3.5 濃水出路

濃水出路是反滲透技術(shù)用于末端廢水回用不可回避的問題。按現(xiàn)行的電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，廢水能夠達(dá)標(biāo)排放已經(jīng)相當(dāng)不容易了，達(dá)到特別限值更是難上加難。當(dāng)從反滲透的淡水出口產(chǎn)出70%的脫鹽回用水的同時，有30%的濃水要排放，其中污染物的濃度約為進(jìn)水的三倍，對于勉強(qiáng)達(dá)標(biāo)的廢水，經(jīng)反滲透處理后，排放的濃水一定是超標(biāo)的。如果沒有好的解決方案，濃水排放就成為反滲透末端回用的致命弱點。有些設(shè)備供應(yīng)商回避了濃水出路問題，等超標(biāo)問題出現(xiàn)時一籌莫展。

3.6 投資回報預(yù)期

企業(yè)對廢水回用有很大的熱情，不僅是出于環(huán)保考慮，還出于經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動，因此，投資回報是必須考慮的。在做經(jīng)濟(jì)可行性分析的時候，設(shè)備供應(yīng)商會以非常樂觀的數(shù)據(jù)報給用戶，節(jié)水減排帶來的利益看似十分可觀，在兩年甚至一年內(nèi)可以收回投資。實際情況往往與此大相徑庭。膜污染引起產(chǎn)水量下降，膜性能正常衰減引起產(chǎn)水能力下降，膜清洗頻度提高引起藥劑成本增加，實際產(chǎn)水時間減少、原水水質(zhì)不好引起預(yù)處理耗材增加等因素，都會實質(zhì)性地延長設(shè)備的投資回報期，甚至根本無法獲得正收益。

4 反滲透技術(shù)成功應(yīng)用的途徑

上述問題不同程度地影響了反滲透技術(shù)應(yīng)用的成功率，但這并不能否認(rèn)反滲透技術(shù)在廢水回用領(lǐng)域中的重要地位，關(guān)鍵是如何用好該項技術(shù)，避免技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的風(fēng)險。

4.1 注重過程回用

與末端回用相比，過程回用更具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的可行性。所謂過程回用是相對末端回用而言，有別于前者，反滲透的原水取自于廢水處理之前的生產(chǎn)過程中的某一個環(huán)節(jié)。末端排放的廢水雖然已經(jīng)達(dá)標(biāo)，但是成分非常復(fù)雜，特別是含有容易引起結(jié)垢的金屬元素、容易引起污堵的懸浮物和有機(jī)物，也存在可能引起微生物污染的細(xì)菌。無論反滲透系統(tǒng)設(shè)計得如何周全，都難以完全避免這些物質(zhì)對膜的污染。如果把回用水的取水點從末端移到前端，在過程中截留成分相對簡單、污染成分較少的清洗廢水，將其作為原水，進(jìn)行反滲透脫鹽處理，可以避免或減輕反滲透膜的污染，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的可行性更強(qiáng)。

4.2 選擇合適水源

在電鍍生產(chǎn)中有不少適合于反滲透技術(shù)的水源，如鍍鎳清洗廢水、酸性鍍銅廢水、鍍前活化清洗廢水、產(chǎn)品末道清洗水等。這些廢水的共同特點是有機(jī)物的濃度較低，成分比較簡單，經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理就可以進(jìn)入反滲透脫鹽系統(tǒng)，獲得理想的廢水回用效果。除油、除臘等含油、含有機(jī)物多，對膜污染嚴(yán)重的廢水應(yīng)該排除在回收對象之外。選取部分合適的廢水進(jìn)行回用處理，可以大大提高反滲透技術(shù)應(yīng)用的成功率。雖然選取部分廢水回用會降低電鍍企業(yè)總的廢水回用率，但是與其得一個徒有虛名的“高”回收率，還不如得一個切實有效的“低”回收率。與覆蓋所有廢水的末端回收相比，過程回用的設(shè)備投資大大減少，投資回報期更短。

4.3 強(qiáng)化預(yù)處理

即使選取低污染的水作為回收對象，也必須采取嚴(yán)格的預(yù)處理措施，畢竟廢水的水質(zhì)比自來水的差很多。在預(yù)處理設(shè)計中必須針對廢水的特點，采取十分周全的污染預(yù)防措施，以下幾點是需要考慮的：（1）有機(jī)物濃度的控制；（2）余氯濃度的控制；（3）pH 值的控制；（4）金屬離子的控制；（5）微生物的控制；（6）污染指數(shù)SDI的控制。

4.4 提高管理能力

嚴(yán)格的管理制度和完善的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)措施，是反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)行和延長使用壽命的基本保證。設(shè)備操作人員必須經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)，具備相關(guān)知識后才能上崗。除了嚴(yán)格按照說明書操作、維護(hù)保養(yǎng)之外，還必須按要求記錄必須的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，建立設(shè)備檔案，便于觀察設(shè)備運(yùn)行的變化趨勢，為反滲透膜的清洗和更換提供科學(xué)依據(jù)。

4.5 設(shè)定合理的回收率

反滲透的技術(shù)原理決定了進(jìn)入系統(tǒng)的廢水不可能100%的回收。以自來水為原水的反滲透系統(tǒng)的回收率一般可以達(dá)到70%左右，而廢水回用系統(tǒng)的回收率不宜超過60%，過高的回收率會增加膜污染的風(fēng)險。

4.6 濃水處理

反滲透濃水中污染物超標(biāo)的問題必須引起重視，環(huán)保部門不會因為廢水回用而放寬排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，在準(zhǔn)備應(yīng)用反滲透技術(shù)回用廢水時要考慮濃水的出路問題。如果采用過程回用方案，廢水部分回用時，濃水量相對較少，可以歸入其他廢水一起處理；如果采用末端回用方案時，必須對濃水進(jìn)行再處理，處理達(dá)標(biāo)的廢水必須排放，而不能再作為反滲透原水利用，否則鹽分不斷積累會導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

廢水回用是環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)利用的必然要求。反滲透是廢水回用最具發(fā)展前景的技術(shù)之一，但是必須正視目前反滲透技術(shù)在廢水回用中所面臨的問題。為了提高反滲透技術(shù)應(yīng)用的成功率，必須針對廢水的特殊性采取有別于自來水水源的、具有防污染能力的反滲透系統(tǒng)，優(yōu)先考慮過程回用，強(qiáng)化預(yù)處理，設(shè)定合理的回收率，提高設(shè)備運(yùn)行管理水平。此外，必須重視反滲透濃水可能帶來的污染物超標(biāo)問題，并采取有效的措施。

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［1］姚錫祿.電鍍廢水治理技術(shù)發(fā)展動向（上）［J］.電鍍與環(huán)保，1981，1（1）：12-22.

Reverse Osmosis and Recycling of Electroplating Wastewater

WANG Wei-ping
（Heavy Metal Pollution Control and Resource Reuse Engineering Technology Research Center，Shanghai Light Industry Research Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200031，China）

Reverse osmosis technology has been increasing used in recycling electroplating wastewater，but there are also many problems.The causes of these problems are analyzed，and the countermeasures are proposed.

electroplating；wastewater；recycling；reverse osmosis

X 781.1

A

1000-4742（2014）03-0050-04

2014-02-25