于 玥，鄧柏杰

(遼寧省朝陽水文局，遼寧 朝陽122000)

1 反滲透濃水簡介

反滲透濃水是反滲透裝置的排放水，原水中的雜質(zhì)在其中得到了濃縮，直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。目前由于反滲透技術(shù)廣泛應(yīng)用于除鹽和廢水的深度處理，因此反滲透濃水主要來源于海水淡化廠、苦咸水淡化廠、工業(yè)廢水深度處理過程以及城市生活污水深度處理過程［1］。反滲透濃縮水是膜處理過程后所產(chǎn)生的廢物，里面所含的大量有毒有害物質(zhì)嚴(yán)重危害人類的身體健康，工業(yè)廢水反滲透濃縮水中含有大量COD，而COD 又往往作為衡量水中有機(jī)物質(zhì)含量多少的指標(biāo)。化學(xué)需氧量越大，說明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重。

2 實(shí)驗(yàn)原理與方法

2.1 混凝原理

化學(xué)混凝的機(jī)理至今仍未完全清楚。因?yàn)樗婕暗囊蛩睾芏?，如水中雜質(zhì)的成分和濃度、水溫、水的pH值、堿度，以及混凝劑的性質(zhì)和混凝條件等。但歸結(jié)起來，可以認(rèn)為主要是壓縮雙電層作用、吸附架橋作用、吸附電中和作用、網(wǎng)捕作用及DLVO 理論。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 電脈沖實(shí)驗(yàn)方法

1)取200 mL燒杯，加入120 mL原水，將鎢電極插入水樣中。

2)調(diào)節(jié)電脈沖裝置的電壓于適宜位置，打開裝置電源，調(diào)節(jié)頻率，將輸出電壓清零，按下工作按鈕，同時(shí)秒表計(jì)時(shí)。

3)待反應(yīng)一定時(shí)間后按下停止按鈕。

4)取出燒杯，水樣待測。

2.2.2 混凝實(shí)驗(yàn)方法

1)取5 個(gè)1 000 mL的燒杯，分別加入反滲透濃水原水500 mL，放入混凝攪拌機(jī)的恒溫槽中。

2)啟動(dòng)攪拌機(jī)，使其轉(zhuǎn)數(shù)為150 rpm。

3)在5 個(gè)量杯中加入混凝劑溶液，同時(shí)投加到相應(yīng)的大燒杯中開始記時(shí)。

4)混凝一段時(shí)間后，將攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)低至80 rpm，開始進(jìn)入反應(yīng)階段，反應(yīng)15 min。

5)關(guān)閉攪拌機(jī)，開始進(jìn)入靜置沉降階段，沉降時(shí)間30 min。

6)測量上清液的CODcr。

2.2.3 COD 測定方法

1)依據(jù)水質(zhì)化學(xué)需氧量測定(GB/T11914—1989)采用重鉻酸鉀法測CODcr。

2)用3.00 mL 0.05 mol/L K2Cr2O7，取處理后的水樣10.00 mL和17 mL濃H2SO4(內(nèi)含0.2 gAg2SO4)加熱回流15 min，稍冷加33 mL 重蒸餾水，7 mL0.5 mol/L Fe2(SO4)3，冷卻至室溫待測。

2.2.4 CODcr 去除率的計(jì)算

CODcr 去除率的計(jì)算公式為:

式中:η 為濃水中CODcr 的去除率，%;CODcrC0為原水的CODcr 值，mg/L;CODcr 為混凝后所得上清夜的CODcr 值，mg/L。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 電脈沖處理反滲透水的結(jié)果與分析

3.1.1 脈沖電壓的確定

用200 ml燒杯量取120 mL濃度為195 mg/L，pH為7.8 的水樣4 份，將脈沖裝置的電極插入燒杯中。將脈沖電壓分別置于200 V、400 V、600 V、2 000 V，脈沖頻率設(shè)為3 Hz，脈沖處理3 min。將處理后的水樣稀釋30 倍，取10 mL水樣并測定CODcr 值。隨著脈沖電壓的升高，CODcr 的去除率也隨之變大，在脈沖電壓為2 000 V時(shí)，去除率達(dá)到最大。這是由于脈沖電壓越大，陽極產(chǎn)生的氧化劑量(氯氣和氧氣)越多，難降解大分子有機(jī)物被氧化成小分子物質(zhì)的量也越多，所以去除CODcr 的效果也越好。本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，適宜的脈沖電壓為2000 V，CODcr 的去除率為54.6%，溶液中剩余的CODcr 為88.5 mg/L。

3.1.2 脈沖頻率的確定

用200 mL燒杯取120 ml 濃度為160.5 mg/L，pH為7.6 的水樣5 份，將脈沖裝置的電極插入燒杯中。將脈沖電壓置于2000 V，調(diào)節(jié)脈沖頻率分別為1 Hz、3 Hz、5 Hz、9 Hz、15 Hz，脈沖處理3 min。將處理后的水樣稀釋30 倍，取10 mL水樣并測定CODcr 值。在為1 ～9 Hz 時(shí)，隨著頻率的升高，CODcr 的去除率逐漸增大;當(dāng)頻率高于9 Hz時(shí)，隨著電壓的逐漸升高，CODcr 的去除率開始下降。這可能是由于脈沖頻率＜5 Hz時(shí)，隨著脈沖頻率的增加，陽極產(chǎn)生的氧化劑更容易與難降解大分子有機(jī)物接觸并反應(yīng)，從而提高了CODcr 的去除率;而脈沖頻率高于5 Hz時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物有可能在脈沖電磁場的反復(fù)激勵(lì)下又重新生成大分子物質(zhì)，使CODcr 的去除率降低。

本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，適宜的脈沖頻率為5 Hz，CODcr 的去除率為33.4%，溶液中剩余的CODcr為155.8 mg/L。

3.1.3 脈沖時(shí)間的確定

用200 ml燒杯取120 mL 濃度為233.4 mg/L，pH為7.5 的水樣5 份，將脈沖裝置的電極頭插入燒杯中。將脈沖電壓置于2000 V，將脈沖頻率調(diào)至5 Hz，各水樣分別脈沖處理1 min、3 min、5 min、9 min、10 min。將處理后的水樣稀釋30 倍，取10 mL 水樣測定水樣CODcr 值。隨著脈沖時(shí)間的增大，CODcr的去除效率也隨之變大。這是由于脈沖時(shí)間越長，陽極產(chǎn)生的氧化劑量越多，越有利于脈沖作用促使難降解有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變成小分子的有機(jī)物，使CODcr 的去除率增大。本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，適宜的脈沖時(shí)間為10 min，CODcr 的去除率為36.6%，溶液中剩余的CODcr 為148 mg/L。

3.2 聚環(huán)氧乙烷(PEO)處理反滲透濃水的結(jié)果與分析

3.2.1 適宜混凝時(shí)間的確定

分別取廢水500 mL于5 個(gè)燒杯中:

1)總投加量:20 mL。

2)溫度:25 ℃。

3)pH:7.8。

4)改 變 混 凝 時(shí) 間 分 別 為30 s、60 s、90 s、120 s、150 s。

5)反應(yīng)時(shí)間:15 min。

6)沉淀時(shí)間:30 min進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，取上清液測其CODcr 值。原水的CODcr 值為392 mg/L。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 混凝時(shí)間對(duì)混凝效果的影響

由圖1 可見，CODcr 的去除率隨著混凝時(shí)間的增加呈升高趨勢(shì)，但到達(dá)一定程度后CODcr 的去除率降低。這是因?yàn)樵谝欢ǖ幕炷龝r(shí)間范圍內(nèi)，混凝產(chǎn)生絮體達(dá)到最好的效果，超出此范圍，由于混凝時(shí)間過長，形成的絮體被破壞，所以CODcr 的去除率降低。本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，混凝時(shí)間為90 S 時(shí)，PEO 混凝劑的混凝效果達(dá)到最好，CODcr 的去除率為67.70%，濃水中剩余CODcr 為126.6 mg/L。

3.2.2 適宜混凝溫度的確定

分別取廢水500 mL于5 個(gè)燒杯中，改變混凝溫度分別為20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃:總投加量20 mL;pH:7.8;混凝時(shí)間:90 s;反應(yīng)時(shí)間:15 min;沉淀時(shí)間:30 min下進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，取上清液測其CODcr 值。原水的CODcr 值為390 mg/L。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 混凝溫度對(duì)混凝效果的影響

由圖2 可見，CODcr 的去除率在溫度為20 ℃～30 ℃時(shí)都呈上升趨勢(shì)，在30 ℃～40 ℃時(shí)都呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)榈蜏貢r(shí)布朗運(yùn)動(dòng)較弱，混凝不充分，當(dāng)溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，充分混凝，形成絮體，從而沉淀，使CODcr 降低;當(dāng)溫度過高時(shí)，絮體穩(wěn)定性變差，高溫時(shí)絮體比較松散，沉降速度較慢，由DLVO 理論可知，該絮體容易重新散開，使CODcr 的去除率降低。

本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，溫度為30 ℃時(shí)，PEO 混凝劑的混凝效果達(dá)到最好，CODcr 的去除率為68.03%，濃水中剩余CODcr 為124.7 mg/L。

3.2.3 適宜pH 值的確定

分別取廢水500 mL于5 個(gè)燒杯中:溫度:30 ℃;總投加量:20 mL;改變廢水的pH 分別為3.02、5.03、6.88、8.87、11.06 進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn);混凝時(shí)間:90 s;反應(yīng)時(shí)間:15 min;沉淀時(shí)間:30 min，取上清液測其CODcr 值。原水的CODcr 值為384 mg/L。見圖3。

圖3 pH 對(duì)混凝效果的影響

由圖3 可見，CODcr 的去除率隨pH 值的增加呈升高趨勢(shì)。其變化趨勢(shì)和PEO 單獨(dú)使用時(shí)相似，變化原因也相同。本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，pH 為11.06時(shí)，PEO 混凝劑的混凝效果達(dá)到最好，CODcr 的去除率為68.35%，濃水中剩余CODcr 為111.5 mg/L。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

采用電脈沖處理高濃度反滲透濃水原水，適宜電脈沖條件為:脈沖電壓2 000 V、脈沖頻率5 Hz、脈沖處理時(shí)間10 min。廢水經(jīng)過處理后，COD 的去除率為36.6%。采用PEO 為助凝劑，氯化鐵為混凝劑處理反滲透濃水原水，適宜混凝條件為:混凝時(shí)間為90 s、混凝溫度為30 ℃、pH 值為11.06。廢水經(jīng)過處理后，COD 的去除率為68.35%。采用電脈沖對(duì)反滲透濃縮水進(jìn)行預(yù)處理，脈沖時(shí)間為10 min、脈沖頻率為5 Hz、脈沖電壓為2 000 V的條件下混凝處理廢水500 mL，再以氯化鐵為混凝劑，PEO 為助凝劑在混凝時(shí)間為90 s、混凝溫度為30 ℃，pH 值為11.06 的條件下混凝處理此廢水，反滲透濃水經(jīng)電脈沖－混凝處理后，CODcr 的總?cè)コ蕿?2.93%，比單獨(dú)采用混凝劑處理提高了4.58%。高濃度的反滲透濃水原水經(jīng)過電脈沖－PEO 處理后，剩余的CODcr 為103.95 mg/L，小于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)中石化工業(yè)CODcr 標(biāo)準(zhǔn)值。

［1］呂曉龍.反滲透濃水處理技術(shù)研究［R］.北京:全國膜法水處理技術(shù)現(xiàn)場交流會(huì)，2007.