◇臨渙水務(wù)股份有限公司 趙世全 夏倫武 孟浩 張林 吳書龍 程鵬

依據(jù)某工業(yè)園區(qū)凈水生產(chǎn)企業(yè)反滲透濃水水質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合反滲透濃水再利用方式，提出反滲透濃水制備次氯酸鈉再利用途徑。提出了其制備方式、處理工藝流程選擇，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。利用反滲透濃水制備次氯酸鈉可實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益三者的有機(jī)統(tǒng)一。

1 引言

反滲透膜技術(shù)具備占地面積小、不用額外投加酸堿，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于海水、咸水淡化、化工產(chǎn)品濃縮和純水制備方面。在外力作用下，進(jìn)水經(jīng)過(guò)反滲透膜分離，約25%進(jìn)水量濃縮成為反滲透濃水，濃水中污染物濃度約為進(jìn)水的3倍[1]，含鹽量高。工業(yè)園區(qū)純凈水生產(chǎn)企業(yè)為園區(qū)企業(yè)提供鍋爐用水，其制水工藝產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水水質(zhì)特征明顯有別于工業(yè)廢水，其水質(zhì)所含污染種類較簡(jiǎn)單，回收再利用潛力巨大。若將工業(yè)廢水開(kāi)展資源化利用，可顯著提高水資源的利用率、降低廢水的排放量，可顯著降低企業(yè)運(yùn)行成本，提升企業(yè)社會(huì)責(zé)任，踐行環(huán)保形象，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的有機(jī)統(tǒng)一。

2 反滲透濃水水質(zhì)特點(diǎn)

如表1所示，對(duì)某純凈水廠的原水水質(zhì)和反滲透濃水水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，濃水的堿度、電導(dǎo)率、硬度、氯離子含量增加3倍左右，與相關(guān)研究研究結(jié)論相同[1]，但有機(jī)物、pH和氨氮含量變化較小，濁度顯著降低，與源水相比較，反滲透濃水的堿度、電導(dǎo)率、硬度、氯離子濃度都明顯增加。

表1 源水水質(zhì)和反滲透濃水水質(zhì)

3 反滲透濃水再利用的方式

目前，反滲透濃水再利用方式主要有三種：①反滲透濃水回流法，此法可以提高水資源回收率，但回流率較高，易導(dǎo)致結(jié)垢，影響RO膜的壽命，且動(dòng)力成本較高；②濃水回用作生產(chǎn)用水[2]，由于反滲透濃水具有一定的壓力，利用反滲透濃水懸浮物含量低可用作過(guò)濾工藝中的反沖洗水，可節(jié)約濾后水沖洗用水，但小流量濃水阻礙其持續(xù)利用；③資源化利用[3]，考慮到濃水高鹽特性，可將含鹽水加熱使之沸騰蒸發(fā)，將濃縮液結(jié)晶制鹽，但高成本阻礙其應(yīng)用；或者利用高濃度的氯離子，可以考慮用于制備次氯酸鈉。

4 反滲透濃水制備次氯酸鈉的可行性分析

4.1 傳統(tǒng)消毒存在的問(wèn)題

消毒是凈水處理工藝中重要的組成部分。液氯一直是水處理中廣泛使用的消毒劑，但隨著對(duì)易爆危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸和儲(chǔ)存管控力度的日益強(qiáng)化，對(duì)液氯的運(yùn)輸和儲(chǔ)存的要求增加給水廠生產(chǎn)管理難度，而次氯酸鈉的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用更為安全，消毒效果與氯氣相當(dāng)，同時(shí)有利于降低水廠出廠水消毒副產(chǎn)物含量。商品次氯酸鈉是氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品，屬于化學(xué)危險(xiǎn)品，具有較強(qiáng)腐蝕性，在運(yùn)輸和使用也受到日益嚴(yán)厲的監(jiān)管，且在較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存時(shí)，可能發(fā)生分解反應(yīng)和歧化反應(yīng)，導(dǎo)致有效氯濃度不斷降低，歧化反應(yīng)還會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有危害的氯酸鹽等副產(chǎn)物。通過(guò)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)行管理、生產(chǎn)成本等多因素的綜合分析，確定采用現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉作為水廠消毒劑更經(jīng)濟(jì)。

4.2 反滲透濃水制備次氯酸鈉方式選擇

目前制備次氯酸鈉有化學(xué)法和電解法兩種方法，化學(xué)法主要是指用堿吸收氯堿工業(yè)產(chǎn)生的尾氣從而產(chǎn)生次氯酸鈉，為氯堿廠的副產(chǎn)品。電解法制備次氯酸鈉利用電作為驅(qū)動(dòng)力，其強(qiáng)度大，效率高，反應(yīng)安全且生成的產(chǎn)品純度高[4]。如今商業(yè)上使用的不同類型的電解池中，最常見(jiàn)的是用稀鹽水或海水作電解液的無(wú)隔膜電解池[5]及氯堿電解池[6]。結(jié)合水廠反滲透濃水具有高含鹽量和低有害污染物的特點(diǎn)，相關(guān)研究者開(kāi)展了以反滲透濃水作電解液用于制氯，表明反滲透濃水作為電解原料制備次氯酸鈉具有可行性。電解RO濃水制氯有隔膜法和無(wú)隔膜法兩種方法。與隔膜電解池相較，無(wú)隔膜電解池具有能夠降低槽電壓，減少能耗，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；在相同操作條件下，隔膜電解池相比于無(wú)隔膜電解池電流效率下降了8%，并且電能消耗增加[7]。一些研究表明電解時(shí)間、電流密度、電解質(zhì)濃度、溫度、pH、極板結(jié)垢、極板間距等因素都會(huì)影響無(wú)隔膜電解制備次氯酸鈉的電解效率[8]。因此，在實(shí)際工程中，無(wú)隔膜電解依靠更加經(jīng)濟(jì)，更加易于操作等優(yōu)勢(shì)而普遍運(yùn)用于工業(yè)制氯。

4.3 反滲透濃水制備次氯酸鈉的工藝選擇

依據(jù)表1中水質(zhì)特點(diǎn)，由于反滲透排水水質(zhì)特征顯示含有較高濃度的氯離子，可對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，為減緩反滲透濃水中高濃度硬度對(duì)電極結(jié)垢的影響，優(yōu)先考慮去除濃水中硬度，可以依次投加石灰乳、氯化鈣、偏鋁酸鈉和碳酸鈉，提高濃水的pH到11，通過(guò)化學(xué)藥劑處理的方式可去除廢水中90%以上的硬度、硅以及重金屬和 70%以上的硫酸根[9]；再利用過(guò)濾或澄清器對(duì)出水進(jìn)行深層過(guò)濾，去除懸浮物等雜質(zhì)。結(jié)合本廠實(shí)際情況，為進(jìn)一步加大濃水回用效率，利用高壓泵對(duì)上述處理后濃水再次進(jìn)行反滲透處理，反滲透出水回用，濃水進(jìn)入弄水箱儲(chǔ)存，后通過(guò)軟化器再次降低濃水的硬度，同時(shí)為避免后續(xù)制備次氯酸鈉與水中有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)消毒副產(chǎn)物，投加活性炭吸附去除有機(jī)物，最后加入鹽酸調(diào)節(jié)pH，并投加食鹽調(diào)節(jié)氯離子濃度，當(dāng)氯化鈉溶液的濃度達(dá)到 3%～4%時(shí)[9]，將其送至次氯酸鈉發(fā)生器，通過(guò)電解制備次氯酸鈉溶液。

4.4 反滲透濃水制備次氯酸鈉的經(jīng)濟(jì)效益分析

反滲透濃水制備的次氯酸鈉可用于日常的和水處理中的殺菌消毒，對(duì)于大型生產(chǎn)純凈水的工廠，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義，大量的濃縮廢水得到利用，降低了廢水的排放壓力的同時(shí)也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，一舉兩得。假設(shè)以系統(tǒng)年運(yùn)行2000 h，年處理濃水量為20000 t計(jì)算，水資源費(fèi)為0.12元/m3，則每年可節(jié)省水資源費(fèi)2400元；反滲透濃水進(jìn)行深化濃縮、蒸餾等處理達(dá)到零排放，處理成本約為15元/m3左右，則每年可節(jié)省30萬(wàn)元；設(shè)備運(yùn)行成本約藥劑1.9元/噸和人工費(fèi)4.9元/噸，電耗0.638元/h[10]，則每年的運(yùn)行成本為13.73萬(wàn)元；次氯酸鈉按照100元/t，年產(chǎn)值20萬(wàn)元，綜合成本和收益，每年可獲得30萬(wàn)元凈收益。此外，企業(yè)的社會(huì)責(zé)任也得到相應(yīng)地體現(xiàn)。

5 結(jié)論

通過(guò)分析水廠源水和反滲透濃水的水質(zhì)，結(jié)合反滲透濃水的利用方式，提出了反滲透濃水制備次氯酸鈉的再利用方式。依據(jù)水廠水質(zhì)特點(diǎn)，確定了反滲透濃水制備次氯酸鈉的方式和工藝流程，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，將反滲透濃水制備次氯酸鈉可實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益三者的有機(jī)統(tǒng)一。