[摘要] 隨著煤化工工業(yè)的快速發(fā)展，反滲透技術(shù)大量地應(yīng)用于煤化工廢水處理項目上。通過闡述雙級反滲透系統(tǒng)在煤化工高鹽廢水處理中的應(yīng)用，指出其在煤化工高鹽廢水處理上應(yīng)用的可行性。雙級反滲透的預(yù)處理系統(tǒng)采用“化學(xué)軟化+過濾+離子交換”為主的工藝，運行結(jié)果表明，雙級反滲透系統(tǒng)在進(jìn)水電導(dǎo)率為50 000~65 000 μS/cm條件下，濃水和產(chǎn)水電導(dǎo)率分別可以達(dá)到100 000 μS/cm 和200 μS/cm，各指標(biāo)達(dá)到系統(tǒng)要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

[關(guān)鍵詞] 煤化工；高鹽廢水；雙級反滲透系統(tǒng)；電導(dǎo)率

某煤化工企業(yè)以煤作為生產(chǎn)原料， 通過煤氣化工藝的合成氣制甲醇，甲醇再制成烯烴。在其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的化工生產(chǎn)廢水， 這些廢水經(jīng)過廠區(qū)深度處理后，會產(chǎn)生大量的高鹽廢水。而煤化工企業(yè)周圍的生態(tài)環(huán)境往往比較脆弱， 并且企業(yè)往往建在水資源短缺的地方。此部分高鹽廢水若直接排放，將對企業(yè)周邊環(huán)境造成極大的污染和破壞〔1-2〕。因此考慮使用反滲透技術(shù)對本部分廢水進(jìn)行處理， 同時回用其中大部分水資源〔3〕。由于進(jìn)水電導(dǎo)率較高，本研究采用雙級反滲透系統(tǒng)， 在使產(chǎn)品水達(dá)到回用水水質(zhì)要求的同時， 濃水可以進(jìn)入后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)一步處理， 不僅滿足了企業(yè)的用水要求及環(huán)保要求，還實現(xiàn)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1 進(jìn)水水質(zhì)及處理要求

本項目的高鹽廢水來源于上游回用裝置產(chǎn)生的反滲透濃水，水量100 m3/h，進(jìn)水pH 7~9、電導(dǎo)率50 000 ~65 000 μS/cm、硬度1 000 mg/L、Cl - 12 000mg/L，可以看出：（1）電導(dǎo)率高，且波動范圍較大，高濃度的氯離子對金屬設(shè)備具有較強的腐蝕性。（2）硬度較高，易在膜表面產(chǎn)生無機鹽垢，影響系統(tǒng)的運行。本項目要求廢水最終產(chǎn)品水的電導(dǎo)率≤500 μS/cm，濃水電導(dǎo)率>100 000 μS/cm。

2 工藝選擇及系統(tǒng)設(shè)計

針對進(jìn)水水質(zhì)特征及處理要求， 本項目采用雙級反滲透系統(tǒng)進(jìn)行減量處理，工藝流程見圖1。

高鹽廢水的硬度較高， 而無機鹽結(jié)垢對反滲透系統(tǒng)的影響很大， 若不加以去除將造成反滲透膜嚴(yán)重污堵〔4〕。所以，需先對高鹽廢水進(jìn)行軟化處理，選用石灰純堿軟化法用于去除水中的硬度，石灰、純堿與水中的鈣、鎂反應(yīng)生成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀〔5〕，產(chǎn)生的污泥定時排出系統(tǒng)外。反滲透進(jìn)水一般要求SDI≤5，而高鹽廢水經(jīng)過軟化澄清后，上清液中仍有部分的懸浮物顆粒， 所以需要對澄清池出水進(jìn)一步處理，從而保證反滲透的正常運行，本項目采用機械過濾器對澄清池產(chǎn)水進(jìn)一步處理。為了保證進(jìn)入反滲透的水的硬度達(dá)標(biāo)，本項目設(shè)置離子交換系統(tǒng)，進(jìn)一步去除高鹽廢水殘留的硬度。通過換熱器調(diào)整進(jìn)水溫度穩(wěn)定在25~30 ℃， 滿足反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水溫的要求。在進(jìn)入一級反滲透裝置前，需要投加還原劑（亞硫酸氫鈉）和阻垢劑（含磷小分子），還原劑的作用是控制反滲透進(jìn)水的余氯低于0.1 mg/L， 保證反滲透膜不被氧化；阻垢劑的作用是保證反滲透系統(tǒng)正常運行不結(jié)垢，確保反滲透系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行〔6〕。為達(dá)到設(shè)計產(chǎn)水水質(zhì)要求， 一級反滲透濃水作為系統(tǒng)濃水去蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)一步處理， 一級反滲透產(chǎn)水需要進(jìn)入二級反滲透裝置進(jìn)一步處理， 二級反滲透裝置濃水回RO 給水箱。

雙級反滲透系統(tǒng)的設(shè)備配置見表1。

3 系統(tǒng)運行情況

本項目高鹽廢水經(jīng)前面預(yù)處理后， 進(jìn)入雙級反滲透系統(tǒng)的水溫度30 ℃、pH 9~10、硬度<10 mg/L、濁度<1 NTU、Fe、Al 均未檢出。

3.1 系統(tǒng)脫鹽率及產(chǎn)水水質(zhì)

在雙級反滲透運行期間，系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)良好，各項產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求， 產(chǎn)水作為廠區(qū)循環(huán)水補水進(jìn)行回用。其中，一級反滲透裝置回收率約50%時，其脫鹽率基本維持在97.5%以上；二級反滲透裝置回收率約92%時，其脫鹽率基本維持在82%以上，監(jiān)測情況見圖2。

由圖2 可以看出， 一級RO 的脫鹽率隨運行時間的增加略有下降。這一方面是由于進(jìn)水水質(zhì)的波動及運行控制造成的；另一方面是膜元件的局部損壞造成的， 在日常監(jiān)測過程中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有幾只膜殼產(chǎn)水電導(dǎo)率異常升高， 應(yīng)是保安過濾器泄漏造成的膜元件損傷。雙級反滲透的產(chǎn)水電導(dǎo)率基本維持在200μS/cm 以下，監(jiān)測情況見圖3。

由圖2、圖3 可以看出，二級反滲透相對于一級反滲透裝置的整體脫鹽率下降較小， 系統(tǒng)的產(chǎn)水電導(dǎo)率基本可以維持在200 μS/cm 以下， 說明本項目采用雙級反滲透系統(tǒng)處理高鹽廢水可以保證系統(tǒng)產(chǎn)水的總體穩(wěn)定性。運行時二級反滲透濃水電導(dǎo)率在10 000~12 000 μS/cm， 相較于一級RO 進(jìn)水電導(dǎo)率低很多，回流后對系統(tǒng)運行影響較小。

3.2 系統(tǒng)濃水水質(zhì)及壓強

在雙級反滲透運行期間， 一級反滲透系統(tǒng)壓強在6.8~7.2 MPa，系統(tǒng)濃水的電導(dǎo)率較穩(wěn)定，基本維持在100 000 μS/cm 以上， 系統(tǒng)產(chǎn)水滿足系統(tǒng)處理要求，實現(xiàn)了高鹽廢水處理系統(tǒng)濃縮和回用的要求，監(jiān)測結(jié)果見圖4。

由圖4 可以看出，系統(tǒng)壓強總體不斷變化，這是由于隨著運行時間的增加， 系統(tǒng)內(nèi)積聚的污染物質(zhì)增多導(dǎo)致，通過化學(xué)清洗后，系統(tǒng)壓強會隨之降低。在實際過程中也應(yīng)保證前處理的穩(wěn)定， 以免膜元件受到污染。

3.3 系統(tǒng)清洗情況

在正常運行期間，反滲透膜元件會受到微生物、膠體顆粒和不溶性有機物質(zhì)的污染。運行過程中這些污染物沉積在膜表面， 導(dǎo)致進(jìn)水和濃水間的壓差上升，當(dāng)上升超過設(shè)計值時，需要對膜元件進(jìn)行清洗〔7〕。清洗時需要針對上述污染物選擇合適的清洗藥劑， 本項目采用酸性清洗藥劑和堿性清洗藥劑對反滲透膜元件進(jìn)行清洗， 并根據(jù)實際污染情況對反滲透裝置進(jìn)行離線循環(huán)及浸泡， 并隨時觀察清洗液的情況，直至達(dá)到清洗要求。首先，以較低流量的清洗液置換系統(tǒng)內(nèi)的原水，待完成后，恒定清洗液溫度在30 ℃，以較低流量在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，循環(huán)1 h 后，浸泡1 h。其次，再以較高流量的清洗液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)1 h，沖洗清洗下來的污染物。最后，用合格的產(chǎn)品水沖洗系統(tǒng)內(nèi)的清洗液，備用。其中，酸性清洗藥劑是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的鹽酸；堿性清洗藥劑是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的NaOH 和0.02%的硅酸鈉。化學(xué)清洗完后用RO 產(chǎn)水進(jìn)行沖洗，至清洗液完全被沖洗出為止。

3.4 運行能耗

對雙級反滲透系統(tǒng)運行電能、藥劑消耗進(jìn)行核算，其中用電消耗是運行能耗中的主要部分，藥劑消耗主要是還原劑和阻垢劑，均按3 mg/L 投加進(jìn)行核算；還原劑按1 元/kg、阻垢劑按26 元/kg、電費按0.5元/（kW·h）核算時，系統(tǒng)運行費用約在1.8 元/t。

4 結(jié)論

通過雙級反滲透系統(tǒng)在煤化工高鹽廢水處理中的成功應(yīng)用， 可以看出雙級反滲透系統(tǒng)不但可以使系統(tǒng)產(chǎn)水達(dá)到設(shè)計要求， 而且可以很好地保證高鹽水處理系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)的穩(wěn)定性， 更加有利于實現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水的循環(huán)復(fù)用，為企業(yè)節(jié)省更多水資源。雙級反滲透系統(tǒng)作為高鹽廢水處理中的濃縮回用單元，其穩(wěn)定的濃水指標(biāo)對全廠的水處理系統(tǒng)起到重要作用，是實現(xiàn)全廠廢水處理要求，乃至到達(dá)零排放要求的重要環(huán)節(jié)，為企業(yè)的環(huán)保需求做出了貢獻(xiàn)。