反渗透浓水处理中试方案的初步研究

污水回用装置投产后, 时配套的反渗透浓水处理工艺为活性碳吸附工艺。经过一段时间的生产运行, 发现活性碳吸附工艺存在以下问题:

活性碳吸附容量有限, 饱和速度过快, 导致耗量大, 运行费用高。

活性碳饱和后再生困难。

初期进行过量吸附, 造成有限的吸附容量浪费, 难以控制。

活性碳吸附池在原有设施基础上进行了改造, 因此反应器的结构无法达到最佳效果。

基于上述问题, 提出“高级氧化+低负荷生物膜”新工艺路线, 并编制中试方案。

1 反渗透浓水处理的必要性

影响反渗透浓水处理及回收利用的主要问题是反渗透浓水含有很高的硬度、重碳酸盐和硫酸盐等离子的含量, 而且含有大量的有机污染物 (表现为较高的CODCr) , 同时可生化性较差, 其碱度、硬度及其他污染指标较大, 超过城市绿化及其它用水标准。目前, 国内对反渗透浓水基本没有处理而是直接外排, 因此如何降低及合理控制这些有害物质是能否回收利用或达标排放的关键。

2 中试流程的选择

2.1 氧化技术的比选

对于石化污水采用双膜技术后排放的高含盐浓水, 由于进双膜装置前已进行严格的生化预处理, 污水中残存的有机污染物几乎全部为不可生物降解或极难生物降解的物质, COD构成成分 (即溶解性有机物, DOM) 主要是疏水性有机酸 (HOA, 约占45%) 和亲水性有机酸 (Hi A, 约占26%) , 其来源主要是微生物残体经酶分解、氧化、微生物合成等过程生成的代谢产物。如腐殖酸、沥青质和胶质化合物、杂环类化合物等, 这些有机污染物虽然浓度较低 (CODCr浓度约150-300mg/L) , 但处理难度很大, 处理成本较高, 普通处理工艺难以实现经济有效的污染治理。

对于该类废水的处理, 目前比较有效的手段是采用羟基自由基 (·OH) 进行氧化, 并且所有的用羟基自由基 (·OH) 进行氧化的污水处理工艺全部成为高级氧化工艺, 包括了传统的Fenton氧化工艺、臭氧氧化工艺等。不过单纯的高级氧化工艺的处理成本较高 (约需3-5元/吨水或更高) , 为降低处理成本, 往往采用“高级氧化处理+生化处理”相结合的技术路线来去除该废水中的有机污染物。

本次试验采用纳米臭氧技术作为生化前预处理工艺。

2.2 纳米臭氧氧化技术

浓水中存在各种能与臭氧快速反应的化合物 (如酚、硫等) 和其它高浓度物质 (如盐类和碳酸盐等) 。因此在实际应用中, 臭氧氧化工艺遇到的难题来源于两方面:一方面, 因为这些能与臭氧快速反应的化合物浓度高, 所以传质是臭氧氧化的限速步骤;另一方面, 因为水中存在大量的臭氧分解的抑制剂以及羟基自由基的捕获剂, 终止了以间接反应过程为主要途径去除污染物的臭氧氧化反应, 使得那些难以被臭氧直接氧化的污染物不能通过臭氧间接氧化的方法去除 (当与臭氧快速反应的化合物的浓度不断降低, 以致臭氧氧化反应体系变成了慢速体系, 这时就属于这种情况) 。

本文中试采用的纳米臭氧技术有效解决了这些问题。该装置通过OHR高校混和器在水中形成纳米气泡, 将几个ppm的微量成份瞬间均匀分散于整个反应器中, 使得水中各类污染物几乎同时与臭氧接触, 大大提高了接触反应效率, 同时避免了选择性反应而导致臭氧消耗过大的问题。

2.3 生化技术的选择

借助于高级氧化技术改善了废水的可生化性能后, 废水可进一步采用廉价的生化处理工艺进行处理。由于污染物在废水中的浓度很低, 普通的生化处理工艺受污染物传质效率的影响, 难以在生化反应器中存活高浓度的活性污泥, 而实现对污染物的高效去除, 因此需要采用生物固定化技术来消除这种不良影响。借助优良的生物载体完成对微生物的截留、富集, 特别是能富集长泥龄、低基质要求的微生物, 满足生化反应器高效运行对微生物浓度的需要, 保证生化处理的效率。

对于低污染物浓度的生化处理, 目前比较成熟的工艺为曝气生物滤池 (BAF) 。但由于该系统采用的是陶粒滤料, 为避免积累的生物污泥和悬浮固体堵塞, 需定期进行反冲洗, 滤料在频繁反冲洗过程中, 磨损比较严重, 使得陶粒滤料表面所挂生物膜受到冲击较大, 导致在石化污水深度处理领域的效果较差, 必须首先解决曝气生物滤池系统的陶粒滤料问题。

本方案采用的MBAF技术 (固定化微生物-曝气生物滤池工艺) , 采用国家发明专利产品“卍”字形嵌套填料, 采用一种具有网状大孔结构的高分子合成材料, 具有反应性、亲水性、通透性、高比表面积等特点, 并具有空间悬臂及网络交联结构, 能与微生物、酶形成共价键结合。

3 中试流程方案确定

鉴于中试流程中各种技术的特点, 确定了中试流程方案。

反渗透浓水储存至原水箱, 由原水泵提升, 先经过5μm精密过滤器过滤截流水中颗粒物和悬浮物等, 以免系统堵塞, 后进入至纳米气浮装置。

臭氧采用纯氧型臭氧发生器制备, 产生的臭氧投加至溶气泵, 与回流水混合输送至OHR混合器。通过OHR混合器将臭氧气体破碎成纳米级, 喷射至纳米气浮装置。在装置内, 纳米级的臭氧和原水充分混合反应, 去除部分污染物, 并提高原水B/C值。出水靠重力自流至中间水箱。中间水箱设置鼓风曝气装置, 必要时通过曝气吹脱水中残余臭氧, 以降低水中氧化还原点位。

中间水箱的污水通过中间水泵提升至MBAF反应器曝气段, 与空气混合流入反应段。经过MBAF去除水中有机物、氨氮等污染物, 达到排放标准后排入厂区排水管网。

摘要：鉴于反渗透浓水处理工艺为活性炭吸附工艺在实际应用过程中存在诸多问题, 提出“高级氧化+低负荷生物膜”的新工艺路线, 探索中试方案。

关键词：反渗透浓水,高级氧化,低负荷生物膜,中试方案