电脉冲—混凝处理法在反渗透浓水处理中的应用

于 玥，邓柏杰

(辽宁省朝阳水文局，辽宁 朝阳122000)

1 反渗透浓水简介

反渗透浓水是反渗透装置的排放水，原水中的杂质在其中得到了浓缩，直接排放会对环境产生不利影响。目前由于反渗透技术广泛应用于除盐和废水的深度处理，因此反渗透浓水主要来源于海水淡化厂、苦咸水淡化厂、工业废水深度处理过程以及城市生活污水深度处理过程［1］。反渗透浓缩水是膜处理过程后所产生的废物，里面所含的大量有毒有害物质严重危害人类的身体健康，工业废水反渗透浓缩水中含有大量COD，而COD 又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。

2 实验原理与方法

2.1 混凝原理

化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为主要是压缩双电层作用、吸附架桥作用、吸附电中和作用、网捕作用及DLVO 理论。

2.2 实验方法

2.2.1 电脉冲实验方法

1)取200 mL烧杯，加入120 mL原水，将钨电极插入水样中。

2)调节电脉冲装置的电压于适宜位置，打开装置电源，调节频率，将输出电压清零，按下工作按钮，同时秒表计时。

3)待反应一定时间后按下停止按钮。

4)取出烧杯，水样待测。

2.2.2 混凝实验方法

1)取5 个1 000 mL的烧杯，分别加入反渗透浓水原水500 mL，放入混凝搅拌机的恒温槽中。

2)启动搅拌机，使其转数为150 rpm。

3)在5 个量杯中加入混凝剂溶液，同时投加到相应的大烧杯中开始记时。

4)混凝一段时间后，将搅拌机的转数调低至80 rpm，开始进入反应阶段，反应15 min。

5)关闭搅拌机，开始进入静置沉降阶段，沉降时间30 min。

6)测量上清液的CODcr。

2.2.3 COD 测定方法

1)依据水质化学需氧量测定(GB/T11914—1989)采用重铬酸钾法测CODcr。

2)用3.00 mL 0.05 mol/L K2Cr2O7，取处理后的水样10.00 mL和17 mL浓H2SO4(内含0.2 gAg2SO4)加热回流15 min，稍冷加33 mL 重蒸馏水，7 mL0.5 mol/L Fe2(SO4)3，冷却至室温待测。

2.2.4 CODcr 去除率的计算

CODcr 去除率的计算公式为:

式中:η 为浓水中CODcr 的去除率，%;CODcrC0为原水的CODcr 值，mg/L;CODcr 为混凝后所得上清夜的CODcr 值，mg/L。

3 实验结果与分析

3.1 电脉冲处理反渗透水的结果与分析

3.1.1 脉冲电压的确定

用200 ml烧杯量取120 mL浓度为195 mg/L，pH为7.8 的水样4 份，将脉冲装置的电极插入烧杯中。将脉冲电压分别置于200 V、400 V、600 V、2 000 V，脉冲频率设为3 Hz，脉冲处理3 min。将处理后的水样稀释30 倍，取10 mL水样并测定CODcr 值。随着脉冲电压的升高，CODcr 的去除率也随之变大，在脉冲电压为2 000 V时，去除率达到最大。这是由于脉冲电压越大，阳极产生的氧化剂量(氯气和氧气)越多，难降解大分子有机物被氧化成小分子物质的量也越多，所以去除CODcr 的效果也越好。本实验研究范围内，适宜的脉冲电压为2000 V，CODcr 的去除率为54.6%，溶液中剩余的CODcr 为88.5 mg/L。

3.1.2 脉冲频率的确定

用200 mL烧杯取120 ml 浓度为160.5 mg/L，pH为7.6 的水样5 份，将脉冲装置的电极插入烧杯中。将脉冲电压置于2000 V，调节脉冲频率分别为1 Hz、3 Hz、5 Hz、9 Hz、15 Hz，脉冲处理3 min。将处理后的水样稀释30 倍，取10 mL水样并测定CODcr 值。在为1 ～9 Hz 时，随着频率的升高，CODcr 的去除率逐渐增大;当频率高于9 Hz时，随着电压的逐渐升高，CODcr 的去除率开始下降。这可能是由于脉冲频率＜5 Hz时，随着脉冲频率的增加，阳极产生的氧化剂更容易与难降解大分子有机物接触并反应，从而提高了CODcr 的去除率;而脉冲频率高于5 Hz时，反应产物有可能在脉冲电磁场的反复激励下又重新生成大分子物质，使CODcr 的去除率降低。

本实验研究范围内，适宜的脉冲频率为5 Hz，CODcr 的去除率为33.4%，溶液中剩余的CODcr为155.8 mg/L。

3.1.3 脉冲时间的确定

用200 ml烧杯取120 mL 浓度为233.4 mg/L，pH为7.5 的水样5 份，将脉冲装置的电极头插入烧杯中。将脉冲电压置于2000 V，将脉冲频率调至5 Hz，各水样分别脉冲处理1 min、3 min、5 min、9 min、10 min。将处理后的水样稀释30 倍，取10 mL 水样测定水样CODcr 值。随着脉冲时间的增大，CODcr的去除效率也随之变大。这是由于脉冲时间越长，阳极产生的氧化剂量越多，越有利于脉冲作用促使难降解有机化合物转变成小分子的有机物，使CODcr 的去除率增大。本实验研究范围内，适宜的脉冲时间为10 min，CODcr 的去除率为36.6%，溶液中剩余的CODcr 为148 mg/L。

3.2 聚环氧乙烷(PEO)处理反渗透浓水的结果与分析

3.2.1 适宜混凝时间的确定

分别取废水500 mL于5 个烧杯中:

1)总投加量:20 mL。

2)温度:25 ℃。

3)pH:7.8。

4)改 变 混 凝 时 间 分 别 为30 s、60 s、90 s、120 s、150 s。

5)反应时间:15 min。

6)沉淀时间:30 min进行混凝实验，取上清液测其CODcr 值。原水的CODcr 值为392 mg/L。

实验结果见图1。

图1 混凝时间对混凝效果的影响

由图1 可见，CODcr 的去除率随着混凝时间的增加呈升高趋势，但到达一定程度后CODcr 的去除率降低。这是因为在一定的混凝时间范围内，混凝产生絮体达到最好的效果，超出此范围，由于混凝时间过长，形成的絮体被破坏，所以CODcr 的去除率降低。本实验研究范围内，混凝时间为90 S 时，PEO 混凝剂的混凝效果达到最好，CODcr 的去除率为67.70%，浓水中剩余CODcr 为126.6 mg/L。

3.2.2 适宜混凝温度的确定

分别取废水500 mL于5 个烧杯中，改变混凝温度分别为20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃:总投加量20 mL;pH:7.8;混凝时间:90 s;反应时间:15 min;沉淀时间:30 min下进行混凝实验，取上清液测其CODcr 值。原水的CODcr 值为390 mg/L。实验结果见图2。

图2 混凝温度对混凝效果的影响

由图2 可见，CODcr 的去除率在温度为20 ℃～30 ℃时都呈上升趋势，在30 ℃～40 ℃时都呈下降趋势。这是因为低温时布朗运动较弱，混凝不充分，当温度达到一定数值时，充分混凝，形成絮体，从而沉淀，使CODcr 降低;当温度过高时，絮体稳定性变差，高温时絮体比较松散，沉降速度较慢，由DLVO 理论可知，该絮体容易重新散开，使CODcr 的去除率降低。

本实验研究范围内，温度为30 ℃时，PEO 混凝剂的混凝效果达到最好，CODcr 的去除率为68.03%，浓水中剩余CODcr 为124.7 mg/L。

3.2.3 适宜pH 值的确定

分别取废水500 mL于5 个烧杯中:温度:30 ℃;总投加量:20 mL;改变废水的pH 分别为3.02、5.03、6.88、8.87、11.06 进行混凝实验;混凝时间:90 s;反应时间:15 min;沉淀时间:30 min，取上清液测其CODcr 值。原水的CODcr 值为384 mg/L。见图3。

图3 pH 对混凝效果的影响

由图3 可见，CODcr 的去除率随pH 值的增加呈升高趋势。其变化趋势和PEO 单独使用时相似，变化原因也相同。本实验研究范围内，pH 为11.06时，PEO 混凝剂的混凝效果达到最好，CODcr 的去除率为68.35%，浓水中剩余CODcr 为111.5 mg/L。

4 实验结果与分析

采用电脉冲处理高浓度反渗透浓水原水，适宜电脉冲条件为:脉冲电压2 000 V、脉冲频率5 Hz、脉冲处理时间10 min。废水经过处理后，COD 的去除率为36.6%。采用PEO 为助凝剂，氯化铁为混凝剂处理反渗透浓水原水，适宜混凝条件为:混凝时间为90 s、混凝温度为30 ℃、pH 值为11.06。废水经过处理后，COD 的去除率为68.35%。采用电脉冲对反渗透浓缩水进行预处理，脉冲时间为10 min、脉冲频率为5 Hz、脉冲电压为2 000 V的条件下混凝处理废水500 mL，再以氯化铁为混凝剂，PEO 为助凝剂在混凝时间为90 s、混凝温度为30 ℃，pH 值为11.06 的条件下混凝处理此废水，反渗透浓水经电脉冲－混凝处理后，CODcr 的总去除率为72.93%，比单独采用混凝剂处理提高了4.58%。高浓度的反渗透浓水原水经过电脉冲－PEO 处理后，剩余的CODcr 为103.95 mg/L，小于《污水综合排放标准》(GB8978—1996)中石化工业CODcr 标准值。

［1］吕晓龙.反渗透浓水处理技术研究［R］.北京:全国膜法水处理技术现场交流会，2007.