工业园区供水企业反渗透浓水制备次氯酸钠的可行性分析

◇临涣水务股份有限公司 赵世全 夏伦武 孟浩 张林 吴书龙 程鹏

依据某工业园区净水生产企业反渗透浓水水质特点，结合反渗透浓水再利用方式，提出反渗透浓水制备次氯酸钠再利用途径。提出了其制备方式、处理工艺流程选择，并对其经济性进行了分析。利用反渗透浓水制备次氯酸钠可实现社会效益、经济效益和环境效益三者的有机统一。

1 引言

反渗透膜技术具备占地面积小、不用额外投加酸碱，操作简单等优点，广泛地应用于海水、咸水淡化、化工产品浓缩和纯水制备方面。在外力作用下，进水经过反渗透膜分离，约25%进水量浓缩成为反渗透浓水，浓水中污染物浓度约为进水的3倍[1]，含盐量高。工业园区纯净水生产企业为园区企业提供锅炉用水，其制水工艺产生的生产废水水质特征明显有别于工业废水，其水质所含污染种类较简单，回收再利用潜力巨大。若将工业废水开展资源化利用，可显著提高水资源的利用率、降低废水的排放量，可显著降低企业运行成本，提升企业社会责任，践行环保形象，可实现经济、环境和社会效益的有机统一。

2 反渗透浓水水质特点

如表1所示，对某纯净水厂的原水水质和反渗透浓水水质进行测定，经比较发现，浓水的碱度、电导率、硬度、氯离子含量增加3倍左右，与相关研究研究结论相同[1]，但有机物、pH和氨氮含量变化较小，浊度显著降低，与源水相比较，反渗透浓水的碱度、电导率、硬度、氯离子浓度都明显增加。

表1 源水水质和反渗透浓水水质

3 反渗透浓水再利用的方式

目前，反渗透浓水再利用方式主要有三种：①反渗透浓水回流法，此法可以提高水资源回收率，但回流率较高，易导致结垢，影响RO膜的寿命，且动力成本较高；②浓水回用作生产用水[2]，由于反渗透浓水具有一定的压力，利用反渗透浓水悬浮物含量低可用作过滤工艺中的反冲洗水，可节约滤后水冲洗用水，但小流量浓水阻碍其持续利用；③资源化利用[3]，考虑到浓水高盐特性，可将含盐水加热使之沸腾蒸发，将浓缩液结晶制盐，但高成本阻碍其应用；或者利用高浓度的氯离子，可以考虑用于制备次氯酸钠。

4 反渗透浓水制备次氯酸钠的可行性分析

4.1 传统消毒存在的问题

消毒是净水处理工艺中重要的组成部分。液氯一直是水处理中广泛使用的消毒剂，但随着对易爆危险化学品运输和储存管控力度的日益强化，对液氯的运输和储存的要求增加给水厂生产管理难度，而次氯酸钠的运输、储存和使用更为安全，消毒效果与氯气相当，同时有利于降低水厂出厂水消毒副产物含量。商品次氯酸钠是氯碱工业的副产品，属于化学危险品，具有较强腐蚀性，在运输和使用也受到日益严厉的监管，且在较高温度和较长时间储存时，可能发生分解反应和歧化反应，导致有效氯浓度不断降低，歧化反应还会产生对人体有危害的氯酸盐等副产物。通过对安全风险、运行管理、生产成本等多因素的综合分析，确定采用现场制备次氯酸钠作为水厂消毒剂更经济。

4.2 反渗透浓水制备次氯酸钠方式选择

目前制备次氯酸钠有化学法和电解法两种方法，化学法主要是指用碱吸收氯碱工业产生的尾气从而产生次氯酸钠，为氯碱厂的副产品。电解法制备次氯酸钠利用电作为驱动力，其强度大，效率高，反应安全且生成的产品纯度高[4]。如今商业上使用的不同类型的电解池中，最常见的是用稀盐水或海水作电解液的无隔膜电解池[5]及氯碱电解池[6]。结合水厂反渗透浓水具有高含盐量和低有害污染物的特点，相关研究者开展了以反渗透浓水作电解液用于制氯，表明反渗透浓水作为电解原料制备次氯酸钠具有可行性。电解RO浓水制氯有隔膜法和无隔膜法两种方法。与隔膜电解池相较，无隔膜电解池具有能够降低槽电压，减少能耗，操作简单等优点；在相同操作条件下，隔膜电解池相比于无隔膜电解池电流效率下降了8%，并且电能消耗增加[7]。一些研究表明电解时间、电流密度、电解质浓度、温度、pH、极板结垢、极板间距等因素都会影响无隔膜电解制备次氯酸钠的电解效率[8]。因此，在实际工程中，无隔膜电解依靠更加经济，更加易于操作等优势而普遍运用于工业制氯。

4.3 反渗透浓水制备次氯酸钠的工艺选择

依据表1中水质特点，由于反渗透排水水质特征显示含有较高浓度的氯离子，可对其水质进行详细分析，为减缓反渗透浓水中高浓度硬度对电极结垢的影响，优先考虑去除浓水中硬度，可以依次投加石灰乳、氯化钙、偏铝酸钠和碳酸钠，提高浓水的pH到11，通过化学药剂处理的方式可去除废水中90%以上的硬度、硅以及重金属和 70%以上的硫酸根[9]；再利用过滤或澄清器对出水进行深层过滤，去除悬浮物等杂质。结合本厂实际情况，为进一步加大浓水回用效率，利用高压泵对上述处理后浓水再次进行反渗透处理，反渗透出水回用，浓水进入弄水箱储存，后通过软化器再次降低浓水的硬度，同时为避免后续制备次氯酸钠与水中有机物发生化学反应生产消毒副产物，投加活性炭吸附去除有机物，最后加入盐酸调节pH，并投加食盐调节氯离子浓度，当氯化钠溶液的浓度达到 3%～4%时[9]，将其送至次氯酸钠发生器，通过电解制备次氯酸钠溶液。

4.4 反渗透浓水制备次氯酸钠的经济效益分析

反渗透浓水制备的次氯酸钠可用于日常的和水处理中的杀菌消毒，对于大型生产纯净水的工厂，具有很强的实际意义，大量的浓缩废水得到利用，降低了废水的排放压力的同时也产生了一定的经济效益，一举两得。假设以系统年运行2000 h，年处理浓水量为20000 t计算，水资源费为0.12元/m3，则每年可节省水资源费2400元；反渗透浓水进行深化浓缩、蒸馏等处理达到零排放，处理成本约为15元/m3左右，则每年可节省30万元；设备运行成本约药剂1.9元/吨和人工费4.9元/吨，电耗0.638元/h[10]，则每年的运行成本为13.73万元；次氯酸钠按照100元/t，年产值20万元，综合成本和收益，每年可获得30万元净收益。此外，企业的社会责任也得到相应地体现。

5 结论

通过分析水厂源水和反渗透浓水的水质，结合反渗透浓水的利用方式，提出了反渗透浓水制备次氯酸钠的再利用方式。依据水厂水质特点，确定了反渗透浓水制备次氯酸钠的方式和工艺流程，并进行经济性分析，将反渗透浓水制备次氯酸钠可实现社会效益、经济效益和环境效益三者的有机统一。