大多数矿石需要经过前期的选矿工艺处理后，才能作为下一步的冶炼原料;而在选矿过程中，会产生出大量的工业废水。
本研究旨在利用先进的反渗透技术处理工业废水，探讨多种因素对整个系统运行的影响。反渗透装置预处理工艺是反渗透装置稳定运行的重要保证，本次预处理采用石英砂过滤、锰砂过滤、活性炭过滤、保安过滤、pH调节和阻垢剂投加等技术。该预处理工艺相对于传统的絮凝沉淀、石灰软化等工艺具有流程简单、维护方便、运行经济、出水稳定、工作环境舒适等优点。
1、试验装置及条件
1.1 试验装置
反渗透中试装置采用2支陶氏FILMTEC8英寸抗污染反渗透膜(BW30-365/34i-FR)。陶氏FILMTEC膜元件进水流道较宽，流动均匀，污染物不容易附着，且污染后的清洗效率很高。BW30-365/34i-FR反渗透膜在1.551MPa(225psi)压力下，2000mg/L的NaCl溶液测试中，产水量为36m3/d，回收率为15%，脱盐率达到99.5%。中试工艺流程如图1所示。
中试装置由原水调节池、曝气装置、一级提升泵、石英砂过滤器、锰砂过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器、加药装置、反渗透装置等组成，见表1。
1.2 试验条件
中试装置设置浓水回流设施，运行过程中使部分浓水回流至高压泵的前端，以达到调整反渗透进水电导率的目的。试验持续80d，分别考察反渗透膜进水温度、pH、压力、电导率等对脱盐率的影响。
反渗透产水量维持1m3/h不变，反渗透膜的膜通量14.7L/(m2·h)。在研究某项因素对脱盐率的影响时，维持其余项条件不变。例如，在研究温度对脱盐率的影响时，除了温度变化，进水压力、进水pH、进水操作压力等都维持不变。
根据试验的原水水质，经过专业软件分析、计算，原水中添加阻垢剂型号为纳尔科OSM60(T)，投加量为2.7mg/L。反渗透装置示意图如图2所示。
1.3 原水水质
中试在某大型钢铁企业尾矿库附近进行，利用潜污泵从尾矿库直接抽水作为中试装置的进水，进水浊度低、硬度高、含盐量极高。原水水质见表2。
1.4 分析指标及方法
采用的主要分析设备及方法见表3。
2、结果与讨论
2.1 进水温度对脱盐率的影响
反渗透膜的标准脱盐率一般是在25℃时获得的。因为反渗透膜的脱盐率对进水温度的变化十分敏感，中试试验位于北方，所以有必要研究进水温度对出水脱盐率的影响，试验结果见图3。
从图3可以看出，随着进水温度的升高，反渗透出水脱盐率呈现明显的降低趋势：温度在10℃时，反渗透出水的脱盐率高达97.6%;温度在25℃时，反渗透出水的脱盐率约94.5%。
一般来说，随着进水温度的升高反渗透膜的产水率会有一定程度的提高。但是，温度的升高也会使出水脱盐率下降。这主要是由于：随着温度的升高，原水中离子的扩散速度会加快，离子更容易穿透反渗透膜，造成出水中的离子含量升高，脱盐率下降。在实际工程设计中，需要综合考虑温度对反渗透产水量和脱盐率的影响，保证进水温度在20℃左右。进水温度过低，反渗透膜产水率下降;进水温度过高，反渗透的脱盐率也会明显下降。因此，反渗透进水的温度控制非常重要。
2.2 进水压力对脱盐率的影响
反渗透的进水压力是维持反渗透装置正常运行的最主要条件之一。试验过程中，保持反渗透装置的产水量为1.0m3/h，并维持其余条件不变，验证进水压力对反渗透脱盐率的影响。
进水压力采用变频泵进行调节，进水压力分别在0.80、0.85、0.90MPa下各运行10d，每天进行相应记录。在进水压力相同的情况下，由于膜的污染、温度的变化等，脱盐率略有不同。进水压力对出水脱盐率的影响如图4所示。
从图4可以看出，在产水量恒定的条件下，随着反渗透进水压力的减小，装置的脱盐率也有明显的降低。
反渗透出水的脱盐率主要是由反渗透膜本身的化学性质决定的，进水压力并不会影响离子的透过率。但是，随着进水压力的降低，反渗透的脱盐率也有明显的降低。因为随着进水压力的提高，反渗透膜表面的水流速度也随之提高，水流速度的升高降低了反渗透膜的浓差极化，从而使反渗透装置的脱盐率有了明显的提高。
2.3 进水pH对脱盐率的影响
根据陶氏膜组件的操作手册，当反渗透膜进水pH控制在2～11时，pH不会对反渗透的产水量产生影响。然而即使在允许pH范围内，pH对脱盐率也有较大的影响，这主要是基于以下2方面原因：
1)反渗透膜表面附着大量亲水性聚合物，pH影响亲水性聚合物的电场排列，电场排列的变化会影响到原水中带电离子的迁移;
2)原水中有大量的CO2，CO2在水中的形态受pH的影响。较低pH时，水中CO2以气态形式存在，容易穿透反渗透膜，造成脱盐率较低;较高pH时，水中的气态CO2部分转化为CO2-3、HCO-3，不容易透过反渗透膜，会使脱盐率升高。
通过在线pH调节装置调节进水的pH，连续30d监测进水pH对出水脱盐率的影响如图5所示。在pH相同的情况下，由于膜的污染、温度的变化等，脱盐率略有不同。
从图5可以看出，反渗透装置的进水pH在5.5～8.0，随着pH降低，反渗透膜脱盐率有明显降低。在实际工程中，反渗透膜的进水应尽量维持在中性环境中，使脱盐率尽量维持稳定。
2.4 进水电导率对脱盐率的影响
通过在原水中添加反渗透浓水，使反渗透进水的含盐量升高，电导率上升非常明显;但反渗透膜的脱盐率不仅没有降低，反而有一定的上升，见图6。
一般情况下，进水含盐量越高，渗透压也越高，在维持反渗透进水压力恒定的情况下，净压力将明显减少，产水量会随之降低。如果维持产水量不变，就需要增加进水流量。反渗透膜的透盐率与反渗透膜两侧的离子浓度差成正比，浓度差越大，透盐率就越高，从而导致反渗透出水的脱盐率下降。但在本试验中，随着反渗透进水含盐量升高，反渗透的脱盐率有一定的上升。低电导率时，反渗透膜的进水流量为8m3/h;高电导率时，反渗透膜的进水流量为9.4m3/h，而反渗透膜通量14.7L/(m2·h)保持不变。中试产水量都维持在1.0m3/h，这样就需要增加进水压力。随着反渗透装置的进水流量和操作压力的增加，反渗透膜表面的水流速度会明显加快，由于水流速度的加快降低了反渗透膜两侧的浓差极化，进而使反渗透膜的脱盐率有所提高。
3、结论
反渗透系统的设计和运行是一项系统工程，进水温度、进水压力、含盐量、pH等对反渗透装置的脱盐率有一定影响。在分析反渗透装置的脱盐率时，不能独立地分析某个因素，应综合分析各个影响因素，从而找出最佳的设计和运行条件。
相对传统水处理工艺而言，膜法水处理工艺效果好，对环境影响小，占地面积小，运行简单，易于控制。进一步研究膜法水处理工艺的参数和影响因素，能够大大降低膜法水处理的运行成本，提高膜法水处理工艺的技术经济优势，使膜法处理工艺在各种废水中的应用更加广泛，为我国的水处理行业进步做出更大的贡献。(来源：中核第四研究设计工程有限公司)
