摘要：为降低火电厂废水处理成本，提高处理效率，对火电厂废水中的污染物进行深入研究，采取超滤与反渗透的组合方法进行处理。结果表明，超滤能有效去除废水中的悬浮物和大分子有机物，反渗透则可去除废水中的溶解性有机物和无机盐类，两者结合使用，能全面提高废水处理效率。该方法的实施，旨在减少环境污染，实现火电厂废水的减量化、资源化和无害化处理。深入研究和技术创新，为实现火电厂废水处理的持续优化提供有力支持。

　　关键词：超滤；反渗透；新型材料；废水处理

　　0引言

　　火电厂废水是火力发电过程中产生的混合废水，主要包含各种无机盐、硫化物、氨氮及重金属等有害物质，具有复杂的物质组成、高浓度污染物和强毒性等特点。由此引发的环境问题日益严重，如何有效处理火电厂废水，已成为环保和能源领域亟待解决的问题。火电厂废水治理的具体问题在于其成分复杂，单一的处理技术往往难以达到理想的效果[1]。例如，常规的物理和化学处理方法虽可去除部分污染物，但在处理高浓度有毒有害物质时效果并不理想，且处理过程中可能产生二次污染。火电厂废水的处理主要采用膜分离技术，如超滤和反渗透。然而，单一的膜分离技术存在一定的局限，如超滤无法完全去除废水中的各类溶解性有机物，反渗透则存在膜污染严重、运行成本高等问题[2-3]。为解决上述问题，研究提出一种新的处理方案，即结合超滤与反渗透的组合方法进行火电厂废水的处理。该方法旨在利用超滤去除废水中的悬浮物和大分子有机物，反渗透则负责去除废水中的溶解性有机物和无机盐类，以期能更全面、更有效地去除废水中的污染物。此处理方案不仅有望提高火电厂废水处理的效率，同时也能降低处理成本，为火电厂废水的环保处理提供了一种新的可能。

　　1实验方案

　　1.1实验仪器

　　实验采用包括Merck Millipore公司的Pellicon○R 2 Mini超滤装置，Dow Chemical Company的FILMTECTM RO-390-FF反渗透系统，Watson-Marlow Fluid Technology Group的530Du高精度液体泵，Malvern Instruments的Zetasizer Nano ZS在线颗粒尺寸分析仪，Mettler Toledo的SevenCompactTM S220 pH计，Thermo Fisher Scientific的Orion Star A212导电率仪，以及Shimadzu公司的TOC-L CPH总有机碳分析仪。这些仪器为实验提供了必要的精确度和可靠性。

　　1.2实验试剂

　　在模拟废水处理的研究中，首先制备了含有无机盐的溶液，使用Sigma-Aldrich提供的分析级氯化钠（NaCl，CAS号7647-14-5）以1 mol/L的摩尔浓度，及Merck提供的分析级氯化钙（CaCl2，CAS号10043-52-4）和Fisher Scientific提供的分析级硫酸镁（MgSO4，CAS号7487-88-9），二者均以0.1 mol/L的摩尔浓度制备。模拟有机污染物时，使用了Sigma-Aldrich的分析级苯胺（C6H7N，CAS号62-53-3）以100×10-6的浓度和Merck的分析级丙烯腈（C3H3N，CAS号107-13-1）50×10-6的浓度制备溶液。在膜系统的清洗与保养中，采用了Sigma-Aldrich的分析级氢氧化钠（NaOH，CAS号1310-73-2）和Merck的分析级盐酸（HCl，CAS号7647-01-0），两者都是以0.1 mol/L的摩尔浓度配制。消毒过程中使用的是Fisher Scientific提供的分析级次氯酸钠（NaOCl，CAS号7681-52-9）100×10-6浓度的溶液。此外，为了防止膜的污染，进行了膜表面改性处理，使用了Sigma-Aldrich提供的实验级聚乙二醇400（PEG-400，CAS号25322-68-3）。

　　1.3实验方法

　　本研究采用超滤（Ultrafiltration，UF）与反渗透（Reverse Osmosis，RO）的组合方法处理火电厂废水。超滤结合反渗透组合方法的具体工艺流程，如图1所示。

　　图1中，在初级处理阶段，选用高效的UF膜元件进行预处理，有效去除废水中的悬浮物和大分子有机物，以减轻后续RO膜的污染负担。在反渗透阶段，采用了陶氏FILMTECTM BW30FR-400/34膜元件，该膜特有的抗污染、高脱盐率和高产水量特性，18层卷式设计，有效面积为37.16 m2，能够提高产水量而不增加通量。

　　在2021年1月至3月期间，本研究的系统工艺运行实验中，对处理工艺的生化出水、UF处理后的水、RO进水、RO出水、RO浓水和RO清洗水等五个关键点的样品进行了采集。具体的采样点分别记为S1、S2、S3、S4、S5。样品在运输过程中采用恒温4℃保存，并在转运至实验室后立即存入4℃冰箱，以保证样品的稳定性，为后续的测试和分析做好准备。此外，对RO膜的污染程度进行了详细的评估，包括对污染膜的形貌和组成进行了分析。为了评估清洗效果，尝试了使用不同的清洗剂以及不同的清洗方法，如浸泡和摇床处理，以比较清洗前后膜片的性能变化。通过这一系列的实验步骤，能够详细地了解和评估超滤与反渗透组合方法在处理火电厂废水中的效果和可行性。

　　1.4实验参数设置

　　在面向火电厂废水处理的超滤与反渗透组合方法研究中，实验所用的设备包括一套超滤装置，操作压力设定在2~3 bar，使用常温下操作；反渗透系统，其操作压力设定在10～15 bar，恢复率调整至75%~85%，同样在常温下进行处理；高精度液体泵，型号为530Du，流速按照实验需求调整以满足进水要求；在线颗粒尺寸分析仪，测量范围在0.1 nm~10μm之间，测量频率根据样品特性变化相应调整；pH计，校准范围为pH=2～12；所有设备的使用前都应进行适当的校准和性能验证，以确保实验数据的准确性。

　　1.5实验分析方法

　　本研究运用三维荧光光谱仪（Three-dimensional Excitation Emission Matrix Spectroscopy，3D-EEMs）分析水样中的溶解性有机物。使用HITACHI-F4700荧光光谱仪，扫描激发波长200~400 nm与发射波长220~550 nm，生成EEMs。采用MATLAB软件和dreem6.0工具箱进行平行因子分析，处理20个EEMs并剔除光谱噪声和最小化误差。荧光值经过稀释、校正并以拉曼单位标准化。微生物多样性通过抽滤设备采样、DNA提取并用R软件分析。导电率的测量由Thermo Fisher Scientific的Orion Star A212进行，测量范围为0至200 mS/cm；总有机碳（Toc）分析仪为Shi-madzu的TOC-L CPH，测量范围覆盖0至50 000×10-6，样本体积根据具体实验需求定制。数据统计通过Origin2018和SPSS进行，考察RO膜处理效果和微生物多样性。常规指标如COD、TOC、蛋白质等采用相应的分光光度法和pH测试仪进行测试。

　　2火电厂废水水质特征

　　火电厂废水经过处理，RO膜系统进一步优化水质，pH值调整至6.91±0.48，展现其脱盐能力。RO出水的EC和TDS显著降低至289～391μS/cm和107.5～297.5 mg/L，显示出电导率和总溶解固体含量的稳定性。此外，RO膜对色度的去除效果显著，达到96.18%±0.6%的去除率。对于氮的去除，RO膜展现了高效能力，去除率介于84.2%~90.3%之间，有效降低了TN、NH4-N、NO3-N和NO2-N的含量。

　　火电厂废水中含有多种无机和有机污染物，包括重金属和多环芳烃等难降解物质，可能在RO膜出水中有所残留。针对火电厂废水的特殊性，RO膜可能面临硫酸盐和硅酸盐等无机物的结垢问题，影响其长期运行效率。

　　进行结垢预测和控制的研究，利用R软件对火电厂废水的阳离子、阴离子与EC、TDS进行相关性分析，确定了这些离子对电导率和TDS的影响。研究中还发现TOC和COD之间存在高度相关性（R2=0.947 6），这表明火电厂废水处理后的水质具备一定的稳定性，为废水的进一步处理和回用提供了可靠的数据支持。3超滤与反渗透组合处理后水质特征

　　超滤与反渗透组合处理后，水质特征显著改善，这可以通过红外光谱分析得出，具体结果如图2所示。经处理的水样红外光谱显示，有机物附着和结垢物质的特征吸收峰有所减弱。具体来说，红外光谱分析揭示了膜表面的官能团变化，进而反映了超滤和反渗透过程中有机物和无机盐的去除情况。

　　图2中在3 280 cm-1处观察到的N-H键的伸缩振动峰、在1 627 cm-1和1 545 cm-1处观察到的酰胺基团中羰基C=O双键特征峰，以及在2 923 cm-1和2 960 cm-1附近的O-H伸缩振动峰，通常与蛋白质和腐植酸有关。这些官能团的峰强度降低，表明超滤和反渗透处理有效去除了部分蛋白质和腐植酸类物质。

　　特别是在1 102 cm-1和1 147 cm-1处的PO43-伸缩振动强吸收峰，以及554 cm-1处的PO43-弯曲振动峰，表明处理过程能够减少膜表面的磷酸盐污染。此外，1 072 cm-1处的吸收峰表明与硅-氧-硅不对称拉伸振动有关，说明超滤和反渗透处理也在一定程度上控制了硅酸盐的结垢。

　　其他如1 235 cm-1和1 013 cm-1处的C-O与O-H键伸缩振动峰，通常与多糖类物质相关，其峰强度的减少说明处理过程对多糖的去除效果良好。而3 500～3 300 cm-1和3 000～2 800 cm-1范围内的O-H和C-H键伸缩振动峰，其变化表明了超滤和反渗透处理对蛋白质、多糖、腐殖酸这三类有机物的综合去除效果，尽管具体对各类物质的去除贡献大小需要进一步分析。

　　4结论

　　针对火电厂废水处理，研究聚焦于超滤与反渗透技术的组合应用，旨在提升废水净化效率及环境安全。通过采用新型材料，优化超滤膜的选择和配置以及反渗透系统的操作参数，实现对重金属和有机物的高效去除，显著减少浸出浓度。此方法有效降低了处理过程中的废气排放，符合环保监管标准，确保废水处理过程的环境友好性。该技术为处理高污染废水提供了一条新途径，对于火电厂废水处理具有重要的应用价值。

　　参考文献

　　[1]杨阳，胡大龙，黄倩，等.火电厂废水排放控制政策法规与技术路线综述[J].中国电力，2020，53（8）：131-138.

　　[2]Tian W，Wang X，Fan C，et al.Optimal treatment of hypersaline in-dustrial wastewater via bipolar membrane electrodialysis[J].ACS Sustainable Chemistry&Engineering，2019，7（14）：12358-12368.

　　[3]Tongwen X.Electrodialysis processes with bipolar membranes（EDBM）in environmental protection—a review[J].Resources，conservation and recycling，2002，37（1）：1-22.