污水再生利用是解決水資源短缺的重要戰(zhàn)略和必要途徑。但是城市污水成分復雜，除含有常規(guī)化學污染物外，還存在多種多樣的微量有毒有害化學污染物和致色致臭物質。由于城市污水再生處理反滲透（municipal wastewater reclamation reverse osmosis，mWRRO）系統(tǒng)對污水中有機物、病原微生物、硝酸鹽氮以及難降解有機物（如內分泌干擾物等）具有良好的去除效果，已逐漸在城市污水再生利用領域得到推廣利用。但是，mWRRO系統(tǒng)在生產高質量再生水的同時，會有副產物——RO濃水產生。

RO濃水的水量通常占進水量的25％～50％，具體取決于RO系統(tǒng)的回收率（RO產品水與RO進水的比值）。隨著世界范圍內mWRRO工藝使用范圍和數量的不斷擴大，RO濃水水量也不斷增加，RO濃水的直接排放除了水資源浪費外，還會嚴重影響日益嚴峻的水環(huán)境系統(tǒng)。由于海水淡化反滲透（seawater reverse osmosis，SWRO）和苦咸水脫鹽反滲透（brackish water reverse osmosis，BWRO）歷史較久，一些學者針對SWRO和BWRO系統(tǒng)的RO濃水環(huán)境風險已進行了較多的研究，發(fā)現(xiàn)若直接排放水體會對地表水、海洋等帶來生態(tài)風險，有研究者在阿拉伯海灣鹽度變化建模表明，沿海海水淡化裝置的增加可能增加海灣的鹽度，引起當地的氧含量和溫度變化；RO 濃水若排放至城市污水二級處理系統(tǒng)，過高的總溶解性固體對活性污泥的生長也非常不利。不同于SWRO和BWRO系統(tǒng)，污水再生處理水源成分極其復雜，產生的RO濃水含有危害人類健康和生態(tài)環(huán)境的難生物降解有機物質以及高風險有毒物質。目前，多數國家對于RO濃水的排放政策要求越來越嚴格，RO 濃水的出路問題已成為再生水處理領域關注的熱點和難點。

1、mWRRO系統(tǒng)的RO濃水

mWRRO系統(tǒng)一般以微濾（MF）或超濾（UF）為預處理設施，典型工藝流程如圖1所示。主要包括預處理、RO裝置、后處理、清洗系統(tǒng)、高壓泵、計量控制設備等。在mWRRO工藝運行過程中，需要投加多種藥劑，如混凝劑、殺菌劑、阻垢劑等，以改善進水水質，避免膜受到微生物、物理或化學損傷，保證膜過濾系統(tǒng)的正常運行及出水水質。

mWRRO系統(tǒng)RO濃水中的化學污染物不僅包含mWRRO工藝進水（二級處理出水）中的污染物和工藝運行過程投加的化學藥劑，還包含二級出水與所添加的化學藥劑發(fā)生可能的反應生成新的污染物，如鹵代或者亞硝胺類消毒副產物。以城市污水處理廠二級出水為水源的mWRRO 系統(tǒng)RO 濃水的水質特征明顯不同于SWRO和BWRO的RO濃水（見表1）。mWRRO系統(tǒng)RO濃水中的總含鹽量（TDS）、電導率和陰陽離子濃度明顯低于SWRO和BWRO的RO濃水。mWRRO系統(tǒng)RO濃水相比被關注的污染物指標更多，包括無機鹽和陰陽離子，有機物、氮磷等營養(yǎng)物質，以及高風險有毒物質；SWRO和BWRO系統(tǒng)的RO濃水則主要關注無機鹽和陰陽離子以及一些特殊元素（如海水中的溴離子和硼，苦咸水中的SiO2等）。

除了污染物常規(guī)水質指標外，mWRRO 系統(tǒng)RO濃水中存在高風險有毒物質，如藥物及個人護理用品（PPCPs），內分泌干擾物（EDCs）和消毒副產物（DBPs）等。已有報道從RO 濃水中檢出多種PPCPs，如卡馬西平、碘美普爾、Beta受體阻劑（比索洛爾）和萘普生的濃度可分別高達3．4μg/L、3．9μg/L、3．9μg/L 和9．22μg/L。Nghiem 和Schfer的研究表明當進水EDCs濃度為100ng/L時，RO系統(tǒng)的去除率達90％，但是在RO濃縮水中EDCs的濃度為370ng/L，還有部分的EDCs隨系統(tǒng)的化學清洗液排出。此外，反滲透工藝進水端采用氯消毒會產生的鹵代或者亞硝胺類消毒副產物也會進入RO濃水中。mWRRO系統(tǒng)RO濃水的這些特點也對其RO濃水的處理技術提出了更高的要求，不能簡單的遵循SWRO和BWRO系統(tǒng)RO濃水的處理與處置方式。

1、污水再生處理RO濃水的處理方式

不同于SWRO和BWRO系統(tǒng)，mWRRO系統(tǒng)RO濃水中的化學污染物成分異常復雜，且污染物的濃度水平也明顯不同。目前世界范圍內對mWRRO系統(tǒng)RO濃水的處理率處于較低水平，其處理方式也成為當今研究的熱點。本文根據大量調研，系統(tǒng)總結和分析了mWRRO系統(tǒng)RO濃水的處理方式。

mWRRO系統(tǒng)RO濃水可根據不同處置目標選擇相應的處理方式，主要包括：中間處理方式（A）：對于兩段mWRRO系統(tǒng)，將Ⅰ段RO濃水進行中間處理，處理后再進入Ⅱ段反滲透，以提高RO系統(tǒng)的產水率，減少Ⅱ段RO 濃水水量。循環(huán)處理方式（B）：RO濃水經過一定的處理后回流至城市污水處理廠生物處理。廠外排放處理方式（C）：RO濃水經過一定的處理后就近排入其他污水處理廠二級處理前端（C1），或達到排入城市下水管道要求后，排入城市排水管道系統(tǒng)（C2）。直接排放處理方式（D）：RO濃水經過處理后，可廠區(qū)內再回用，或者外排至河道及其他自然水體。

2.1 中間處理

中間處理以降低Ⅰ段RO濃水中的過飽和難溶鹽、溶解性有機物（Dissolved Organic Matter，DOM）及其高分子生物聚合物等致膜污染物質的濃度為處理目標，繼而降低Ⅱ段膜污染和結垢趨勢的處理方式。其結果可提高RO系統(tǒng)的產水率，降低RO濃水水量，從而減少后續(xù)RO 濃水處理處置所產生的費用。

有關SWRO和BWRO系統(tǒng)中間處理方式的報道較多。SWRO和BWRO系統(tǒng)的回收率（RO產品水與RO進水的比值）主要受到微溶鹽（如CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4和SiO2等）結垢甚至阻垢劑的影響，如美國加利福尼亞州圣華金谷（2 000～30 000mg/L TDS）用于農業(yè)灌溉的BWRO 系統(tǒng)，由于礦物質結垢使其回收率只能達到50％～75％；一般情況下，BWRO系統(tǒng)的回收率很難超過85％，RO濃水尤其在內陸地區(qū)的處理和處置是RO系統(tǒng)應用的重要瓶頸。Subramani等研究了受污染地下水的RO處理系統(tǒng)（其產品水用于補充飲用水源）的中間處理方法，由于該受污染地下水中高濃度Ca2+和SiO2的影響，導致RO系統(tǒng)的回收率最高僅為60％。采用化學軟化/電絮凝－濾料過濾處理Ⅰ段RO濃水，發(fā)現(xiàn)化學軟化和電絮凝對Ⅰ段RO濃水中的Ca2+和SiO2的去除率均達到90％以上，但是電絮凝可有效去除濃水中的金屬如汞和硒。通過中間處理，該兩段RO系統(tǒng)的回收率可達到90％。

傳統(tǒng)的中間處理脫鹽一般采用軟化沉淀法降低硬度，但是，反滲透濃縮液中阻垢劑的存在，對無機過飽和濃縮液起著穩(wěn)定作用，增大了降低濃水中過飽和難溶鹽的處理難度。因此，在降低濃縮液中的成垢離子濃度和結垢趨勢時，首先要考慮減小阻垢劑的影響，從而提高中間處理效率。

Lauren等采用阻垢劑降解－鹽沉淀－固液分離三步進行BWRO系統(tǒng)RO濃水的中間處理，發(fā)現(xiàn)采用高級氧化法（臭氧＋H2O2）有助于提高后續(xù)鈣鹽的沉淀，去除阻垢劑（該研究采用膦酸鹽）對沉淀物的粒度分布和顆粒形態(tài)的影響，而且還可改善微濾性能。前端的臭氧催化氧化可以將RO系統(tǒng)的回收率從90％提高到94％。McCool等采用化學強化晶體沉淀法（chemically－enhanced seeded precipitation，CESP）降低苦咸水RO 系統(tǒng)產生濃水中的過飽和鹽CaCO3和CaSO4，即首先通過應用少量石灰或堿性藥劑誘導CaCO3沉淀去除濃水中的阻垢劑聚丙烯酸，然后在反滲透濃縮液中投加充足的晶種（方解石和石膏等），讓溶液中過飽和的CaCO3、CaSO4等在晶種上生長，從而降低溶液中成垢離子的濃度。

以城市污水處理廠二級出水為水源的mWRRO系統(tǒng)RO濃水的水質特征明顯不同于SWRO和BWRO系統(tǒng)，因此其中間處理的處理目標除了考慮過飽和難溶鹽和阻垢劑外，還需要著重于溶解性有機物、微生物代謝產物及其高分子生物聚合物等致膜污染物質。這也對mWRRO 系統(tǒng)RO 濃水的中間處理方法提出了更多的要求。目前，針對mWWRO系統(tǒng)，Sanciolo等采用中試研究了鈣鹽晶體沉淀－陶瓷超濾膜過濾法對過飽和鹽的去除，以提高RO系統(tǒng)的產水率；對于Ⅰ段RO濃水中溶解性有機物、微生物代謝產物及其高分子生物聚合物的相關處理方法研究還未見報道。盡管二級出水中DOM成分（溶解性微生物產物和類腐殖質物質等）及其酸堿/極性組分對MF/UF膜滲透性影響的研究較多，但是對RO膜的影響特征及其產生膜污染的優(yōu)先成分和組分目前還少見報道。

2．2 循環(huán)處理

循環(huán)處理主要針對有二級污水處理設施的mWRRO再生水廠，RO濃水經過一定的預處理后回流至污水處理廠生物處理單元，該方法既可實現(xiàn)RO濃水的最小量排放，甚至零排放，又可節(jié)約由于處理RO濃水所產生的投資和運行費用。

mWRRO系統(tǒng)RO濃水循環(huán)處理方法的選擇需要考慮RO濃水中的無機鹽離子濃度、營養(yǎng)鹽平衡、難降解有機物以及阻垢劑等對生物處理系統(tǒng)中的影響，以及無機鹽、難降解有機物和阻垢劑在系統(tǒng)中的累積作用及其對膜壽命的影響。

Zhang等針對城市污水經過生物—UF—RO處理后回灌地下水的工藝系統(tǒng)，研究了采用電滲析—臭氧氧化—回流至生物處理的RO濃水循環(huán)處理技術，電滲析用來去除濃水中的過飽和鹽，臭氧氧化提高濃水的可生化性，該系統(tǒng)獲得95％的產水率。Joss等將90％的RO濃水臭氧氧化后循環(huán)回流于生物處理，發(fā)現(xiàn)臭氧氧化還可明顯降低RO濃水中的微生物污染物，該系統(tǒng)獲得90％以上的產水率；而且臭氧氧化可明顯降低濃水中的部分PPCPs的濃度，而且有臭氧氧化（0．85gO3/gDOC）循環(huán)回流的RO系統(tǒng)產品水（相比臭氧氧化循環(huán)系統(tǒng)）中部分PPCPs也明顯降低或不檢出（如卡巴西平、普荼洛爾和雙氯芬酸）。

2．3 廠外排放處理

廠外排放處理主要適用小型mWRRO再生水廠附近有其他城市污水處理廠或城市排水管道系統(tǒng)可以收集的情況。目前，在我國mWRRO再生水廠RO濃水大多未經過處理直接排入附近其他城市污水處理廠或城市排水管道系統(tǒng)，有關RO濃水對污水處理廠二級生物處理的影響，RO濃水對城市排水管道及其內部生物膜結構的影響目前還不清晰，相關的報道還很少。

RO濃水的廠外排放處理就是將RO濃水經過一定的處理，使其主要污染指標達到排入城市污水處理廠或城市排水管道系統(tǒng)的限值。其水質控制指標可參考我國城鎮(zhèn)建設行業(yè)標準《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》（CJ 343—2010）或者地方相關標準，如上海市《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》（DB 31/445—2009）。

根據已有文獻所報道的mWRRO 系統(tǒng)RO 濃水的水質指標，結合上述標準相關指標的排放限值，本文建議對于廠外排放處理以氮（如TN、NH3-N和NO3-）、磷（TP和PO43-）和無機鹽（如TDS、氯化物、硫酸鹽和Na+）為主要控制目標（如表2所示）。由于不同文獻所述mWRRO進水水質的不同和RO系統(tǒng)操作參數和回收率等的不同，導致了同一指標在RO濃水中的濃度差異較大。表2只列了一些在RO濃水中濃度超出污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準限值的指標，以便明確廠外排放處理方式的重點控制目標。另外，TDS和Na+在上述兩個標準中沒有提及，但是考慮到鹽度、密度較高的濃縮水排入管道會在底部積累分層，而且Na+濃度太高會引起植物毒性，如175mg/L的Cl-和115mg/L的Na+是滴灌中一些敏感植物的安全值，因此建議這兩個指標也作為廠外排放處理的控制目標。

若出水就近排入其他城市污水處理廠二級處理單元，RO濃水的廠外排放處理方法的選擇，除了考慮排放限值外，需要結合污水處理廠的稀釋容量，考慮生化單元微生物對有機物、氮、磷和無機營養(yǎng)鹽的濃度要求，以及鹽度對污泥處置的影響。

2．4 直接排放處理

直接排放處理是針對就近排入地表水、補充河道或者再生水廠內回用的情況，將RO濃水進行達標處理。目前，對于RO濃水的排放尚無相關標準可循，可參考的水質標準有《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）、《城市污水再生利用城市雜用水水質標準》（GB/T 18920—2002），以及相關的地方標準。

不同于城市生活污水，mWRRO系統(tǒng)RO濃水的BOD5/COD 值極低、具有較高的TDS、NO3-、PO43-和堿度（見表1），使得RO濃水的處理不同且難于城市生活污水。目前，研究報道的處理方法主要有吸附法、電滲析、絮凝法、高級氧化以及組合技術等，基本都處于實驗室小試研究階段，處理目標主要針對RO濃水中的COD和DOC開展，也有一些文獻報道了對RO濃水中氮、磷、重金屬和微量有機物等的研究。

3、結語

城市污水再生處理反滲透（mWRRO）系統(tǒng)RO濃水中除了常規(guī)化學污染物外，還含有危害人類健康和生態(tài)環(huán)境的難生物降解有機物和高風險有毒物質。本文針對mWRRO系統(tǒng)RO濃水的水質特征，在大量調研的基礎上，系統(tǒng)總結和分析了mWRRO系統(tǒng)RO濃水的中間處理、循環(huán)處理、廠外排放處理和直接排放處理四種處理方式，及其適用條件、處理目標、控制方法和目前已報道的處理技術。在實際操作中可根據不同處理方式的適用性和RO濃水的處置目標進行選擇。

由于中間處理方式既可降低Ⅱ段的膜污染和結垢趨勢，又可提高mWRRO 產水率，同時降低RO濃水水量；循環(huán)處理方式既可實現(xiàn)RO濃水的零排放（或最小量排放），又可節(jié)約由于處理濃水所產生的投資和運行費用。因此，在條件允許的情況下，本文建議mWRRO系統(tǒng)采用中間處理和循環(huán)處理相結合的RO濃水綜合處理模式，以期實現(xiàn)mWRRO系統(tǒng)產水量最大化，濃水處理費用最小化。

對于每種處理方式所涉及的具體處理技術也已經有相關的文獻報道，但是目前的大部分處理技術仍停留于實驗室小試研究階段，如何實現(xiàn)mWRRO系統(tǒng)RO濃水的安全有效處理，提高mWRRO系統(tǒng)的產水率，減少由RO濃水所產生的管理費用，降低由于RO濃水引起的水環(huán)境風險，相關的研究還有待系統(tǒng)開展。