高含鹽工業(yè)廢水處理設備技術現(xiàn)狀及研究進展
文章作者: 宏森環(huán)保
石油化工、電力和煤化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的含無機鹽的廢水。這些廢水含鹽量高，屬于高含鹽廢水。此類廢水如果直接排放將會破壞周邊土壤、使水體含鹽量升高，同時浪費礦物資源。因此，研究如何有效處理該類高含鹽廢水非常重要。
處理高含鹽廢水的基本思路是以低投資及運行成本把鹽和水分離，并分別進行回收利用。雖然簡單的蒸發(fā)過程能夠?qū)崿F(xiàn)，但能耗較大。近年來一些新技術、新工藝的應用，大大降低了分離成本，使高含鹽廢水的回收利用技術得到了快速發(fā)展。
高含鹽廢水的濃縮處理技術
1.熱濃縮技術
熱濃縮是采用加熱的方式進行濃縮，主要包括多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)和機械式蒸汽再壓縮(MVR)技術等。
MSF是較早應用的蒸餾技術，因其工藝成熟、運行可靠，在全世界的海水淡化中得到了廣泛的應用。但存在熱力學效率低、能耗高、設備結(jié)垢和腐蝕嚴重的缺點。
MED是將幾個蒸發(fā)器串聯(lián)運行，使蒸汽熱得到多次利用，從而提高熱能的利用率。MED較MSF的熱力學效率高，但占地面積大。MED的熱力學效率與效數(shù)成正比，雖增加其效數(shù)可以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性，降低操作費用，但會增大投資成本。
MVR技術利用壓縮機將蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽進行壓縮，使其壓力、溫度、熱焓值升高，然后再作為加熱蒸汽使用，具有占地面積小、運行成本低的優(yōu)勢。相對于MED而言，它可以將全部二次蒸汽壓縮回用，減少了生蒸汽的用量，因此更加節(jié)能。
在國外，MVR技術已廣泛應用于食品、化工和制藥等行業(yè)。
國內(nèi)，MVR技術在制鹽工業(yè)上已有應用的實例且節(jié)能效果顯著，但在含鹽廢水處理方面，仍處于研究和試運行階段，主要是由于高含鹽廢水成分較海水復雜，且物理化學性質(zhì)與海水具有較大的差別。韓東等采用MVR蒸發(fā)系統(tǒng)處理含硫酸銨的廢液，通過比較試驗系統(tǒng)與數(shù)值模擬的能耗值，證明采用MVR技術較多效蒸發(fā)每年可節(jié)省53.58%的運行費用。
2.膜分離技術
膜分離技術是由壓力差、濃度差及電勢差等因素驅(qū)動，通過溶質(zhì)、溶劑和膜之間的尺寸排阻、電荷排斥和物理化學作用實現(xiàn)的分離技術。與熱濃縮相比，其結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、操作溫度低，在高含鹽廢水脫鹽處理中主要應用的是納濾膜(NF)、電滲析(ED)和反滲透膜(RO)技術。
NF技術可去除絕大部分Ca2+、Mg2+、SO42-等易結(jié)垢離子，因此脫鹽是納濾技術較主要的應用，其可對RO系統(tǒng)進水進行預處理，以降低結(jié)垢離子對RO膜污染。陳俠等采用NF技術預處理RO系統(tǒng)進水，SO42-、Ca2+、Mg2+截留率均在92%以上，極大降低了結(jié)垢離子對RO膜的污染。
ED技術是一種以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，從溶液中脫除電解質(zhì)的膜分離技術。ED的淡水回收率高、膜有效壽命長、操作溫度高、膜污染少，但不能去除水體中的細菌和微生物。考慮經(jīng)濟性的原因，相對于RO技術而言，ED技術適用于處理中小型企業(yè)中含鹽質(zhì)量濃度在1000mg/L~5000mg/L的水體。
RO技術作為海水和苦咸水的淡化技術已相當成熟。近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)中高含鹽廢水的增多，RO技術也開始廣泛被用來濃縮各種高含鹽工業(yè)廢水。
通常RO一次除鹽率>95%，清水回收率在60%～80%。廣東某印染廠采用RO技術處理印染廢水，系統(tǒng)實際清水回收率在65%左右，平均脫鹽率在98.5%左右，出水水質(zhì)達到了印染廠工藝用水的要求，實現(xiàn)了印染廢水的資源化利用，具有明顯的經(jīng)濟和環(huán)境效益。
盡管RO分離技術在工業(yè)廢水除鹽回收上得到了廣泛應用，但因膜污染而導致的能耗增加和回收率的降低,仍是限制RO技術應用的主要問題。高效反滲透(HERO)技術是在常規(guī)RO基礎上發(fā)展起來的，與常規(guī)RO相比，HERO對進水的污染密度指數(shù)沒有限制，無需配備投資高的預處理系統(tǒng)，且RO是在高pH值下運行，極大降低了有機物及微生物等對RO膜的污染。
因此，HERO系統(tǒng)更加節(jié)能、清水回收率更高。HERO技術在國外已有較廣泛的應用，在國內(nèi)還不是很普及。神華億利能源有限公司采用石灰石預處理加HERO技術回收該電廠工業(yè)廢水，系統(tǒng)脫鹽率在94.5%左右，出水水質(zhì)滿足回用要求，系統(tǒng)回收率在90%以上，該工程取得了良好的環(huán)保和經(jīng)濟效益。
3.膜蒸餾技術
膜蒸餾(MD)技術是近20年來發(fā)展起來的，是由膜兩側(cè)的蒸汽壓差驅(qū)動的分離過程，可看作是膜分離和蒸餾技術的集合。MD技術所用膜為疏水性微孔膜，在蒸汽壓差驅(qū)動下，高溫側(cè)的蒸汽分子穿過該膜，并在低溫側(cè)冷凝回收，高溫側(cè)溶液得到濃縮。MD技術與傳統(tǒng)的蒸餾和膜分離技術相比，操作條件溫和、截留率可達100%、抗污染程度較強、能量來源較廣、對廢水鹽濃度適應性強。
MD技術可應用在淡水生產(chǎn)、重金屬去除和食品工業(yè)等領域，但目前絕大部分還處于實驗室或小規(guī)模工廠試驗階段，工業(yè)化還不成熟[15]。S.Adham等采用MD技術淡化含鹽廢水，有效地從高鹽度鹵水(TDS在70000mg/L左右)中連續(xù)生產(chǎn)出高質(zhì)量的餾分(電導率小于10S/cm)。
采用真空膜蒸餾技術分別處理含有較高濃度的Na2SO4和CaCl2模擬廢水，實驗過程中兩種廢水的膜通量差別較小。由此可知，MD技術對不同種類的含鹽廢水具有廣闊的應用前景。但MD技術高溫側(cè)有由液體到汽體的相變過程，該過程會消耗大量的熱能，從而降低熱能的利用效率。
目前，MD技術裝置用膜基本上為其他膜分離過程的商業(yè)用膜，并不能完全滿足MD技術對膜疏水性、滲透性、抗污染性的要求。同時，由于該技術膜通量較小，限制了其在工業(yè)上的應用。因此，膜通量和熱效率的提高以及借助再生能源或工業(yè)廢熱來降低運行成本，都會提高MD技術在工業(yè)上應用的競爭力，加快其工業(yè)化進程。
新興的MVR技術具有效率高、運行成本低等優(yōu)勢，將在廢水處理方面得到廣泛應用。膜分離技術中RO技術在廢水脫鹽領域應用較廣，但其實際平均產(chǎn)水率只有75%，而且膜污染而導致的能耗增加和回收率的降低，限制了其應用。HERO技術克服了RO技術清水回收率低及膜污染嚴重的缺點，但是需要增加預處理過程，因此投資成本較高。MD技術因具有其他傳統(tǒng)蒸餾技術和膜技術無法比擬的優(yōu)勢而得到了普遍、深入的研究，很多研究工作已經(jīng)達到示范性生產(chǎn)的規(guī)模，膜蒸餾工業(yè)化應用的時間不會太遙遠。EST技術以其能耗低、運行維護方便以及環(huán)境友好等優(yōu)勢，成為現(xiàn)有除鹽技術的有利補充，但在處理高濃度廢水以及大規(guī)模應用方面都還有很多問題。高含鹽廢水過程中產(chǎn)生的濃縮液經(jīng)過進一步的技術處理，其零排放是可以實現(xiàn)的。
