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高濃度含鹽廢水處理

作者：西安金沃泰環(huán)保科技有限公司　發(fā)稿日期：2021-03-03 11:37:52

煤化工、電力和石油化工等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的含無(wú)機(jī)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(huì)破壞周邊土壤、使水體含鹽量升高，同時(shí)浪費(fèi)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(yùn)行成本把鹽和水分離，并分別進(jìn)行回收利用。雖然簡(jiǎn)單的蒸發(fā)過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)，但能耗較大。近年來(lái)一些新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，大大降低了分離成本，使高含鹽廢水的回收利用技術(shù)得到了快速發(fā)展。
一．高含鹽廢水的常規(guī)處理技術(shù)
熱濃縮技術(shù)
熱濃縮是采用加熱的方式進(jìn)行濃縮，主要包括多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)和機(jī)械式蒸汽再壓縮(MVR)技術(shù)等。MSF是最早應(yīng)用的蒸餾技術(shù)，因其工藝成熟、運(yùn)行可靠，在全世界的海水淡化中得到了廣泛的應(yīng)用。但存在熱力學(xué)效率低、能耗高、設(shè)備結(jié)垢和腐蝕嚴(yán)重的缺點(diǎn)。MED是將幾個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)運(yùn)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(xué)效率高，但占地面積大。MED的熱力學(xué)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(jì)性，降低操作費(fèi)用，但會(huì)增大投資成本。MVR技術(shù)利用壓縮機(jī)將蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)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(yùn)行成本低的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)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。
膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)是由壓力差、濃度差及電勢(shì)差等因素驅(qū)動(dòng)，通過(guò)溶質(zhì)、溶劑和膜之間的尺寸排阻、電荷排斥和物理化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)的分離技術(shù)。在高含鹽廢水脫鹽處理中主要應(yīng)用的是納濾膜(NF)、電滲析(ED)和反滲透膜(RO)技術(shù)。NF技術(shù)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(shù)最主要的應(yīng)用，其可對(duì)RO系統(tǒng)進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，以降低結(jié)垢離子對(duì)RO膜污染。ED技術(shù)是一種以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，從溶液中脫除電解質(zhì)的膜分離技術(shù)。ED的淡水回收率高、膜有效壽命長(zhǎng)、操作溫度高、膜污染少，但不能去除水體中的細(xì)菌和微生物。考慮經(jīng)濟(jì)性的原因，相對(duì)于RO技術(shù)而言，ED技術(shù)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(shù)作為海水和苦咸水的淡化技術(shù)已相當(dāng)成熟。近年來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)中高含鹽廢水的增多，RO技術(shù)也開(kāi)始廣泛被用來(lái)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%。盡管RO分離技術(shù)在工業(yè)廢水除鹽回收上得到了廣泛應(yīng)用，但因膜污染而導(dǎo)致的能耗增加和回收率的降低,仍是限制RO技術(shù)應(yīng)用的主要問(wèn)題。高效反滲透(HERO)技術(shù)是在常規(guī)RO基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，與常規(guī)RO相比，HERO對(duì)進(jìn)水的污染密度指數(shù)沒(méi)有限制，無(wú)需配備投資高的預(yù)處理系統(tǒng)，且RO是在高pH值下運(yùn)行，極大降低了有機(jī)物及微生物等對(duì)RO膜的污染。
膜蒸餾技術(shù)
膜蒸餾(MD)技術(shù)是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，是由膜兩側(cè)的蒸汽壓差驅(qū)動(dòng)的分離過(guò)程，可看作是膜分離和蒸餾技術(shù)的集合。MD技術(shù)所用膜為疏水性微孔膜，在蒸汽壓差驅(qū)動(dòng)下，高溫側(cè)的蒸汽分子穿過(guò)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(shù)與傳統(tǒng)的蒸餾和膜分離技術(shù)相比，操作條件溫和、截留率可達(dá)100%、抗污染程度較強(qiáng)、能量來(lái)源較廣、對(duì)廢水鹽濃度適應(yīng)性強(qiáng)。MD技術(shù)可應(yīng)用在淡水生產(chǎn)、重金屬去除和食品工業(yè)等領(lǐng)域，但目前絕大部分還處于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模工廠試驗(yàn)階段，工業(yè)化還不成熟。MD技術(shù)對(duì)不同種類的含鹽廢水具有廣闊的應(yīng)用前景。但MD技術(shù)高溫側(cè)有由液體到汽體的相變過(guò)程，該過(guò)程會(huì)消耗大量的熱能，從而降低熱能的利用效率。
直接脫鹽的電吸附技術(shù)
電吸附除鹽技術(shù)(EST)是利用帶電電極表面的電化學(xué)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)水中離子的去除、有機(jī)物的分解等。該技術(shù)采用了全新的水處理概念，在處理效率、適應(yīng)性、能耗、運(yùn)行維護(hù)以及環(huán)境友好等方面，有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。與蒸餾、RO等技術(shù)相比，EST技術(shù)采用靜電作用而不是通過(guò)高溫高壓將離子從水中提取出來(lái)，因此能耗相對(duì)較低。與RO技術(shù)相比，EST系統(tǒng)濃水排放量小且不含膜類元件，因此對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較低。EST技術(shù)無(wú)需添加任何藥劑進(jìn)行電極材料的再生，排放的水無(wú)新的二次污染物。但EST技術(shù)適于處理電導(dǎo)率小于5000μS/cm的水質(zhì)，且除鹽率不是很高，所以可以根據(jù)回用水水質(zhì)要求，將EST技術(shù)與其他除鹽技術(shù)結(jié)合，以降低總體運(yùn)行成本。如采用EST技術(shù)預(yù)處理HERO系統(tǒng)中RO裝置進(jìn)水，可提高系統(tǒng)產(chǎn)水率和出水水質(zhì)，延長(zhǎng)膜的使用壽命，降低運(yùn)行成本。EST技術(shù)目前還存在電極吸附容量低、價(jià)格昂貴、重復(fù)利用性差等缺陷，因此提高電極材料性能及優(yōu)化電吸附模型，將會(huì)促進(jìn)EST技術(shù)走向成熟。
濃縮液處理技術(shù)
采用熱蒸餾或膜分離技術(shù)濃縮含鹽廢水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生少量更高濃度的濃縮液。若能將濃縮液進(jìn)一步處理，使最終廢棄物的排放量最小化甚至實(shí)現(xiàn)零排放，將會(huì)取得經(jīng)濟(jì)和環(huán)保雙重效益。熱蒸餾與EST過(guò)程中產(chǎn)生的濃縮液均來(lái)自原水，可視其污染程度選擇直接結(jié)晶或干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)零排放。膜濾濃縮液的成分較復(fù)雜，因此對(duì)其的處理是實(shí)現(xiàn)污水零排放的關(guān)鍵。膜濾濃縮液的處理應(yīng)分兩步實(shí)現(xiàn)，首先采用吸附、高級(jí)氧化、生化等方法降解其中的有機(jī)物，然后對(duì)膜濾濃縮液進(jìn)行深度脫鹽以提高總產(chǎn)水率。目前，膜濾濃縮液脫鹽方法主要有膜蒸餾(MD)、正滲透(FO)、共晶冷凍結(jié)晶(EFC)。如前所述，MD技術(shù)可以處理高濃度的廢液(接近飽和)，因此采用MD技術(shù)與結(jié)晶技術(shù)相結(jié)合處理濃縮液，可基本上實(shí)現(xiàn)零排放。FO技術(shù)是滲透驅(qū)動(dòng)的膜分離過(guò)程，利用半透膜兩側(cè)的滲透梯度使水由濃縮液(低滲透壓)側(cè)向驅(qū)動(dòng)液(高滲透壓)側(cè)流動(dòng)，該過(guò)程不需外加壓力，故能耗較低。FO技術(shù)可以處理TDS質(zhì)量濃度較高(>70000mg/L)的濃縮液，且膜污染程度較壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離技術(shù)低。EFC技術(shù)通過(guò)降低濃縮液的溫度，使其達(dá)到低共熔點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)冰和鹽分離的目的。分離出來(lái)的冰洗凈后溶化得到純凈的水，結(jié)晶出來(lái)的鹽與母液混合后重復(fù)結(jié)晶過(guò)程。

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