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高浓度含盐废水处理
作者：西安金沃泰环保科技有限公司　发稿日期：2021-03-03 11:37:52
煤化工、电力和石油化工等工业生产过程中，会产生大量的含无机盐的废水。这些废水含盐量高，属于高含盐废水。此类废水如果直接排放将会破坏周边土壤、使水体含盐量升高，同时浪费矿物资源。因此，研究如何有效处理该类高含盐废水非常重要。
处理高含盐废水的基本思路是以低投资及运行成本把盐和水分离，并分别进行回收利用。虽然简单的蒸发过程能够实现，但能耗较大。近年来一些新技术、新工艺的应用，大大降低了分离成本，使高含盐废水的回收利用技术得到了快速发展。
一．高含盐废水的常规处理技术
热浓缩技术
热浓缩是采用加热的方式进行浓缩，主要包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和机械式蒸汽再压缩(MVR)技术等。MSF是最早应用的蒸馏技术，因其工艺成熟、运行可靠，在全世界的海水淡化中得到了广泛的应用。但存在热力学效率低、能耗高、设备结垢和腐蚀严重的缺点。MED是将几个蒸发器串联运行，使蒸汽热得到多次利用，从而提高热能的利用率。MED较MSF的热力学效率高，但占地面积大。MED的热力学效率与效数成正比，虽增加其效数可以提高系统的经济性，降低操作费用，但会增大投资成本。MVR技术利用压缩机将蒸发器中产生的二次蒸汽进行压缩，使其压力、温度、热焓值升高，然后再作为加热蒸汽使用，具有占地面积小、运行成本低的优势。相对于MED而言，它可以将全部二次蒸汽压缩回用，减少了生蒸汽的用量，因此更加节能。
膜分离技术
膜分离技术是由压力差、浓度差及电势差等因素驱动，通过溶质、溶剂和膜之间的尺寸排阻、电荷排斥和物理化学作用实现的分离技术。在高含盐废水脱盐处理中主要应用的是纳滤膜(NF)、电渗析(ED)和反渗透膜(RO)技术。NF技术可去除绝大部分Ca2 、Mg2 、SO42-等易结垢离子，因此脱盐是纳滤技术最主要的应用，其可对RO系统进水进行预处理，以降低结垢离子对RO膜污染。ED技术是一种以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除电解质的膜分离技术。ED的淡水回收率高、膜有效寿命长、操作温度高、膜污染少，但不能去除水体中的细菌和微生物。考虑经济性的原因，相对于RO技术而言，ED技术适用于处理中小型企业中含盐质量浓度在1000mg/L~5000mg/L的水体。RO技术作为海水和苦咸水的淡化技术已相当成熟。近年来，随着工业生产中高含盐废水的增多，RO技术也开始广泛被用来浓缩各种高含盐工业废水。通常RO一次除盐率>95%，清水回收率在60%～80%。尽管RO分离技术在工业废水除盐回收上得到了广泛应用，但因膜污染而导致的能耗增加和回收率的降低,仍是限制RO技术应用的主要问题。高效反渗透(HERO)技术是在常规RO基础上发展起来的，与常规RO相比，HERO对进水的污染密度指数没有限制，无需配备投资高的预处理系统，且RO是在高pH值下运行，极大降低了有机物及微生物等对RO膜的污染。
膜蒸馏技术
膜蒸馏(MD)技术是近20年来发展起来的，是由膜两侧的蒸汽压差驱动的分离过程，可看作是膜分离和蒸馏技术的集合。MD技术所用膜为疏水性微孔膜，在蒸汽压差驱动下，高温侧的蒸汽分子穿过该膜，并在低温侧冷凝回收，高温侧溶液得到浓缩。MD技术与传统的蒸馏和膜分离技术相比，操作条件温和、截留率可达100%、抗污染程度较强、能量来源较广、对废水盐浓度适应性强。MD技术可应用在淡水生产、重金属去除和食品工业等领域，但目前绝大部分还处于实验室或小规模工厂试验阶段，工业化还不成熟。MD技术对不同种类的含盐废水具有广阔的应用前景。但MD技术高温侧有由液体到汽体的相变过程，该过程会消耗大量的热能，从而降低热能的利用效率。
直接脱盐的电吸附技术
电吸附除盐技术(EST)是利用带电电极表面的电化学特性来实现水中离子的去除、有机物的分解等。该技术采用了全新的水处理概念，在处理效率、适应性、能耗、运行维护以及环境友好等方面，有着独特的优势。与蒸馏、RO等技术相比，EST技术采用静电作用而不是通过高温高压将离子从水中提取出来，因此能耗相对较低。与RO技术相比，EST系统浓水排放量小且不含膜类元件，因此对进水水质要求较低。EST技术无需添加任何药剂进行电极材料的再生，排放的水无新的二次污染物。但EST技术适于处理电导率小于5000μS/cm的水质，且除盐率不是很高，所以可以根据回用水水质要求，将EST技术与其他除盐技术结合，以降低总体运行成本。如采用EST技术预处理HERO系统中RO装置进水，可提高系统产水率和出水水质，延长膜的使用寿命，降低运行成本。EST技术目前还存在电极吸附容量低、价格昂贵、重复利用性差等缺陷，因此提高电极材料性能及优化电吸附模型，将会促进EST技术走向成熟。
浓缩液处理技术
采用热蒸馏或膜分离技术浓缩含盐废水时，会产生少量更高浓度的浓缩液。若能将浓缩液进一步处理，使最终废弃物的排放量最小化甚至实现零排放，将会取得经济和环保双重效益。热蒸馏与EST过程中产生的浓缩液均来自原水，可视其污染程度选择直接结晶或干燥技术实现零排放。膜滤浓缩液的成分较复杂，因此对其的处理是实现污水零排放的关键。膜滤浓缩液的处理应分两步实现，首先采用吸附、高级氧化、生化等方法降解其中的有机物，然后对膜滤浓缩液进行深度脱盐以提高总产水率。目前，膜滤浓缩液脱盐方法主要有膜蒸馏(MD)、正渗透(FO)、共晶冷冻结晶(EFC)。如前所述，MD技术可以处理高浓度的废液(接近饱和)，因此采用MD技术与结晶技术相结合处理浓缩液，可基本上实现零排放。FO技术是渗透驱动的膜分离过程，利用半透膜两侧的渗透梯度使水由浓缩液(低渗透压)侧向驱动液(高渗透压)侧流动，该过程不需外加压力，故能耗较低。FO技术可以处理TDS质量浓度较高(>70000mg/L)的浓缩液，且膜污染程度较压力驱动的膜分离技术低。EFC技术通过降低浓缩液的温度，使其达到低共熔点，从而实现冰和盐分离的目的。分离出来的冰洗净后溶化得到纯净的水，结晶出来的盐与母液混合后重复结晶过程。
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