高含鹽工業(yè)廢水處理設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀及研究進(jìn)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(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(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。
高含鹽廢水的濃縮處理技術(shù)
1.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是較早應(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。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(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、化工和制藥等行業(yè)。
國內(nèi)，MVR技術(shù)在制鹽工業(yè)上已有應(yīng)用的實(shí)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(yùn)行階段，主要是由于高含鹽廢水成分較海水復(fù)雜，且物理化學(xué)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(yàn)系統(tǒng)與數(shù)值模擬的能耗值，證明采用MVR技術(shù)較多效蒸發(fā)每年可節(jié)省53.58%的運(yùn)行費(fèi)用。
2.膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)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(xué)作用實(shí)現(xiàn)的分離技術(shù)。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(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)較主要的應(yīng)用，其可對RO系統(tǒng)進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，以降低結(jié)垢離子對RO膜污染。陳俠等采用NF技術(shù)預(yù)處理RO系統(tǒng)進(jìn)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(shù)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(shù)。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(xì)菌和微生物?？紤]經(jīng)濟(jì)性的原因，相對于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，隨著工業(yè)生產(chǎn)中高含鹽廢水的增多，RO技術(shù)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(shù)處理印染廢水，系統(tǒng)實(shí)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(dá)到了印染廠工藝用水的要求，實(shí)現(xiàn)了印染廢水的資源化利用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
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)展起來的，與常規(guī)RO相比，HERO對進(jìn)水的污染密度指數(shù)沒有限制，無需配備投資高的預(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(shù)在國外已有較廣泛的應(yīng)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(yù)處理加HERO技術(shù)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(jì)效益。
3.膜蒸餾技術(shù)
膜蒸餾(MD)技術(shù)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(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(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)、能量來源較廣、對廢水鹽濃度適應(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[15]。S.Adham等采用MD技術(shù)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(dǎo)率小于10S/cm)。
采用真空膜蒸餾技術(shù)分別處理含有較高濃度的Na2SO4和CaCl2模擬廢水，實(shí)驗(yàn)過程中兩種廢水的膜通量差別較小。由此可知，MD技術(shù)對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(shù)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(shù)對膜疏水性、滲透性、抗污染性的要求。同時(shí)，由于該技術(shù)膜通量較小，限制了其在工業(yè)上的應(yīng)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(yùn)行成本，都會提高M(jìn)D技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用的競爭力，加快其工業(yè)化進(jìn)程。
新興的MVR技術(shù)具有效率高、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢，將在廢水處理方面得到廣泛應(yīng)用。膜分離技術(shù)中RO技術(shù)在廢水脫鹽領(lǐng)域應(yīng)用較廣，但其實(shí)際平均產(chǎn)水率只有75%，而且膜污染而導(dǎo)致的能耗增加和回收率的降低，限制了其應(yīng)用。HERO技術(shù)克服了RO技術(shù)清水回收率低及膜污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)，但是需要增加預(yù)處理過程，因此投資成本較高。MD技術(shù)因具有其他傳統(tǒng)蒸餾技術(shù)和膜技術(shù)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(dá)到示范性生產(chǎn)的規(guī)模，膜蒸餾工業(yè)化應(yīng)用的時(shí)間不會太遙遠(yuǎn)。EST技術(shù)以其能耗低、運(yùn)行維護(hù)方便以及環(huán)境友好等優(yōu)勢，成為現(xiàn)有除鹽技術(shù)的有利補(bǔ)充，但在處理高濃度廢水以及大規(guī)模應(yīng)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(jìn)一步的技術(shù)處理，其零排放是可以實(shí)現(xiàn)的。
