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高濃度含鹽廢水處理
作者:西安金沃泰環(huán)??萍加邢薰?/font>
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)機鹽的廢水。這些廢水含鹽量高,屬于高含鹽廢水。此類(lèi)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)浪費礦物資源。因此,研究如何有效處理該類(lèi)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(jìn)行回收利用。雖然簡(jiǎn)單的蒸發(fā)過(guò)程能夠實(shí)現,但能耗較大。近年來(lái)一些新技術(shù)、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(shù)得到了快速發(fā)展。
一.高含鹽廢水的常規處理技術(shù)
熱濃縮技術(shù)
熱濃縮是采用加熱的方式進(jìn)行濃縮,主要包括多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)和機械式蒸汽再壓縮(MVR)技術(shù)等。MSF是最早應用的蒸餾技術(shù),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(xué)效率低、能耗高、設備結垢和腐蝕嚴重的缺點(diǎn)。MED是將幾個(gè)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(xué)效率高,但占地面積大。MED的熱力學(xué)效率與效數成正比,雖增加其效數可以提高系統的經(jīng)濟性,降低操作費用,但會(huì )增大投資成本。MVR技術(shù)利用壓縮機將蒸發(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,因此更加節能。
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)現的分離技術(shù)。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(shù)。NF技術(shù)可去除絕大部分Ca2 、Mg2 、SO42-等易結垢離子,因此脫鹽是納濾技術(shù)最主要的應用,其可對RO系統進(jìn)水進(jìn)行預處理,以降低結垢離子對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(cháng)、操作溫度高、膜污染少,但不能去除水體中的細菌和微生物??紤]經(jīng)濟性的原因,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)已相當成熟。近年來(lái),隨著(zhù)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(shù)應用的主要問(wèn)題。高效反滲透(HERO)技術(shù)是在常規RO基礎上發(fā)展起來(lái)的,與常規RO相比,HERO對進(jìn)水的污染密度指數沒(méi)有限制,無(wú)需配備投資高的預處理系統,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。
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,是由膜兩側的蒸汽壓差驅動(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,在蒸汽壓差驅動(dòng)下,高溫側的蒸汽分子穿過(guò)該膜,并在低溫側冷凝回收,高溫側溶液得到濃縮。MD技術(shù)與傳統的蒸餾和膜分離技術(shù)相比,操作條件溫和、截留率可達100%、抗污染程度較強、能量來(lái)源較廣、對廢水鹽濃度適應性強。MD技術(shù)可應用在淡水生產(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)驗室或小規模工廠(chǎng)試驗階段,工業(yè)化還不成熟。MD技術(shù)對不同種類(lèi)的含鹽廢水具有廣闊的應用前景。但MD技術(shù)高溫側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)現水中離子的去除、有機物的分解等。該技術(shù)采用了全新的水處理概念,在處理效率、適應性、能耗、運行維護以及環(huán)境友好等方面,有著(zhù)獨特的優(yōu)勢。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),因此能耗相對較低。與RO技術(shù)相比,EST系統濃水排放量小且不含膜類(lèi)元件,因此對進(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)適于處理電導率小于5000μS/cm的水質(zhì),且除鹽率不是很高,所以可以根據回用水水質(zhì)要求,將EST技術(shù)與其他除鹽技術(shù)結合,以降低總體運行成本。如采用EST技術(shù)預處理HERO系統中RO裝置進(jìn)水,可提高系統產(chǎn)水率和出水水質(zhì),延長(cháng)膜的使用壽命,降低運行成本。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)現零排放,將會(huì )取得經(jīng)濟和環(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晶或干燥技術(shù)實(shí)現零排放。膜濾濃縮液的成分較復雜,因此對其的處理是實(shí)現污水零排放的關(guān)鍵。膜濾濃縮液的處理應分兩步實(shí)現,首先采用吸附、高級氧化、生化等方法降解其中的有機物,然后對膜濾濃縮液進(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)與結晶技術(shù)相結合處理濃縮液,可基本上實(shí)現零排放。FO技術(shù)是滲透驅動(dòng)的膜分離過(guò)程,利用半透膜兩側的滲透梯度使水由濃縮液(低滲透壓)側向驅動(dòng)液(高滲透壓)側流動(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,使其達到低共熔點(diǎn),從而實(shí)現冰和鹽分離的目的。分離出來(lái)的冰洗凈后溶化得到純凈的水,結晶出來(lái)的鹽與母液混合后重復結晶過(guò)程。
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