探究高鹽廢水膜處理關(guān)鍵技術(shù)及其資源化利用

潘春雷，舒澤慧，蔡步翔，蔣建勇

（1.浙江瑞陽環(huán)保科技有限公司，浙江 溫州 325200；2.浙江精一企業(yè)咨詢有限公司；浙江 溫州 325200；3.天能控股集團(tuán)有限公司；浙江 湖州 313100）

綠色、環(huán)保等發(fā)展理念在工業(yè)領(lǐng)域的滲透，對工業(yè)水的利用率提出了較高要求，促使我國進(jìn)一步加大了對各項水處理技術(shù)的研究。企業(yè)為實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，越來越重視對工業(yè)用水成本的控制，并采取了一系列的節(jié)水措施，旨在提高工業(yè)水的利用率，尤其是在環(huán)境保護(hù)與節(jié)能降耗的要求下，對高鹽廢水的排放提出了更高要求，因而如何通過對高鹽廢水有效處理降低環(huán)境污染，并通過對高鹽廢水的資源化利用實現(xiàn)節(jié)能降耗，目前已經(jīng)成為各行業(yè)企業(yè)關(guān)注的焦點。

1 高鹽廢水的主要來源

高鹽廢水是指含有較高濃度鹽分的工業(yè)廢水，其含鹽濃度主要與廢水排放源頭有關(guān)。高鹽廢水主要來源于沿海地區(qū)的水產(chǎn)品養(yǎng)殖廢水、土壤鹽漬化區(qū)域的工農(nóng)業(yè)排水等。另外，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如冶金、煤化工、印染、采礦等領(lǐng)域均有大量高鹽廢水排放，其中含有的污染物相比于農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域的高鹽廢水更加復(fù)雜，特別是受蒸騰作用的影響，高鹽廢水的大量排放，會加劇土壤的鹽漬化問題。

2 高鹽廢水膜處理關(guān)鍵技術(shù)

2.1 膜分離技術(shù)

2.1.1 反滲透技術(shù)

反滲透技術(shù)主要是針對濃縮液的處理，在壓力差的作用下促進(jìn)廢水的逆向滲透，即從膜的低壓側(cè)向高壓側(cè)擴(kuò)散的方式，經(jīng)反滲透處理能得到滲濾液、濃縮液等產(chǎn)物。該技術(shù)的應(yīng)用具有較高的脫鹽率，常用于鹽度相對較低的高鹽廢水處理。

2.1.2 超濾技術(shù)

該技術(shù)主要是通過膜表面的微孔實現(xiàn)對高鹽廢水中對應(yīng)物質(zhì)的選擇性分離。在特定壓力的作用下，廢水經(jīng)過膜表面，其中的大分子物質(zhì)被膜截留，而小分子物質(zhì)會直接透過膜，這樣一來就可以將廢水中的大小分子物質(zhì)進(jìn)行分離。該技術(shù)適用于常溫環(huán)境，處理裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單，特別是在食品脫鹽領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

2.1.3 納濾技術(shù)

納濾膜屬于納濾技術(shù)的核心組件，其具有很強(qiáng)的除污效果。該技術(shù)有較高的過濾精度，在處理高鹽廢水時有較高的穩(wěn)定性，且納濾膜具有易于維護(hù)的特點，在食品工程、制藥工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。高鹽廢水的膜處理工藝中，采用納濾技術(shù)能夠去除多數(shù)易結(jié)垢的正離子，其膜自身帶有正電荷的特性，對COD的污堵具有較強(qiáng)的抵抗性，一般用于RO反滲透的預(yù)處理階段，以減少易積垢離子對RO膜造成的污染[1]。

2.2 膜濃縮技術(shù)

2.2.1 電滲析技術(shù)

采用電滲析技術(shù)對廢水進(jìn)行處理，主要是在陰陽離子交換膜的相互作用以及電場力的作用下，使廢水中的陰離子與陽離子產(chǎn)生定向移動，并按照離子濃度的增加與減少形成濃室與淡室，從而通過這種方式將高鹽廢水中的鹽分進(jìn)行分離與濃縮。

2.2.2 離子交換膜技術(shù)

該技術(shù)主要是采用一種高分子膜實現(xiàn)對高鹽廢水的處理，這種高分子膜含有離子集團(tuán)，其對高鹽廢水中的陰離子與陽離子具有選擇透過性，并按照使用功能與結(jié)構(gòu)的不同，可以分為多種類型，一般在電滲析技術(shù)中主要將離子交換膜當(dāng)成滲透膜。

3 基于膜處理工藝的高鹽廢水資源化利用

3.1 高鹽廢水的預(yù)處理

在對高鹽廢水進(jìn)行預(yù)處理時，工作人員需要做好對廢水水質(zhì)的分析，并結(jié)合高鹽廢水水質(zhì)情況制定合適的預(yù)處理方案，而且需要結(jié)合高鹽廢水的水質(zhì)分析結(jié)果，對不同水質(zhì)情況的廢水采取不同的預(yù)處理手段。如高鹽廢水中有較高的COD成分，可以在膜處理中設(shè)置高級氧化過程，以有效降低廢水中COD的濃度[2]。如果高鹽廢水的硬度較高，可以綜合采取有機(jī)膜、離子交換、化學(xué)軟化系統(tǒng)，有效降低二價及以上的離子濃度。

在預(yù)處理環(huán)節(jié)，硅、硬度、懸浮物等都屬于需要重點處理的對象，可以采取超濾、微濾等膜處理工藝，相較于傳統(tǒng)的砂濾與多介質(zhì)處理工藝，微濾及超濾等多種工藝手段的綜合使用具有低能耗、硬度及硅去除性強(qiáng)等優(yōu)勢。為了保障高鹽廢水的預(yù)處理效果，可以在增強(qiáng)織物上制膜，從而實現(xiàn)膜分離與膜強(qiáng)度功能的統(tǒng)一，提高膜的耐用性，保障膜分離的效果。為了提高膜的使用周期，需要有效應(yīng)對膜絲脫皮問題，如通過滲透涂覆工藝手段，使功能層和編織管共同形成一種鉚釘式的結(jié)構(gòu)，在膜層與支撐層相互滲透的基礎(chǔ)上為結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供保障。

3.2 中水回用

為了進(jìn)一步減少工業(yè)生產(chǎn)中的高鹽廢水排放量，可以綜合采用多種膜處理工藝，最大限度地提高膜處理效果。如采用高效反滲透HERO技術(shù)，該技術(shù)主要是離子交換技術(shù)、藥劑軟化預(yù)處理等技術(shù)手段的綜合利用，可有效降低廢水硬度，并在脫氣塔的作用下去除其中的CO2，上述操作完成以后需要用堿調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH值，一般控制在10以上，這種方式能夠有效防止膜結(jié)垢、堵塞等問題，較高的pH值還能減少堿洗的次數(shù)，相比于常規(guī)的反滲透技術(shù)，該種技術(shù)可以將最高含氧量濃縮至50 000 mg/L左右[3]。

3.3 濃縮分鹽

膜濃縮環(huán)節(jié)，可以根據(jù)進(jìn)水的不同情況，綜合運用多種膜處理技術(shù)手段，如果進(jìn)水的TDS低于10 000 pm，可以使用抗污染苦咸水膜進(jìn)行預(yù)濃縮處理，二次濃縮則使用海水反滲透膜進(jìn)行處理，在濃縮達(dá)到一定要求時，綜合采用多種膜處理技術(shù)將其濃縮至蒸發(fā)進(jìn)水的狀態(tài)，在存在分鹽要求的情況下，還可以采用納濾技術(shù)進(jìn)行綜合設(shè)計[4]。

考慮到在工業(yè)生產(chǎn)中采用反滲透技術(shù)對高鹽廢水進(jìn)行處理，高鹽出水中仍然含有較高的鹽度和COD，可能會影響中水的回用率，不利于實現(xiàn)高鹽廢水的資源化利用，同時也無法直接將中水排放。所以工作人員可以根據(jù)實際情況，綜合采用多種濃縮技術(shù)與膜處理技術(shù)處理高鹽廢水。對高鹽廢水進(jìn)行濃縮與分鹽屬于膜處理工藝的核心，濃縮分鹽的方式可以進(jìn)一步保障出鹽純度，并且還能減少在膜處理過程中投入設(shè)備設(shè)施的成本。經(jīng)高壓反滲透處理的進(jìn)水中含鹽量大約在10%～12%左右，驅(qū)動壓力為160 bar，碟片式構(gòu)型具有較強(qiáng)的抗污染性，常用于處理COD含量較高的高鹽廢水。從高鹽廢水的水質(zhì)分析結(jié)果看，大致可以將其中的混合鹽分為有效鹽組分、可部分降解物質(zhì)、不可去除鹽組分及可去除鹽組分四類?；旌消}分離屬于對高鹽廢水進(jìn)行資源化利用的核心手段，最關(guān)鍵的就是要注重提高分鹽提純的效率以及可再生廢水的回收率，并要重視對可再生廢水中含有的雜鹽量進(jìn)行控制[5]。只有控制鹽的純度及雜鹽量，才能使再生鹽達(dá)到回收利用的標(biāo)準(zhǔn)，對于有效鹽的組分，需要盡可能將廢水中的硫酸根離子以及氯離子分離出來，做好對硫酸鈉、氯化鈉等物質(zhì)的回收；對于雜鹽的處理，需要采取適當(dāng)?shù)姆椒ūM可能地去除和降解其中含有的雜質(zhì)，從而分離出其中的有效鹽。在工業(yè)生產(chǎn)中，如果要實現(xiàn)近零排放的標(biāo)準(zhǔn)，還需要運用更多低能耗的膜處理工藝，并結(jié)合高鹽廢水的實際情況選擇最合適的膜材料，同時還要綜合考慮膜材料的成本、處理效果及能耗水平。

3.4 結(jié)晶出鹽

工業(yè)生產(chǎn)中的高鹽廢水在經(jīng)過濃縮分鹽工藝處理后，會進(jìn)入結(jié)晶出鹽的階段，其中主要涉及蒸發(fā)與結(jié)晶兩道工序。蒸發(fā)階段主要是通過蒸發(fā)器對鹽溶液進(jìn)行處理，使鹽溶液達(dá)到飽和出鹽的狀態(tài)，并在產(chǎn)生蒸汽經(jīng)冷凝后可重新進(jìn)入蒸發(fā)器，形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，在減少能耗的同時，實現(xiàn)對資源的最大化利用。

在當(dāng)前的高鹽廢水處理中，結(jié)晶出鹽階段使用的蒸發(fā)器有多種類型，其中MVR蒸發(fā)器屬于一種最新研發(fā)的具有節(jié)能、環(huán)保等特性的蒸發(fā)裝置。如常規(guī)單級蒸發(fā)器大概需要1 t蒸汽才能夠蒸發(fā)1 t高鹽水，在同樣的條件下三級蒸發(fā)器所需蒸汽僅為0.3 t左右，節(jié)能效果十分顯著[6]。MVR蒸發(fā)器雖然是一種單級蒸發(fā)器，但其具備的蒸汽再壓縮功能可以使系統(tǒng)在單位能量需求方面比常規(guī)的單級蒸發(fā)器高出10～20倍左右。MVR蒸發(fā)器主要是將電能作為驅(qū)動能源，而處于運行狀態(tài)的設(shè)備只需要補(bǔ)充少量的蒸汽即可，基本可以在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。蒸發(fā)器的運行成本、能耗較低，并且具有較強(qiáng)的自控性。

在結(jié)晶出鹽階段，高鹽的濃縮液在經(jīng)過蒸發(fā)器蒸發(fā)后進(jìn)入結(jié)晶階段，由結(jié)晶器實現(xiàn)結(jié)晶處理，最終得到鹽產(chǎn)品。按照工藝類型的不同結(jié)晶器主要分為冷卻結(jié)晶與蒸發(fā)結(jié)晶兩種。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，幾乎所有高鹽廢水的近零排放項目中，都是以蒸發(fā)結(jié)晶裝置為主，最終得到的結(jié)晶產(chǎn)物屬于一種混合鹽，其成分包括氯化鈉、硫酸鈉。冷卻結(jié)晶主要是將進(jìn)入此道工序的高鹽溶液經(jīng)加熱冷卻等一系列去鹽操作后得到鹽產(chǎn)品。一般情況下，高鹽溶液的溶解度會隨著溫度的上升而上升，在這一階段單位溶液中溶質(zhì)含量很高，隨后通過冷卻降溫能降低溶質(zhì)的溶解度，達(dá)到一種水少溶質(zhì)多的狀態(tài)，從而可以在蒸發(fā)冷卻結(jié)束后，把溶液中無法飽和的溶質(zhì)析出，得到晶體鹽[7]。蒸發(fā)結(jié)晶則適用于氯化鈉結(jié)晶出鹽。由于硫酸鈉的溶解度會隨著溫度的上升而下降，因此加入到溶液中后，受到有機(jī)物及雜質(zhì)含量偏高的影響，可能會出現(xiàn)所得到的硫酸鈉結(jié)晶純度較低的問題。所以為了得到純度能達(dá)到回收利用標(biāo)準(zhǔn)的硫酸鈉產(chǎn)品，還需要采取冷卻結(jié)晶的方式去除溶液中的雜質(zhì)，再采取蒸發(fā)結(jié)晶的方式獲得高純度的硫酸鈉。

4 結(jié)語

綜上所述，針對工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域高鹽廢水的資源化利用，膜處理工藝具有重要價值。膜處理工藝包括多種關(guān)鍵技術(shù)，不同的膜技術(shù)在預(yù)處理、防結(jié)垢、脫鹽率等方面具有不同優(yōu)的勢，因而工作人員在實際處理高鹽廢水過程中，需要根據(jù)廢水的具體情況及雜質(zhì)含量選擇最合適的膜處理技術(shù)。一般需要多類膜處理技術(shù)的聯(lián)合使用，并且還需要考慮采用其他類型的水處理工藝，盡量使處理效果達(dá)到最佳，從而最大限度地提升水和鹽的利用率。