高含鹽工業廢水處理現狀及研究進展

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       煤化工、電力和石油化工等工業生產過程中，會產生大量的含無機鹽的廢水。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，同時浪費礦物資源。因此，研究如何處理該類高含鹽廢水重要。

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，并分別進行回收利用。雖然簡單的蒸發過程能夠實現，但能耗較大。近年來一些工藝的應用，大大減少了分離成本，使高含鹽廢水的回收利用得到了發展。

高含鹽廢水的濃縮處理

熱濃縮

熱濃縮是采用加熱的方式進行濃縮，主要包括多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(MED)和機械式蒸汽再壓縮(MVR)等。

MSF是應用的蒸餾，因其工藝成熟，在海水淡化中得到了應用。但存在熱力學效率低、能耗高、設備結垢和腐蝕嚴重的缺點。

MED是將幾個蒸發器串聯運行，使蒸汽熱得到多次利用，從而提高熱能的利用率。MED較MSF的熱力學效率高，但占地面積大。MED的熱力學效率與效數成正比，雖增加其效數可以提高系統的經濟性，降低操作費用，但會增大投資成本。

MVR利用壓縮機將蒸發器中產生的二次蒸汽進行壓縮，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。相對于MED而言，它可以將二次蒸汽壓縮回用，減少了生蒸汽的用量，因此節能。

膜分離

膜分離是由壓力差、濃度差及電勢差等因素驅動，通過溶質、溶劑和膜之間的尺寸排阻、電荷排斥和物理化學作用實現的分離。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)。

NF可去除大部分Ca2+、Mg2+、SO42-等易結垢離子，因此脫鹽是納濾主要的應用，其可對RO系統進水進行預處理，以降低結垢離子對RO膜污染。

ED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的膜分離。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菌和微生物。考慮經濟性的原因，相對于RO而言，ED適用于處理中小型企業中含鹽質量濃度在1000mg/L~5000mg/L的水體。

RO作為海水和苦咸水的淡化已相當成熟。近年來，隨著工業生產中高含鹽廢水的增多，RO也開始被用來濃縮各種高含鹽工業廢水。通常RO一次除鹽率>95%，清水回收率在60%～80%。

盡管RO分離在工業廢水除鹽回收上得到了應用，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應用的主要問題。反滲透(HERO)是在常規RO基礎上發展起來的，與常規RO相比，HERO對進水的污染密度指數沒有限制，無需配備投資高的預處理系統，且RO是在高pH值下運行，降低了有機物及微生物等對RO膜的污染。

膜蒸餾

膜蒸餾(MD)是近20年來發展起來的，是由膜兩側的蒸汽壓差驅動的分離過程，可看作是膜分離和蒸餾的集合。MD所用膜為疏水性微孔膜，在蒸汽壓差驅動下，高溫側的蒸汽分子穿過該膜，并在低溫側冷凝回收，高溫側溶液得到濃縮。MD與傳統的蒸餾和膜分離相比，操作條件溫和、抗污染程度較強、能量來源較廣、對廢水鹽濃度適應性強。

MD可應用在淡水生產、重金屬去除和食品工業等領域，但目前絕大部分還處于實驗室或小規模工廠試驗階段，工業化還不成熟。MD對不同種類的含鹽廢水具有廣闊的應用前景。但MD高溫側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。

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直接脫鹽的電吸附

電吸附除鹽(EST)是利用帶電電極表面的電化學特性來實現水中離子的去除、有機物的分解等。采用了水處理概念，在處理效率、適應性、能耗、運行維護以及環境友好等方面，有著***的優勢。與蒸餾、RO等相比，EST采用靜電作用而不是通過高溫高壓將離子從水中提取出來，因此能耗相對較低。

與RO相比，EST系統濃水排放量小且不含膜類元件，因此對進水水質要求較低。EST無需添加任何藥劑進行電極材料的再生，排放的水無新的二次污染物。但EST適于處理電導率小于5000μS/cm的水質，且除鹽率不是很高，所以可以根據回用水水質要求，將EST與其他除鹽結合，以降低總體運行成本。如采用EST預處理HERO系統中RO裝置進水，可提高系統產水率和出水水質，延長膜的使用壽命，降低運行成本。EST目前還存在電極吸附容量低、重復利用性差等缺陷，因此提高電極材料性能及優化電吸附模型，將會促進EST走向成熟。

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濃縮液處理

采用熱蒸餾或膜分離濃縮含鹽廢水時，會產生少量更高濃度的濃縮液。若能將濃縮液進一步處理，使終廢棄物的排放量小化甚至實現零排放，將會取得經濟和環保雙重效益。

熱蒸餾與EST過程中產生的濃縮液均來自原水，可視其污染程度選擇直接結晶或干燥實現零排放。膜濾濃縮液的成分較復雜，因此對其的處理是實現污水零排放的關鍵。膜濾濃縮液的處理應分兩步實現，首先采用吸附、***氧化、生化等方法降解其中的有機物，然后對膜濾濃縮液進行深度脫鹽以提高總產水率。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可以處理高濃度的廢液(接近飽和)，因此采用MD與結晶相結合處理濃縮液，可基本上實現零排放。

FO是滲透驅動的膜分離過程，利用半透膜兩側的滲透梯度使水由濃縮液(低滲透壓)側向驅動液(高滲透壓)側流動，該過程不需外加壓力，故能耗較低。FO可以處理TDS質量濃度較高(>70000mg/L)的濃縮液，且膜污染程度較壓力驅動的膜分離低。

EFC通過降低濃縮液的溫度，使其達到低共熔點，從而實現冰和鹽分離的目的。分離出來的冰洗凈后溶化得到純凈的水，結晶出來的鹽與母液混合后重復結晶過程。