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高濃度含鹽廢水處理
作者:西安金沃泰環??萍加邢薰?/font>
發稿日期:2021-03-03 11:37:52
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。近年來一些新技術、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得到了快速發展。
一.高含鹽廢水的常規處理技術
熱濃縮技術
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)技術等。MSF是最早應用的蒸餾技術,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技術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、運行成本低的優勢。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
膜分離技術是由壓力差、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技術。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。NF技術可去除絕大部分Ca2 、Mg2 、SO42-等易結垢離子,因此脫鹽是納濾技術最主要的應用,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技術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技術。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??紤]經濟性的原因,相對于RO技術而言,ED技術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技術作為海水和苦咸水的淡化技術已相當成熟。近年來,隨著工業生產中高含鹽廢水的增多,RO技術也開始廣泛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分離技術在工業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技術應用的主要問題。高效反滲透(HERO)技術是在常規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,極大降低了有機物及微生物等對RO膜的污染。
膜蒸餾技術
膜蒸餾(MD)技術是近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技術的集合。MD技術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技術與傳統的蒸餾和膜分離技術相比,操作條件溫和、截留率可達100%、抗污染程度較強、能量來源較廣、對廢水鹽濃度適應性強。MD技術可應用在淡水生產、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技術對不同種類的含鹽廢水具有廣闊的應用前景。但MD技術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。
直接脫鹽的電吸附技術
電吸附除鹽技術(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。該技術采用了全新的水處理概念,在處理效率、適應性、能耗、運行維護以及環境友好等方面,有著獨特的優勢。與蒸餾、RO等技術相比,EST技術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技術相比,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技術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技術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技術與其他除鹽技術結合,以降低總體運行成本。如采用EST技術預處理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技術目前還存在電極吸附容量低、價格昂貴、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技術走向成熟。
濃縮液處理技術
采用熱蒸餾或膜分離技術濃縮含鹽廢水時,會產生少量更高濃度的濃縮液。若能將濃縮液進一步處理,使最終廢棄物的排放量最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技術實現零排放。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、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技術可以處理高濃度的廢液(接近飽和),因此采用MD技術與結晶技術相結合處理濃縮液,可基本上實現零排放。FO技術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技術可以處理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技術低。EFC技術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。
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