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高含盐工业废水处理现状及研究进展

2018-11-14  来自: 山东环科环保科技有限公司 浏览次数:157

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       煤化工、电力和石油化工等工业生产过程中,会产生大量的含无机盐的废水。这些废水含盐量高,属于高含盐废水。此类废水如果直接排放将会破坏周边土壤、使水体含盐量升高,同时浪费矿物资源。因此,研究如何处理该类高含盐废水重要。

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处理高含盐废水的基本思路是以低投资及运行成本把盐和水分离,并分别进行回收利用。虽然简单的蒸发过程能够实现,但能耗较大。近年来一些工艺的应用,大大减少了分离成本,使高含盐废水的回收利用得到了发展。

高含盐废水的浓缩处理

热浓缩

热浓缩是采用加热的方式进行浓缩,主要包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和机械式蒸汽再压缩(MVR)等。

MSF是应用的蒸馏,因其工艺成熟,在海水淡化中得到了应用。但存在热力学效率低、能耗高、设备结垢和腐蚀严重的缺点。

MED是将几个蒸发器串联运行,使蒸汽热得到多次利用,从而提高热能的利用率。MED较MSF的热力学效率高,但占地面积大。MED的热力学效率与效数成正比,虽增加其效数可以提高系统的经济性,降低操作费用,但会增大投资成本。

MVR利用压缩机将蒸发器中产生的二次蒸汽进行压缩,使其压力、温度、热焓值升高,然后再作为加热蒸汽使用,具有占地面积小、运行成本低。相对于MED而言,它可以将二次蒸汽压缩回用,减少了生蒸汽的用量,因此节能。

膜分离

膜分离是由压力差、浓度差及电势差等因素驱动,通过溶质、溶剂和膜之间的尺寸排阻、电荷排斥和物理化学作用实现的分离。在高含盐废水脱盐处理中主要应用的是纳滤膜(NF)、电渗析(ED)和反渗透膜(RO)。

NF可去除大部分Ca2+、Mg2+、SO42-等易结垢离子,因此脱盐是纳滤主要的应用,其可对RO系统进水进行预处理,以降低结垢离子对RO膜污染。

ED是一种以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,从溶液中脱除电解质的膜分离。ED的淡水回收率高、膜有效寿命长、操作温度高、膜污染少,但不能去除水体中的细菌和微生物。考虑经济性的原因,相对于RO而言,ED适用于处理中小型企业中含盐质量浓度在1000mg/L~5000mg/L的水体。


RO作为海水和苦咸水的淡化已相当成熟。近年来,随着工业生产中高含盐废水的增多,RO也开始被用来浓缩各种高含盐工业废水。通常RO一次除盐率>95%,清水回收率在60%~80%。


尽管RO分离在工业废水除盐回收上得到了应用,但因膜污染而导致的能耗增加和回收率的降低,仍是限制RO应用的主要问题。反渗透(HERO)是在常规RO基础上发展起来的,与常规RO相比,HERO对进水的污染密度指数没有限制,无需配备投资高的预处理系统,且RO是在高pH值下运行,降低了有机物及微生物等对RO膜的污染。


膜蒸馏


膜蒸馏(MD)是近20年来发展起来的,是由膜两侧的蒸汽压差驱动的分离过程,可看作是膜分离和蒸馏的集合。MD所用膜为疏水性微孔膜,在蒸汽压差驱动下,高温侧的蒸汽分子穿过该膜,并在低温侧冷凝回收,高温侧溶液得到浓缩。MD与传统的蒸馏和膜分离相比,操作条件温和、抗污染程度较强、能量来源较广、对废水盐浓度适应性强。


MD可应用在淡水生产、重金属去除和食品工业等领域,但目前绝大部分还处于实验室或小规模工厂试验阶段,工业化还不成熟。MD对不同种类的含盐废水具有广阔的应用前景。但MD高温侧有由液体到汽体的相变过程,该过程会消耗大量的热能,从而降低热能的利用效率。


02


直接脱盐的电吸附


电吸附除盐(EST)是利用带电电极表面的电化学特性来实现水中离子的去除、有机物的分解等。采用了水处理概念,在处理效率、适应性、能耗、运行维护以及环境友好等方面,有着的优势。与蒸馏、RO等相比,EST采用静电作用而不是通过高温高压将离子从水中提取出来,因此能耗相对较低。


与RO相比,EST系统浓水排放量小且不含膜类元件,因此对进水水质要求较低。EST无需添加任何药剂进行电极材料的再生,排放的水无新的二次污染物。但EST适于处理电导率小于5000μS/cm的水质,且除盐率不是很高,所以可以根据回用水水质要求,将EST与其他除盐结合,以降低总体运行成本。如采用EST预处理HERO系统中RO装置进水,可提高系统产水率和出水水质,延长膜的使用寿命,降低运行成本。EST目前还存在电极吸附容量低、重复利用性差等缺陷,因此提高电极材料性能及优化电吸附模型,将会促进EST走向成熟。


03


浓缩液处理


采用热蒸馏或膜分离浓缩含盐废水时,会产生少量更高浓度的浓缩液。若能将浓缩液进一步处理,使终废弃物的排放量小化甚至实现零排放,将会取得经济和环保双重效益。


热蒸馏与EST过程中产生的浓缩液均来自原水,可视其污染程度选择直接结晶或干燥实现零排放。膜滤浓缩液的成分较复杂,因此对其的处理是实现污水零排放的关键。膜滤浓缩液的处理应分两步实现,首先采用吸附、高级氧化、生化等方法降解其中的有机物,然后对膜滤浓缩液进行深度脱盐以提高总产水率。目前,膜滤浓缩液脱盐方法主要有膜蒸馏(MD)、正渗透(FO)、共晶冷冻结晶(EFC)。


如前所述,MD可以处理高浓度的废液(接近饱和),因此采用MD与结晶相结合处理浓缩液,可基本上实现零排放。


FO是渗透驱动的膜分离过程,利用半透膜两侧的渗透梯度使水由浓缩液(低渗透压)侧向驱动液(高渗透压)侧流动,该过程不需外加压力,故能耗较低。FO可以处理TDS质量浓度较高(>70000mg/L)的浓缩液,且膜污染程度较压力驱动的膜分离低。


EFC通过降低浓缩液的温度,使其达到低共熔点,从而实现冰和盐分离的目的。分离出来的冰洗净后溶化得到纯净的水,结晶出来的盐与母液混合后重复结晶过程。


关键词: 高含盐工业废水处理           

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