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高含盐工业废水处理设备技术现状及研究进展


分类: 公司动态

作者: 创洋

来源: 水处理

发布时间:2021-08-18 16:45

纯化水 

原标题:高含盐工业废水处理设备技术现状及研究进展

石油化工、电力和煤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,研究如何有效处理该类高含盐废水非常重要。

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。近年来一些新技术、新工艺的应用,大大降低了分离成本,使高含盐废水的回收利用技术得到了快速发展。

高含盐废水的浓缩处理技术

1.热浓缩技术

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)技术等。

MSF是较早应用的蒸馏技术,因其工艺成熟、运行可靠,在全世界的海水淡化中得到了广泛的应用。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技术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、运行成本低的优势。相对于MED而言,它可以将全部二次蒸汽压缩回用,减少了生蒸汽的用量,因此更加节能。

在国外,MVR技术已广泛应用于食品、化工和制药等行业。

国内,MVR技术在制盐工业上已有应用的实例且节能效果显著,但在含盐废水处理方面,仍处于研究和试运行阶段,主要是由于高含盐废水成分较海水复杂,且物理化学性质与海水具有较大的差别。韩东等采用MVR蒸发系统处理含硫酸铵的废液,通过比较试验系统与数值模拟的能耗值,证明采用MVR技术较多效蒸发每年可节省53.58%的运行费用。

2.膜分离技术

膜分离技术是由压力差、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技术。与热浓缩相比,其结构简单、易于操作、操作温度低,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)技术。

NF技术可去除绝大部分Ca2+、Mg2+、SO42-等易结垢离子,因此脱盐是纳滤技术较主要的应用,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。陈侠等采用NF技术预处理RO系统进水,SO42-、Ca2+、Mg2+截留率均在92%以上,极大降低了结垢离子对RO膜的污染。

ED技术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技术。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技术而言,ED技术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技术作为海水和苦咸水的淡化技术已相当成熟。近年来,随着工业生产中高含盐废水的增多,RO技术也开始广泛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%。上海某印染厂采用RO技术处理印染废水,系统实际清水回收率在65%左右,平均脱盐率在98.5%左右,出水水质达到了印染厂工艺用水的要求,实现了印染废水的资源化利用,具有明显的经济和环境效益。

尽管RO分离技术在工业废水除盐回收上得到了广泛应用,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技术应用的主要问题。高效反渗透(HERO)技术是在常规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,极大降低了有机物及微生物等对RO膜的污染。

因此,HERO系统更加节能、清水回收率更高。HERO技术在国外已有较广泛的应用,在国内还不是很普及。神华亿利能源有限公司采用石灰石预处理加HERO技术回收该电厂工业废水,系统脱盐率在94.5%左右,出水水质满足回用要求,系统回收率在90%以上,该工程取得了良好的水处理和经济效益。

3.膜蒸馏技术

膜蒸馏(MD)技术是近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技术的集合。MD技术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技术与传统的蒸馏和膜分离技术相比,操作条件温和、截留率可达100%、抗污染程度较强、能量来源较广、对废水盐浓度适应性强。

MD技术可应用在淡水生产、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[15]。S.Adham等采用MD技术淡化含盐废水,有效地从高盐度卤水(TDS在70000mg/L左右)中连续生产出高质量的馏分(电导率小于10S/cm)。

采用真空膜蒸馏技术分别处理含有较高浓度的Na2SO4和CaCl2模拟废水,实验过程中两种废水的膜通量差别较小。由此可知,MD技术对不同种类的含盐废水具有广阔的应用前景。但MD技术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。

目前,MD技术装置用膜基本上为其他膜分离过程的商业用膜,并不能完全满足MD技术对膜疏水性、渗透性、抗污染性的要求。同时,由于该技术膜通量较小,限制了其在工业上的应用。因此,膜通量和热效率的提高以及借助再生能源或工业废热来降低运行成本,都会提高MD技术在工业上应用的竞争力,加快其工业化进程。

新兴的MVR技术具有效率高、运行成本低等优势,将在废水处理方面得到广泛应用。膜分离技术中RO技术在废水脱盐领域应用较广,但其实际平均产水率只有75%,而且膜污染而导致的能耗增加和回收率的降低,限制了其应用。HERO技术克服了RO技术清水回收率低及膜污染严重的缺点,但是需要增加预处理过程,因此投资成本较高。MD技术因具有其他传统蒸馏技术和膜技术无法比拟的优势而得到了普遍、深入的研究,很多研究工作已经达到示范性生产的规模,膜蒸馏工业化应用的时间不会太遥远。EST技术以其能耗低、运行维护方便以及环境友好等优势,成为现有除盐技术的有利补充,但在处理高浓度废水以及大规模应用方面都还有很多问题。高含盐废水过程中产生的浓缩液经过进一步的技术处理,其零排放是可以实现的。