工業(yè)廢水零排放中的濃鹽水處理技術

文-史宇濤 中電環(huán)保股份有限公司

1 工業(yè)廢水零排放中濃鹽水減量處理法

1.1 濃鹽水的軟化

針對納濾膜、反滲透膜自身的功能及特性，決定其系統(tǒng)的運行效率、回收率的影響因素主要有三種：膠體、懸浮物、結垢離子。其中對于膠體、懸浮物的清除只需經過砂濾、超濾等工藝流程便可。為此必須要對濃鹽水中的結垢離子進行著重的處理，才能保證濃鹽水能夠得到有效的循環(huán)利用。在濃鹽水中主要的結垢離子有：Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+，為了確保結垢成分被徹底的清除，較為常用的方法有兩種：化學軟化、樹脂軟化。

化學軟化主要通過石灰-純堿軟化法進行處理，首先將適量熟石灰放入到濃鹽水中可將碳酸鹽硬度清除，將碳酸鈉加入其中可將非碳酸鹽硬度。石灰-純堿軟化法可將濃鹽水中大部分的Ca2+、Mg2+清除掉，并有效的減少SiO2的含量，同時還可將其中的Ba2+、Sr2+及有機物進行有效的清除。但是石灰軟化處理必須要采用上升流固體接觸澄清器促使在高濃度下快速形成沉淀晶體，澄清器出水還要增設多介質過濾器，并對pH值合理調節(jié)后才輸送至膜單元。

樹脂軟化可應用的方式有兩種：鈉離子交換法、氫離子交換法。其中鈉離子交換法通過鈉離子置換將結垢陽離子清除掉，然后通過樹脂交換飽和后用鹽水再生。此種方式存在的不足就是需要消耗大量鹽分，還要對廢水排放進行處理。而弱酸陽離子交換法可對濃鹽水進行部分軟化，豈可節(jié)省再生劑的使用量，且氫離子交換法可將與碳酸氫根硬度相同的Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等進行清除，換而言之就是能夠與HCO3-結合的結垢陽離子都可清除。

采用此方法在碳酸氫根含量較高的原水中獲得的處理效果更為顯著，若要進行有效的軟化處理，就可將強酸陽樹脂交換流程設置其中，在條件允許的情況下可設置于弱酸樹脂同一交換柱中，如此可大大減低再生劑的耗損量。然而此種方式前期成本投入較多，只有系統(tǒng)規(guī)模較大時應用才更加經濟。

1.2 濃鹽水的膜處理

濃鹽水的膜處理技術主要有三種：超濾技術、納濾技術、反滲透技術。其中超濾工藝流程是濃鹽水的預處理環(huán)節(jié)，可先將濃鹽水中部分懸浮物、膠體進行清除掉，促使進水的SDI值滿足后續(xù)工藝處理的要求，接下來的納濾、反滲透工藝主要是對濃鹽水中的溶解性污染物進行清除。當工藝進水水質一致，那么納濾膜的運行壓力降低，且獲得的回收率升高，但納濾工藝流程對單價離子、分子量少于200的有機物處理效果不夠明顯，但是對二價或多價離子、分子量在200～500的有機物脫除率較為顯著。

反滲透膜運行所需的壓力相比之下更高，且回收率相比于納濾膜較低，但是反滲透工藝卻具備較高的脫鹽率，反滲透膜只有部分溶性氣體、強氫鍵化合物難以處理，對于其他的鹽分均有極高的脫除率。但是不管是采用納濾膜、反滲透膜，都要對濃鹽水水質、回收水水質、全廠鹽量平衡進行深入的分析，并將其與濃鹽水固化措施綜合評估后再進行有效的確定。

高回收率對于減少濃鹽水固化的能源消耗和成本是非常必要的，因此設計者總是盡可能增加回收率來最小化成本。然而膜處理工藝可回收的水分較少，由于工藝設備及膜體性能等影響因素，若想提升水回收率必須要強化驅動力來提升滲透壓，如此必然會促使?jié)舛忍荻扰c濃差極化的升高，還會促進膜體與動力設施損耗程度，其相應的建設、運行、維護成本也會隨之升高。基于高回收率下的膜處理過程管理極為艱難，由于高濃度鹽水對相關工藝設備及材料有著強烈的侵蝕性，通過無機鹽與細菌產生的有機酸不斷增加會造成設備難以恢復的破壞。

2 工業(yè)廢水零排放中濃鹽水固化處理法

2.1 蒸發(fā)池

蒸發(fā)池是在地面挖出一個坑作為濃鹽水的貯池，在外界條件適宜的情況下，利用太陽光能源，將濃鹽水存放于蒸發(fā)池內進行蒸發(fā)，并將池內殘留的晶體鹽分按時清理。一項完善的曬鹽工程需要配置一套完整的池塘堤壩，將濃鹽水按照池位順序進行引流，當濃鹽水每流過一個池子，相應的濃度就會不斷的提升直到鹽水結晶。蒸發(fā)池便于構建與維護，且成本投入較為劃算。但是蒸發(fā)池的選址條件比較苛刻，必須要在光照充足、氣候干燥、低價區(qū)域來構建。

2.2 太陽能池

太陽能池與蒸發(fā)池處理過程較為相似，但是應用太陽能池中的濃鹽水是靜止的，由于濃鹽水的蒸發(fā)在池表面展開的，在池體鹽梯度可分為三個層次：①表面區(qū)：在正常的溫度條件下鹽分含量較少；②中間區(qū)：在此層次的含鹽量由下至上不斷升高，繼而形成了鹽度梯度或密度梯度；③底部區(qū)：在此層溫度可達80℃、鹽度達到200g/L，這一層次主要進行太陽能的收集，并將其釋放的熱能保存起來。而且此工藝同樣也需要較強的太陽光照及價格低廉的土地資源。

2.3 機械蒸發(fā)固化

2.3.1 多效蒸發(fā)器

多效蒸發(fā)系統(tǒng)主要包含三或四個串聯(lián)的強制循環(huán)蒸發(fā)器，在多效蒸發(fā)系統(tǒng)中，鍋爐排出的蒸汽作為蒸發(fā)器的能量支持，促使蒸汽在蒸發(fā)器間進行有效的傳輸，不僅可提升能量使用效率，還節(jié)省了蒸汽的用量。在工業(yè)廢水處理中，多效蒸發(fā)的設計理念主要體現(xiàn)在對鹽分、有機物含量較高廢水的處理方面，并與膜工藝相結合繼而實現(xiàn)工業(yè)廢水零排放。

2.3.2 MVR蒸發(fā)器

MVR蒸發(fā)器是一種新型高效節(jié)能蒸發(fā)設備，其主要通過低溫、低壓汽蒸技術與清潔能源結合產生蒸汽，繼而將介質中的水分離出來。MVR為單體蒸發(fā)器，其具備多效降膜蒸發(fā)器功效，按照濃鹽水濃度要求采用分段式蒸發(fā)，當濃鹽水通過效體后無法滿足所需濃度時，可利用效體下部的真空泵將濃鹽水通過效體外部管路抽到效體上部再次通過效體，可經過多次效體處理后達到所需濃度。

由于濃鹽水存在高鹽分、高硬度、強腐蝕性等特性，其零排放處理極為的復雜、煩瑣，如果濃鹽水分離后未得到有效的處理就會形成二次污染。而MVR蒸發(fā)器能夠有效結合分鹽工藝，基于廢水零排放前提下，將固體廢棄物轉化為精制二級工業(yè)鹽。MVR蒸發(fā)器節(jié)能、環(huán)保，與多效蒸發(fā)器相比可節(jié)約60%以上的運行成本。

2.3.3 熱泵蒸發(fā)

熱泵主要是進行熱量傳輸?shù)膲嚎s機。通過熱泵提供低溫熱源來獲得高溫，并對濃鹽水進行蒸發(fā)的單元處理工藝就是熱泵蒸發(fā)。其中蒸汽噴射式熱泵主要通過熱電站或鍋爐提供的蒸汽壓力、工藝技術用汽能量品位差轉換為熱泵動力。熱泵蒸發(fā)效率較高、工藝操作簡便快捷、工藝流程安全可靠，但是其蒸發(fā)過程耗能大。

2.3.4 電蒸發(fā)

將濃鹽水送入熱交換器煮沸后送入蒸發(fā)器，并與處在流動狀態(tài)的鹽鹵相融合，然后再通過循環(huán)泵輸入蒸發(fā)器熱交換管上端的水箱；通過上邊鹽鹵分布器將其分散于管部內壁形成薄膜狀；當其在下降過程中就會促使一些鹽鹵快速蒸發(fā)。蒸汽通過除霧器進入蒸汽壓縮機，壓縮后進入蒸發(fā)器熱交換管的外壁。將蒸汽壓縮后的熱量傳送至管內溫度不斷降低的鹽鹵薄膜上，并將部分鹽鹵蒸發(fā)結晶。將蒸汽壓縮后會釋放一定的熱量，并在管外壁凝結成蒸餾水。蒸餾水通過泵送入熱交換器，并對其進行加熱，然后在余壓推動下進入產水箱，再進行加壓后回收利用。而且底部一些結晶鹽鹵被清除。電蒸發(fā)主要應用二次汽的余熱為原料液加熱，促使熱能得到充分地利用，但是當前國內還沒有引進相關的工藝技術。

2.4 機械蒸發(fā)固化的結垢問題

雖然機械蒸發(fā)固化處理技術在我國已開始應用，但是大部分的工藝運行情況都不太理想，歸根結底就是蒸發(fā)器傳熱面結垢問題沒有得到有效的處理。而結垢的主要原因是由碳酸鈣、氫氧化鎂、硫酸鈣等無機鹽沉積導致的。對于碳酸鈣等純鹽結晶研究較為普遍，但單鹽溶解度系數(shù)、速率常數(shù)并不適用于復雜系統(tǒng)的共沉淀鹽，其他鹽類的數(shù)量再少也會影響水垢的結構、強度。

3 結束語

當前國家大力推行綠色環(huán)保、節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展理念，尤其針對重工業(yè)生產帶來的水污染問題，提出了工業(yè)廢水零排放這一標準。為了確保工業(yè)廢水零排放中濃鹽水得到妥善的處理，就要采用適用、有效的濃鹽水處理技術。本文對濃鹽水減量處理法、濃鹽水固化處理法進行了深入的探究，并對其中各項處理方式進行了優(yōu)劣分析，企業(yè)可針對不同的工業(yè)廢水零排放情況而選擇更有針對性的處理方式。