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技術解析 | 高鹽工業廢水零排放技術研究進展

發布時間:2018-11-30 13:25            

隨著《水污染防治行動計劃》、新修訂的《中華人民共和國環境保護法》等一系列政策法規的出臺與實施,高鹽工業廢水零排放已成為一種發展趨勢。

對用于高鹽工業廢水零排放的廢水濃縮工藝的熱濃縮技術(多級閃蒸、多效蒸發、機械式蒸汽再壓縮)和膜濃縮技術(納濾、反滲透、電滲析、正滲透、膜蒸餾)進行了綜述,并展望了結晶廢渣的處理方法。

國家統計局數據顯示,2006—2015年我國工業用水量維持在1350億m3/a左右,占全國總用水量的1/4以上,且用水效率偏低。

我國工業用水浪費情況嚴重,重復利用率約為40%,僅為發達國家的1/2,大量排放的工業廢水對環境造成重大破壞。

《2015年環境統計年報》顯示,2015年我國工業廢水排放量為199.5億t,同比減少2.9%。

盡管我國工業廢水排放量有逐年減少之勢,但由于基數過大,現階段工業污水排放量依然十分巨大。

1、高鹽工業廢水的來源及現狀

高鹽工業廢水所含鹽類主要為Cl-、SO42-、Na+、Ca2+、K+等,不同行業的工業廢水所含無機鹽離子有很大不同。

含鹽量一般以氯化鈉計,其中總含鹽質量分數至少為1%。高鹽工業廢水的來源主要有3個:

(1)在沿海缺水地區,海水淡化過程中產生的大量濃縮廢水;

(2)工業生產過程中直接排放的高鹽廢水;

(3)工業生產過程中廢水循環利用產生的鹽水。

我國高鹽廢水產生量占總廢水量的5%,且每年仍以2%的速度增長。

高鹽廢水若未經有效處理直接排放,會造成嚴重的環境污染。

2、高鹽工業廢水濃縮工藝

高鹽工業廢水零排放的投資、運行成本較高,而決定成本的關鍵因素是蒸發結晶系統的廢水處理量,

若能在廢水進入蒸發結晶前進行高倍濃縮,高鹽工業廢水的零排放成本將大大降低。

高鹽廢水濃縮工藝種類眾多,根據處理對象及適用范圍的不同,

主要將高鹽廢水濃縮工藝分為熱濃縮和膜濃縮技術,二者關系并非彼此對立,實際工程中常將2種濃縮技術耦合,協同作用以實現高鹽廢水零排放。

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。

熱濃縮主要適于處理高TDS和高COD的廢水,這類廢水的COD通常高達數萬到數十萬毫克每升。

MSF技術起步于20世紀50年代,是最早應用的蒸餾技術。

加熱至一定溫度的高含鹽廢水依次在一系列壓力逐漸降低的容器中實現閃蒸氣化,然后將蒸汽冷凝后得到淡水。

MSF技術最初應用于海水淡化領域,由于其工藝成熟,運行可靠,現已發展應用于多種工業廢水的處理與回用中。

但硫酸鹽結垢問題限制了MSF的首效蒸汽溫度,從而影響了運行成本,同時MSF技術還存在產品水易受污染、設備投資大等缺點。

在實際使用中常將MSF與RO或UF相結合,使得這些缺點得以彌補。

A. M. Hassan提出了NF-RO-MSF系統,用NF膜去除廢水中的結垢離子,使MSF系統得到更高的首效溫度,不僅提高了清潔水的生產率,同時延長了MSF系統的使用壽命。

在此基礎上,A. N. A. Mabrouk等發展了NF-MSF-DBM(曝氣與鹽水混合)裝置,中試結果表明,該裝置的首效溫度能夠提升到100~130 ℃,造水比達到原有MSF系統的2倍,產水率增加19%,同時成本降低了14%。

MED技術以單效蒸發為基礎,利用前效產生的二次蒸汽作為后效的加熱蒸汽,

同時后一效的操作壓力和溶液的沸點相應降低,后一效的加熱室成為前一效的冷凝器,將多個蒸發器串聯起來一起運行,組成多效蒸發過程。

多效蒸發能耗與效數關系如表 1所示。

表 1 多效蒸發能耗與效數關系(以蒸發量為1 t水計)

MED的優點是:便于分離晶體,可將廢水中的不揮發性溶質和溶劑徹底分離;

殘余濃縮液少,熱解作用后易處理;

靈活應用,能根據實際情況處理高濃度廢水和低濃度廢水,既能單獨使用,也能與其他方法一起使用。

但不可避免的是,MED效數增加,相應地設備投資也增加,同時每一效的傳熱溫差損失增加,設備生產強度降低。

工業上為優化MED系統,常將其與其他脫鹽技術耦合使用,如利用NF膜對MED進水進行預處理,首效溫度能從65 ℃升到125 ℃,且沒有結垢危險。

M.Turek等將NF-RO-MED-Cr(結晶器)系統用于海水淡化上,結果發現回收率達到78.2%,成本降低至0.5美元/m3。

MVR技術又稱機械熱壓縮技術,與傳統的蒸發技術相比,最顯著的區別在于傳統蒸發的能源來自蒸汽。

蒸發過程中損失的能量都來自蒸汽,而MVR技術的能源來自電力。

通過蒸汽壓縮機做功,將物料蒸發產生的低溫低壓蒸汽壓縮成高溫高壓的蒸汽,再次作為熱源對原料液進行加熱,最大程度地回收了蒸汽潛能。

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