高濃度鹽的處理現狀

2022-12-05 05:33:03 字數 4278 閱讀 9816

含鹽廢水是指總含鹽量(以nacl 含量計)至少為1%的廢水,主要包括含鹽工業廢水、含鹽生活汙水和其它含鹽廢水。這些廢水中含有的cl-、so42-、na+、ca2+等離子對常規生物處理有明顯的抑制作用,鹽度越大微生物生長也就越困難。這就給廢水的生物處理帶來一定的困難。

同時含鹽廢水滲入土壤系統後會使土壤中植物因脫水而死亡,直接影響周圍的生態環境。

高含鹽廢水脫鹽處理一直是乙個難以解決的問題,例如榨菜廠、腸衣廠、油氣田抽出水等,這些廢水中全鹽含量有時高達50000mg/l,並且有機汙染也非常嚴重,目前,目前對含鹽廢水的處理一般有生化降解、蒸發、電解、離子交換、膜法等方法。本文就各種處理技術的原理及其優缺點做出了闡述與對比。

1. 高濃度鹽的產生(>1%)

1.1海水代用排放的廢水

所謂海水代用就是將海水不進行淡化處理而直接替代某些場合使用的淡水資源。在工業上,海水可以廣泛的用作鍋爐冷卻水,應用到熱電、核電、石化、冶金、鋼鐵廠等行業上。發達國家年海水冷卻水用量已經超過了1000億m3。

目前我國海水的年利用量為60多億m3。青島電廠2023年就開始將海水作為工業冷卻水,至今已經有60多年的歷史。目前,青島市電力、化工、紡織等行業的12家臨海企業,年用海水8.

37億m3。天津年利用海水達到18億m3。此外,秦皇島熱電廠、黃道熱電廠和上海石化總廠等70多家臨海火力發電、核電、化工、石化等企業均已不同的方式直接利用海水。

對於印染、建材、制鹼、橡膠以及海產品加工等行業,海水還可以作為工業的生產用水。

城市生活用水。在城市生活中,海水可以替代淡水作為衝廁水。目前香港海水沖廁的普及率高達70%以上,未來計畫普及率提高到100%,並因此成為世界上唯一以海水作為衝廁水的城市。

而在大連、天津、青島、煙台等城市的個別單位,也有採用海水沖廁的實踐,但規模較小。

1.2工業生產廢水

一些工業行業在生產過程中排放出高含鹽的有機廢水,如印染、醃製、造紙、化工和農藥等行業。

1.3 其他高鹽廢水

大型船艦上的汙水是高含鹽生活汙水;某些地下水異常地區的天然水比一般淡水的含鹽量高很多,如河北平原部分地區淺層地下水為鹹水,總溶解固體濃度可以到5g/l 左右。

2.高濃度鹽處理技術

2.1 蒸餾脫鹽

蒸餾法是一種最古老、最常用的脫鹽方法。目前工業廢水的蒸餾法脫鹽技術基本上均是從海水脫鹽淡化技術基礎上發展而成。蒸餾法就是把含鹽水加熱使之沸騰蒸發,再把蒸汽冷凝成淡水的過程。

蒸餾法有很多種,如多效蒸發、多級閃蒸、壓氣蒸餾、膜蒸餾等。

2.1.1多效蒸發(med)

多效蒸發是讓加熱後的鹽水在多個串聯的蒸發器中蒸發,前乙個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源,並冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由於節能的因素,近年發展迅速,裝置的規模日益擴大,成本日益降低,主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力,採用廉價材料降低工程造價,提高操作溫度,提高傳熱效率等。

2.1.2多級閃蒸(msf)

以海水淡化為例,將原料海水加熱到一定溫度後引入閃蒸室,由於該閃蒸室中的壓力控制在低於熱鹽水溫度所對應的飽和蒸汽壓的條件下,故熱鹽水進入閃蒸室後即成為過熱水而急速地部分氣化,從而使熱鹽水自身的溫度降低,所產生的蒸汽冷凝後即為所需的淡水。多級閃蒸就是以此原理為基礎,使熱鹽水依次流經若干個壓力逐漸降低的閃蒸室,逐級蒸發降溫,同時鹽水也逐級增濃,直到其溫度接近(但高於)天然海水溫度。

(3)蒸汽壓縮冷凝(vc)

蒸汽壓縮冷凝脫鹽技術是將鹽水預熱後,進入蒸發器並在蒸發器內部分蒸發。所產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮提高壓力後引入到蒸發器的加熱側。蒸汽冷凝後作為產品水引出,如此實現熱能的迴圈利用。

當其作為迴圈冷卻水脫鹽**工藝時,可使冷卻水中的有害成份得到濃縮進放,並使95%以上的排廢水以冷凝液的形式得到**,作為迴圈水和鍋爐補充水返回系統。這種工藝對裝置材質的要求極高,執行中需消耗大量的熱量,存在一次性投入和執行費用極高的缺點,只可能在特別缺水的地區發電廠中採用。

蒸餾法是最早採用的淡化法,其優點是結構簡單、操作容易、所得淡水水質好等,但是執行成本高,能耗高,一般企業難以承受如此高的處理費用。

2.2 膜分離

近40年來,膜分離技術已迅速發展成為工業迴圈冷卻水系統中旁流處理中最重要、最廣泛採用的新型高效節能分離單元技術,電滲析(ed)、反滲透(ro)、微濾(mf)、超濾(uf)、納濾(nf)和滲透汽化(pv)等膜技術相繼發展,並成為整合處理技術系統中的關鍵技術。主要膜分離技術簡述如下:

2.2.1反滲透膜技術

反滲透膜技術是以滲透壓差作為推動力的一類膜分離過程。依據各種物料的不同滲透壓,通過ro膜技術達到分離提取、純化與濃縮的目的。ro技術的最大優點是節能,其能耗僅為電滲析的1/2,蒸餾技術的1/40,而且能夠達到深度除鹽目的。

近年來,隨著膜分離技術的快速發展,工程造價和執行成本持續降低,ro膜技術已逐漸取代傳統的離子交換、電滲析除鹽技術,成為工業水系統中首選除鹽技術。

ro膜技術今後主要發展趨勢是降低ro膜的操作壓力,提高ro系統純水產率和濃縮**率,以及廉價高效預處理技術,增強膜元件抗汙能力等。尤其近年來,在電廠迴圈冷卻水脫鹽回用領域,整合膜工藝已成為主要發展方向,其中「uf+ro」雙膜工藝已成為電廠深度除鹽的主導技術。

2.2.2電滲析技術

電滲析技術是以電位差作為推動力的一類膜分離過程。在外加直流電場作用下,利用荷電離子膜的反離子遷移原理使水中陰陽離子做定向遷移,從水溶液及其它不帶電組份中分離帶電離子組份。

ed技術作為脫鹽,在20世紀70~90年代得到廣泛應用,但由於ed只能部分除鹽,不能滿足許多任務業領域深度除鹽的技術需求且電耗高。因此,近年來已逐漸被反滲透膜技術所替代。

2.2.3納濾膜技術

與ro相比,nf技術的操作壓力較低(0.5-1.0mpa),節能效果顯著。

因此nf技術又稱低壓ro技術,是介於ro和uf之間的一種親水性膜分離過程,適宜分離分子量在 200-1000 daltons(1daltons=1.65×10-24g),分子大小約為1nm溶解組份的膜工藝。由於nf膜具有鬆散的表面層結構,存在氨基和羧基兩種正負基團,具有離子選擇性,一價離子可基本完全透過,對二價和**離子具有較高截留率,可去除約80%的總硬度、90%的色度和幾乎全部濁度及微生物,因此,nf的軟化功能近年引起重視,在工業迴圈冷卻水的排廢水回用處理中具有良好的應用前景。

2.3 生物處理

生物處理法包括活性汙泥法、sbr工藝、生物接觸氧化法、厭氧生物處理法以及耐鹽細菌法等。

活性汙泥法是廣泛應用於城市汙水和工業廢水的生物處理方法之一,它主要是利用活性汙泥為主體的汙水生物處理法。活性汙泥就是由微生物與懸浮物質、膠體物質混雜在一起所形成的具有很強吸附、分解有機物的能力和良好的沉降效能的絮狀顆粒。通過馴化活性汙泥篩選出具有良好有機物降解效能的耐鹽微生物是處理含鹽廢水的重要前提。

間歇式活性汙泥法(sbr)又稱序批式活性汙泥法,是一種有別於傳統活性汙泥法的廢水工藝。它是一種結構形式簡單、執行方式靈活多變、空間上完全混合、間歇操作為主要特徵的汙水處理生物方法。

生物接觸氧化法就是在池內填充惰性填料,利用機械裝置向水體中充氧氣,將已經充氧曝氣的汙水浸沒並流經全部填料,固定在填料上的微生物利用新陳代謝作用將汙染物去除的工藝。

厭氧生物處理是指在無氧情況下,利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學作用,對廢水中的有機物進行生化降解過程。

普通生物法大多只能處理含鹽量為3%以下的廢水,而對高鹽廢水(含鹽量5%以上)難以處理,因此需要特殊的微生物。嗜鹽細菌本身需要鹽度才能生存, 同時具有和傳統微生物相同的代謝功能,可以利用許多有機物(包括難降解和有毒物質)作為碳源。因此利用嗜鹽細菌處理高含鹽量有機化工廢水有廣闊的前景和意義。

生物處理技術因其經濟、高效而被廣泛地應用於汙水處理中,但鹽度過高時,會破壞微生物的細胞膜和菌體內的酶,對微生物的生長產生抑制作用,從而使廢水無法達到理想的處理效果。一些企業採用將進水進行稀釋的方法,使鹽度降低到微生物能夠承受的範圍,這種方法簡單,易於操作和管理;但是會增加處理規模、基建投資以及執行費用,同時造成大量水資源的浪費。

適應於淡水環境的微生物在受到高鹽度廢水衝擊時,其正常新陳代謝功能會受到抑制。但在高鹽環境中,微生物會通過自身的滲透壓調節機制來平衡細胞內的滲透壓或保護細胞內的原生質,因此通過選擇培養可以馴化出耐高鹽度的菌種。

2.4 電吸附

電吸附技術是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子,使水中溶解鹽類及其他帶電物質在電極的表面富集而實現水的淨化/淡化的一種新型水處理技術。

原水從一端進入陰陽極組成的空間,從另一端流出。原水在陰、陽極之間流動時受到電場的作用,水中帶電粒子分別向帶相反電荷的電極遷移,被該電極吸附並儲存在雙電層內。隨著電極吸附帶電粒子的增多,帶電粒子在電極表面富集,最終實現與水的分離,使水中的溶解鹽類及其他帶電物質滯留在電極表面,獲得淨化/淡化的出水。

est具有執行成本低、應用範圍廣、操作方便、可靠、幾乎無須檢修以及不產生任何導致環境汙染的二次排放物等優點,因而以est模組為核心組裝而成的處理裝置適用於工業水除鹽和軟化、飲用水除鹽等。

3. 可行性方案

3.1 各種方法的比較

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