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高盐工业废水零排放技术研究进展

北极星环保网来源:工业水处理 陈富2018/10/19 10:54:13我要投稿

北极星环保网讯:随着《水污染防治行动计划》、新修订的《中华人民共和国环境保护法》等一系列政策法规的出台与实施,高盐工业废水零排放已成为一种发展趋势。对用于高盐工业废水零排放的废水浓缩工艺的热浓缩技术(多级闪蒸、多效蒸发、机械式蒸汽再压缩)和膜浓缩技术(纳滤、反渗透、电渗析、正渗透、膜蒸馏)进行了综述,并展望了结晶废渣的处理方法。

国家统计局数据显示,2006—2015年我国工业用水量维持在1 350亿m3/a左右,占全国总用水量的1/4以上,且用水效率偏低。我国工业用水浪费情况严重,重复利用率约为40%,仅为发达国家的1/2,大量排放的工业废水对环境造成重大破坏。《2015年环境统计年报》显示,2015年我国工业废水排放量为199.5亿t,同比减少2.9%。尽管我国工业废水排放量有逐年减少之势,但由于基数过大,现阶段工业污水排放量依然十分巨大。

1高盐工业废水的来源及现状

高盐工业废水所含盐类主要为Cl-、SO42-、Na+、Ca2+、K+等,不同行业的工业废水所含无机盐离子有很大不同。含盐量一般以氯化钠计,其中总含盐质量分数至少为1%。高盐工业废水的来源主要有3个:

(1)在沿海缺水地区,海水淡化过程中产生的大量浓缩废水;

(2)工业生产过程中直接排放的高盐废水

(3)工业生产过程中废水循环利用产生的盐水。我国高盐废水产生量占总废水量的5%,且每年仍以2%的速度增长。高盐废水若未经有效处理直接排放,会造成严重的环境污染。

2高盐工业废水浓缩工艺

高盐工业废水零排放的投资、运行成本较高,而决定成本的关键因素是蒸发结晶系统的废水处理量,若能在废水进入蒸发结晶前进行高倍浓缩,高盐工业废水的零排放成本将大大降低。高盐废水浓缩工艺种类众多,根据处理对象及适用范围的不同,主要将高盐废水浓缩工艺分为热浓缩和膜浓缩技术,二者关系并非彼此对立,实际工程中常将2种浓缩技术耦合,协同作用以实现高盐废水零排放。

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。热浓缩主要适于处理高TDS和高COD的废水,这类废水的COD通常高达数万到数十万毫克每升。

MSF技术起步于20世纪50年代,是最早应用的蒸馏技术。加热至一定温度的高含盐废水依次在一系列压力逐渐降低的容器中实现闪蒸气化,然后将蒸汽冷凝后得到淡水。MSF技术最初应用于海水淡化领域,由于其工艺成熟,运行可靠,现已发展应用于多种工业废水的处理与回用中。

但硫酸盐结垢问题限制了MSF的首效蒸汽温度,从而影响了运行成本,同时MSF技术还存在产品水易受污染、设备投资大等缺点。在实际使用中常将MSF与RO或UF相结合,使得这些缺点得以弥补。A. M. Hassan提出了NF-RO-MSF系统,用NF膜去除废水中的结垢离子,使MSF系统得到更高的首效温度,不仅提高了清洁水的生产率,同时延长了MSF系统的使用寿命。

在此基础上,A. N. A. Mabrouk等发展了NF-MSF-DBM(曝气与盐水混合)装置,中试结果表明,该装置的首效温度能够提升到100~130 ℃,造水比达到原有MSF系统的2倍,产水率增加19%,同时成本降低了14%。

MED技术以单效蒸发为基础,利用前效产生的二次蒸汽作为后效的加热蒸汽,同时后一效的操作压力和溶液的沸点相应降低,后一效的加热室成为前一效的冷凝器,将多个蒸发器串联起来一起运行,组成多效蒸发过程。多效蒸发能耗与效数关系如表 1所示。

表 1 多效蒸发能耗与效数关系(以蒸发量为1 t水计)

QQ截图20181019104127.jpg

MED的优点是:便于分离晶体,可将废水中的不挥发性溶质和溶剂彻底分离;残余浓缩液少,热解作用后易处理;灵活应用,能根据实际情况处理高浓度废水和低浓度废水,既能单独使用,也能与其他方法一起使用。但不可避免的是,MED效数增加,相应地设备投资也增加,同时每一效的传热温差损失增加,设备生产强度降低。工业上为优化MED系统,常将其与其他脱盐技术耦合使用,如利用NF膜对MED进水进行预处理,首效温度能从65 ℃升到125 ℃,且没有结垢危险。M.Turek等将NF-RO-MED-Cr(结晶器)系统用于海水淡化上,结果发现回收率达到78.2%,成本降低至0.5美元/m3

MVR技术又称机械热压缩技术,与传统的蒸发技术相比,最显著的区别在于传统蒸发的能源来自蒸汽,蒸发过程中损失的能量都来自蒸汽,而MVR技术的能源来自电力,通过蒸汽压缩机做功,将物料蒸发产生的低温低压蒸汽压缩成高温高压的蒸汽,再次作为热源对原料液进行加热,最大程度地回收了蒸汽潜能。

延伸阅读:

处理高盐废水三类流行的蒸发系统

高盐废水形成及其处理技术进展

高盐度废水处理工艺

多效蒸发技术在高盐废水处理中这样应用

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