膜浓缩技术在高盐废水零排放处理中的应用

膜集成工艺

01 高效反渗透工艺(HERO)

高效反渗透因运行稳定、成本低、占地空间小等优点，在国外已经有了非常广泛的应用，工艺流程如图5所示。该工艺主要包括完全软化(通过化学软化联合树脂软化深度降硬)及除固、二氧化碳去除和反渗透3个核心步骤。与传统的反渗透浓缩工艺相比，高效反渗透工艺主要具有如下几个特点。

(1)完全软化高效反渗透工艺采用化学软化与树脂软化对废水中的硬度进行深度去除，控制产水硬度(以CaCO3计)小于1×10-6。因此，后续由硬度产生的潜在结垢风险小，系统运行稳定，水回收率可达90%以上。

(2)高pH运行由于HERO预处理的产水硬度极低，因此可在相对较高的pH条件下运行(pH=9~10)。

高pH运行条件可以有效地减少微生物污染、硅垢和有机物污染，使得系统运行更加稳定，膜使用寿命更长。

但该技术所存在的问题是，为了满足超滤和反渗透的进水要求，HERO工艺在前端废水处理中需要投加大量的软化药剂进行除垢，清除废水中的钙、镁等杂质。

这对于硬度非常高的废水(如电厂脱硫废水)，完全软化的药剂费用非常高昂。另外，为了维持高pH，还需要消耗大量碱。

02 常温结晶-反渗透耦合工艺(ATC-RO)

常温结晶-反渗透技术是在传统反渗透系统的浓水回路中引入一个常温结晶过程，以过饱和驱动的自发结晶取代化学药剂引发的化学反应，大幅减少预处理药剂使用量，从而打破难溶盐溶解度对膜系统回收率的限制，在无需深度除硬预处理的条件下，ATC-RO工艺可实现较高的水回收率，并将部分硬度转化为2价盐副产品进行回收，流程见图6。

该技术的优势如下：

(1)预处理措施简捷与HERO技术相比，ATC-RO技术无需彻底脱除原水中的硬度，因此药剂消耗量少，同时通过常温结晶对过饱和度的有效控制，保证工艺的水回收率达到90%以上。

(2)设备投资低ATC-RO工艺省去了离子交换树脂、脱气塔等设备，降低了设备整体能耗。

(3)废水无机盐资源化与传统石灰-纯碱软化技术相比，常温结晶-反渗透技术中的钙离子通过结晶以高纯度硫酸钙的形式排出系统，在预处理软化过程中污泥量显著减少。副产高纯度的CaSO4盐，提高资源化水平。

03 电渗析-反渗透耦合工艺(ED-RO)

ED-RO耦合工艺结合了ED高浓缩极限和反渗透高脱盐率的特点，可对高含盐废水实现连续处理，在得到高品质回用脱盐水(TDS≤500 mg/L)的同时，将盐水的盐度浓缩至200g/L以上。

ED-RO工艺流程如图7所示，原水与经RO单元处理后的浓水中的一部分作为ED单元淡室进水，部分脱盐后的淡水进入反渗透单元进行脱盐处理，得到产品水;另一部分作为ED单元浓水进水，最终得到系统浓水。

在实际运行过程中，电渗析离子迁移过程中会夹带一定量的水进入ED浓室，可通过控制浓室循环水的外排量，最终实现对原水盐分的高倍率浓缩。

ED-RO高浓缩极限的特点可大幅度降低后续蒸发器的处理规模，进而降低零排放总体工艺的投资成本和运行成本。

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