1 高鹽廢水處理概述

高鹽廢水處理是現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展面臨的重大環(huán)保問題。綜合利用是解決高鹽廢水瓶頸的重要路徑。高鹽廢水回用技術(shù)的應(yīng)用是取得顯著經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益的重要保障。本文基于高鹽廢水處理現(xiàn)狀及研究進(jìn)展展開論述。

現(xiàn)階段，規(guī)?；幚砀啕}廢水仍然存在處理效率低、運(yùn)行成本高的特點，還存在很多需要突破和解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。例如，采用正滲透法處理高鹽廢水時，正滲透膜和汲取液等核心問題仍未很好解決；如何提高反滲透處理的水量，如何延長膜件的使用壽命，如何有效防止膜污染等問題仍需函待解決。

1、高鹽廢水簡介

高鹽廢水指來源于生活污水和工業(yè)廢水的總含鹽量大于1%的排放廢水，含有較高的如Cl-，SO42-，Na+，Ca2+等無機(jī)離子，也含有如甘油、中低碳鏈的有機(jī)物。由于其成分復(fù)雜多樣，鹽分高，對微生物生長具有較強(qiáng)的抑制作用，因此該廢水處理技術(shù)難度遠(yuǎn)比普通污水處理要大得多。我國高鹽廢水產(chǎn)生數(shù)量在總廢水中達(dá)5%，每年仍以2%的速率增長。因此，高鹽廢水處理在污水處理中有重要地位，是廢水處理研究的重點，也是難點。目前研究和常用的高鹽廢水方法有蒸發(fā)法、電解法、膜分離法、焚燒法和生物法等。高鹽廢水是指以NaCl含量計算的總鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于1%的廢水。這類廢水除了含有有機(jī)污染物外，還含有鈣、鎂、鈉、氯和硫酸根等大量可溶性無機(jī)鹽離子，甚至含有放射性物質(zhì)。

高鹽廢水主要來源以下幾個途徑：

（1）海水：通常來源于沿海城市工業(yè)用水過程中的排水或冷卻循環(huán)水。

（2）工業(yè)生產(chǎn)：高鹽廢水主要來源印染、煉化、采油、制藥和制鹽等企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的排水。

（3）含鹽生活污水：主要來源于海水利用，將海水用于城市生活中的消防、沖灑道路、沖廁等不與人體直接接觸的生活雜用水。

（4）含鹽量高的地下水：有些地區(qū)的地下水中含鹽量較高，總?cè)芙庑怨腆w含量大，例如內(nèi)蒙古河套部分地區(qū)、河北平原部分淺層地下水出現(xiàn)微咸水和咸水。

2、高鹽廢水處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點分析

2.1 高效蒸發(fā)技術(shù)

高鹽水的高效蒸發(fā)技術(shù)一般是針對鹽分含量在4萬mg/L以上的高鹽廢水，對于鹽含量在1%～4%的低濃度高鹽水來說，高效蒸發(fā)技術(shù)具體來說主要有：多效蒸發(fā)技術(shù)、機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)。多效蒸發(fā)技術(shù)指的是同時使用多個串聯(lián)的蒸發(fā)，熱的蒸汽依次通過幾個蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)的熱蒸汽再進(jìn)入后一個蒸發(fā)，逐級蒸發(fā)，有效利用熱源，達(dá)到高鹽廢水除鹽的目的。機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)簡稱MVR技術(shù)，是一種借助蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行熱源有效利用的工藝，通過蒸汽的再次壓縮獲得動力，并不斷往復(fù)，以提高蒸汽的熱利用效率。高效蒸發(fā)的技術(shù)可以成功分離廢水中的鹽分和水分，然后再分別進(jìn)行處理，是比較徹底的處理高鹽廢水的方法，所以，目前這種技術(shù)在煤化工和醫(yī)藥、農(nóng)藥行業(yè)都有比較廣泛的應(yīng)用。但是對于鹽水中的有機(jī)污染物含量過高的鹽水，蒸發(fā)過程中非常容易產(chǎn)生泡沫造成沖料，同時還可能影響鹽的品質(zhì)，導(dǎo)致出鹽夾帶過多有機(jī)物，還需要繼續(xù)處理。

2.2 生物法脫鹽

此工藝主要利用的微生物氧化分解有機(jī)物。微生物能處理吸附有害的有機(jī)污染物，高鹽廢水通過它的降解后能夠轉(zhuǎn)化大量的有機(jī)物為無機(jī)物，廢水通過凈化而再次應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，此工藝方法具有其他物理化學(xué)處理方法不同的優(yōu)勢，環(huán)保且安全性更強(qiáng)。微生物種類多種多樣、面對各種污染廢水的環(huán)境能夠通過變異具有很強(qiáng)的適應(yīng)性、且新陳代謝能力好，可以產(chǎn)生專一性的降解酶處理各類高鹽廢水，潛力較大。如生物接觸氧化工藝有著抗毒、耐沖擊、微生物較為穩(wěn)定、具有很強(qiáng)的容積負(fù)荷性、能夠保持污泥齡的優(yōu)勢，作為生物脫鹽技術(shù)來說十分常用。比常規(guī)的活性污泥處理方法的水力停留時間更短。

例：兩段式接觸氧化工藝可以把廢水的含無機(jī)鹽濃度降低到2.5*104mg/L以下，能達(dá)到95%的COD去除率。厭氧技術(shù)及其改良工藝?yán)脜捬蹙⑾趸?xì)菌、嗜鹽菌等微生物對高鹽廢水特殊的環(huán)境適應(yīng)性達(dá)到降低鹽分的作用，他們能在高鹽的水域環(huán)境中維持體內(nèi)的低水活度，從而達(dá)到降低高鹽廢水COD的目的。據(jù)資料了解，若泥齡為18日左右，嗜鹽菌在SBR反應(yīng)容器中能夠達(dá)到95%的COD處理率，高于61%的氨氮處理率。但目前我國對此方法的工藝技術(shù)還不完善，技術(shù)熟練度不高，但生物法脫鹽的環(huán)保性，經(jīng)濟(jì)性將在未來高鹽廢水處理中擁有很好的前景。

2.3 膜處理技術(shù)

膜蒸餾是一種新型的水處理技術(shù)，其特點是無需加熱加壓，只需要在常溫常壓的條件下進(jìn)行處理，其過濾材料是疏水微孔膜。采用膜蒸餾技術(shù)進(jìn)行水處理時，利用被處理液體中所包含的易揮發(fā)性物質(zhì)所揮發(fā)形成的氣體，在處理膜兩側(cè)形成壓力差，并透過處理膜，最終實現(xiàn)篩選分離的一種處理技術(shù)。與傳統(tǒng)回收方法相比，該方法操作簡單，一次性投資少，回收濃水的效率非常高。孫項城研究表明，膜蒸餾技術(shù)處理穩(wěn)定，脫鹽率高達(dá)99%。聶瑩瑩等選擇中壓反滲透、高壓反滲透和超高壓反滲透作為高濃鹽水處理的核心工藝，并經(jīng)美國陶氏ROSA軟件計算，確定了中壓反滲透、高壓反滲透和超高壓反滲透單元的結(jié)構(gòu)和膜元件類型。最終確定“調(diào)節(jié)池+高效沉淀池+汽水反沖濾池+超濾+高壓反滲透+DTRO+蒸發(fā)結(jié)晶”的處理工藝。采用此系統(tǒng)處理后，最終可將高濃鹽水轉(zhuǎn)化為回用水、污泥和鹽泥，實現(xiàn)系統(tǒng)零排放，系統(tǒng)每噸水的處理成本為23.243元。美國哥倫比亞大學(xué)研發(fā)利用“反滲透+膜蒸餾（MD）”技術(shù)對濃鹽水進(jìn)行處理用以鹽的回收利用，該方案現(xiàn)處于實驗研究階段，分別將NaCl溶液、合成海水、高鹽水通過該工藝組合，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性，相對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，出鹽品質(zhì)很好，水的回收率可達(dá)到90%以上。波蘭Marian Turek等人采用“電滲析（ED）+蒸發(fā)結(jié)晶”技術(shù)，該組合工藝相對于單一的蒸發(fā)濃縮和結(jié)晶，結(jié)晶出一噸鹽的電耗從970kW·h降至500kW·h，節(jié)能效果明顯，該處理系統(tǒng)在ED膜和蒸發(fā)結(jié)晶之前進(jìn)行了預(yù)處理，投加氫氧化鈣，去除部分硬度和硅，以利于ED膜更好的工作。

3、高鹽有機(jī)廢水未來處理技術(shù)展望

高鹽有機(jī)廢水處理主要存在物理化學(xué)法處理成本高，生物法占地面積大等因素制約，尤其是含鹽量過高的高鹽廢水鹽度嚴(yán)重影響了生物法在高鹽度廢水處理中的應(yīng)用。因此未來高鹽有機(jī)廢水處理工藝研究，主要集中在高效快捷的高鹽有機(jī)廢水處理的生物反應(yīng)器及其多種方法的組合工藝。機(jī)理研究主要集中在嗜鹽菌的降鹽機(jī)理和工藝條件。

2 高鹽廢水處理工藝對比

目前，處理高鹽廢水的工藝有多效蒸發(fā)技術(shù)、生物法、SBR工藝、MBR工藝等。

多效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)

在工業(yè)含鹽廢水的處理過程中，工業(yè)含鹽廢水進(jìn)入低溫多效濃縮結(jié)晶裝置，經(jīng)過5-8效蒸發(fā)冷凝的濃縮結(jié)晶過程，分離為淡化水（淡化水可能含有微量低沸點有機(jī)物）和濃縮晶漿廢液；無機(jī)鹽和部分有機(jī)物可結(jié)晶分離出來，焚燒處理為無機(jī)鹽廢渣；不能結(jié)晶的有機(jī)物濃縮廢液可采用滾筒蒸發(fā)器，形成固態(tài)廢渣，焚燒處理；淡化水可返回生產(chǎn)系統(tǒng)替代軟化水加以利用。

低溫多效蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于化工生產(chǎn)的濃縮過程和結(jié)晶過程，還可以應(yīng)用于工業(yè)含鹽廢水的蒸發(fā)濃縮結(jié)晶處理過程中。

多效蒸發(fā)流程只在第一效使用了蒸汽，故節(jié)約了蒸汽的需要量，有效地利用了二次蒸汽中的熱量，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

生物法

生物處理是目前廢水處理最常用的方法之一，它具有應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)高效無害等特點。

一般情況下，常用的生物法有傳統(tǒng)活性污泥法和生物接觸氧化法兩種。

傳統(tǒng)活性污泥法

活性污泥法是一種污水的好氧生物處理法，目前是處理城市污水最廣泛使用的方法。它能從污水中去除溶解性的和膠體狀態(tài)的可生化有機(jī)物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他一些物質(zhì)，同時也能去除一部分磷素和氮素。

活性污泥法去除率高，適用于處理水質(zhì)要求高而水質(zhì)比較穩(wěn)定的廢水。但是 不善于適應(yīng)水質(zhì)的變化，供氧不能得到充分利用；空氣供應(yīng)沿池水平均分布，造成前段氧量不足后段氧量過剩；曝氣結(jié)構(gòu)龐大，占地面積大。

生物接觸氧化法

生物接觸氧化法是主要利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進(jìn)行有機(jī)污水處理的方法。

生物接觸氧化法是一種浸沒生物膜法，是生物濾池和曝氣池的綜合體，兼有活性污泥法和生物膜法的特點，在水處理過程中有很好的效果。

生物接觸氧化法有較高的容積負(fù)荷，對沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力；污泥生成量少，運(yùn)行管理簡便，操作簡單，耗能低，經(jīng)濟(jì)高效；具有活性污泥法的優(yōu)點，生物活性高，凈化效果好，處理效率高，處理時間短，出水水質(zhì)好而穩(wěn)定；能分解其它生物處理難分解的物質(zhì)，具有脫氧除磷的作用，可作為三級處理技術(shù)。

SBR工藝

SBR是序批式活性污泥法( Sequencing Batch Reactor) 的縮寫，作為一種間歇運(yùn)行的廢水處理工藝，近年來在國內(nèi)外被引起廣泛重視和研究的一種污水處理技術(shù)。

SBR的工作程序是由流入、反應(yīng)、沉淀、排放和閑置五個程序組成。污水在反應(yīng)器中按序列、間歇地進(jìn)入每個反應(yīng)工序，每個SBR反應(yīng)器的運(yùn)行操作在時間上也是按次序排列間歇運(yùn)行的。

SBR法具有以下特點：工藝簡單，占地面積小、設(shè)備少、節(jié)省投資。理想的推流過程使生化反應(yīng)推力大、處理效率高、運(yùn)行方式靈活、可以除磷脫氮、污泥活性高，沉降性能好、耐沖擊負(fù)荷，處理能力強(qiáng)。

雖然法SBR以上優(yōu)點，但也有一定的局限性，如進(jìn)水流量大，則需要調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)，從而增大投資；而對出水水質(zhì)有特殊要求，如脫氮除磷等還需要對工藝進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。

MBR工藝

MBR是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型高效污水處理工藝，它用具有獨特結(jié)構(gòu)的MBR平片膜組件置于曝氣池中，經(jīng)過好氧曝氣和生物處理后的水，由泵通過濾膜過濾后抽出。

MBR工藝設(shè)備緊湊，占地少；出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，有機(jī)物去除效率高；剩余污泥產(chǎn)量少 ，降低了生產(chǎn)成本；可去除氨氮及難降解有機(jī)物 ；易于從傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造。但是，膜造價高，使膜生物反應(yīng)器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝；膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來不便；能耗高，工藝要求高。

電解工藝

在高鹽度條件下，廢水具有較高的導(dǎo)電性，這一特點為電化學(xué)法在高鹽度有機(jī)廢水處理方面提供了良好的發(fā)展空間。

高鹽廢水在電解池中發(fā)生一系列氧化還原反應(yīng)，生成不溶于水的物質(zhì)，經(jīng)過沉淀(或氣浮)或直接氧化還原為無害氣體除去，從而降低COD。

溶液中的氯化鈉電解時，在陽極上所生成的氯氣，有一部分溶解在溶液中發(fā)生次級反應(yīng)而生成次氯酸鹽和氯酸鹽，對溶液起漂白作用。正是上述綜合的協(xié)同作用使溶液中有機(jī)污染物得到降解。

因為電化學(xué)理論的局限性，高耗能，電力缺乏等問題，目前電解處理高鹽廢水工藝還是處于研究階段。

離子交換法

離子交換是一個單元操作過程，在這個過程中，通常涉及到溶液中的離子與不溶性聚合物(含有固定陰離子或陽離子)上的反離子之間的交換反應(yīng)。

采用離子交換法除鹽時，廢水首先經(jīng)過陽離子交換柱，其中帶正電荷的離子(Na+等)被H+置換而滯留在交換柱內(nèi)；之后，帶負(fù)電荷的離子(CI-等)在陰離子交換柱中被OH-置換，以達(dá)到除鹽的目的。

但該法一個主要問題是廢水中的固體懸浮物會堵塞樹脂而失去效果，還有就是離子交換樹脂的再生需要高昂的費用且交換下來的廢物很難處理。

膜分離法

膜分離技術(shù)是利用膜對混合物中各組分選擇透過性能的差異來分離、提純和濃縮目標(biāo)物質(zhì)的新型分離技術(shù)。

目前常用的膜技術(shù)有超濾、微濾、電滲析及反滲透。其中的超濾、微濾用于高鹽廢水的處理時，不能有效去除污水中的鹽分，但可以有效截留懸浮固體(SS)及膠體COD；電滲析(electrodialysis)和反相滲透(RO)技術(shù)是最有效和最常用的脫鹽技術(shù)。

另外，反滲透技術(shù)還能去除部分溶解性有機(jī)物，這是其他脫鹽技術(shù)不能夠達(dá)到的，但是由于其處理成本高、操作經(jīng)驗不足，反滲透技術(shù)在城市污水處理及工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用受到了一定限制。

而且，膜技術(shù)處理高濃度含鹽廢水時，膜易被污染，從而導(dǎo)致操作過程難以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。況且噸級廢水進(jìn)行膜處理成本高，企業(yè)難以承受。

3 高鹽廢水高倍率濃縮處理膜法工藝特點

下面分析幾種高鹽廢水高倍率濃縮處理膜法工藝的技術(shù)特點和應(yīng)用局限，可以根據(jù)不同水質(zhì)和工況，有針對性的選擇零排放預(yù)濃縮工藝。

1.NF/RO組合工藝

技術(shù)特點：無需完全軟化；NF可有效去除COD(生化出水80-90%去除率)，有效去除硬度和多價離子；產(chǎn)水無膠體懸浮物，可防止下游蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)硫酸鈉結(jié)垢；回收率高、系統(tǒng)穩(wěn)定、CIP效率高等。

應(yīng)用局限：膜系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，過程控制精細(xì)。

2 深度軟化預(yù)處理RO

技術(shù)特點：多級深度軟化；高pH運(yùn)行可防止有機(jī)物和硅污染；當(dāng)原水TDS較低時獲得>90%的回收率；

應(yīng)用局限：化學(xué)品消耗量大，RO膜有機(jī)物污染風(fēng)險大。

3 化學(xué)沉淀+過濾+DT/ST RO

技術(shù)特點：連續(xù)在線化學(xué)沉淀；高錯流連續(xù)過濾；高錯流寬流道RO系統(tǒng)；系統(tǒng)可超高壓穩(wěn)定運(yùn)行。

應(yīng)用局限：化學(xué)品消耗量大，能耗高，設(shè)備投資昂貴。

4 軟化+RO+DTRO

技術(shù)特點：利用DIRO寬流道高錯流防止膜污染；系統(tǒng)可超高壓穩(wěn)定運(yùn)行。

應(yīng)用局限：能耗高，設(shè)備投資昂貴。

兩級DTRO的工藝流程：

5 正滲透FO

技術(shù)特點：采用高濃度的提取液；依靠滲透壓差，系統(tǒng)可以實現(xiàn)特高濃度濃縮。

應(yīng)用局限：工業(yè)化不成熟，膜通量低，投資昂貴。

6 高鹽廢水的水質(zhì)限制及常見解決方案

以下為高鹽廢水濃縮過程中污染物對系統(tǒng)運(yùn)行的限制及對應(yīng)的解決方案。