探究高盐废水膜处理关键技术及其资源化利用

潘春雷，舒泽慧，蔡步翔，蒋建勇

（1.浙江瑞阳环保科技有限公司，浙江 温州 325200；2.浙江精一企业咨询有限公司；浙江 温州 325200；3.天能控股集团有限公司；浙江 湖州 313100）

绿色、环保等发展理念在工业领域的渗透，对工业水的利用率提出了较高要求，促使我国进一步加大了对各项水处理技术的研究。企业为实现节能降耗的目标，越来越重视对工业用水成本的控制，并采取了一系列的节水措施，旨在提高工业水的利用率，尤其是在环境保护与节能降耗的要求下，对高盐废水的排放提出了更高要求，因而如何通过对高盐废水有效处理降低环境污染，并通过对高盐废水的资源化利用实现节能降耗，目前已经成为各行业企业关注的焦点。

1 高盐废水的主要来源

高盐废水是指含有较高浓度盐分的工业废水，其含盐浓度主要与废水排放源头有关。高盐废水主要来源于沿海地区的水产品养殖废水、土壤盐渍化区域的工农业排水等。另外，在工业生产领域，如冶金、煤化工、印染、采矿等领域均有大量高盐废水排放，其中含有的污染物相比于农业、水产养殖业等领域的高盐废水更加复杂，特别是受蒸腾作用的影响，高盐废水的大量排放，会加剧土壤的盐渍化问题。

2 高盐废水膜处理关键技术

2.1 膜分离技术

2.1.1 反渗透技术

反渗透技术主要是针对浓缩液的处理，在压力差的作用下促进废水的逆向渗透，即从膜的低压侧向高压侧扩散的方式，经反渗透处理能得到渗滤液、浓缩液等产物。该技术的应用具有较高的脱盐率，常用于盐度相对较低的高盐废水处理。

2.1.2 超滤技术

该技术主要是通过膜表面的微孔实现对高盐废水中对应物质的选择性分离。在特定压力的作用下，废水经过膜表面，其中的大分子物质被膜截留，而小分子物质会直接透过膜，这样一来就可以将废水中的大小分子物质进行分离。该技术适用于常温环境，处理装置的结构比较简单，特别是在食品脱盐领域有着广泛的应用。

2.1.3 纳滤技术

纳滤膜属于纳滤技术的核心组件，其具有很强的除污效果。该技术有较高的过滤精度，在处理高盐废水时有较高的稳定性，且纳滤膜具有易于维护的特点，在食品工程、制药工程等领域有着广泛的应用。高盐废水的膜处理工艺中，采用纳滤技术能够去除多数易结垢的正离子，其膜自身带有正电荷的特性，对COD的污堵具有较强的抵抗性，一般用于RO反渗透的预处理阶段，以减少易积垢离子对RO膜造成的污染[1]。

2.2 膜浓缩技术

2.2.1 电渗析技术

采用电渗析技术对废水进行处理，主要是在阴阳离子交换膜的相互作用以及电场力的作用下，使废水中的阴离子与阳离子产生定向移动，并按照离子浓度的增加与减少形成浓室与淡室，从而通过这种方式将高盐废水中的盐分进行分离与浓缩。

2.2.2 离子交换膜技术

该技术主要是采用一种高分子膜实现对高盐废水的处理，这种高分子膜含有离子集团，其对高盐废水中的阴离子与阳离子具有选择透过性，并按照使用功能与结构的不同，可以分为多种类型，一般在电渗析技术中主要将离子交换膜当成渗透膜。

3 基于膜处理工艺的高盐废水资源化利用

3.1 高盐废水的预处理

在对高盐废水进行预处理时，工作人员需要做好对废水水质的分析，并结合高盐废水水质情况制定合适的预处理方案，而且需要结合高盐废水的水质分析结果，对不同水质情况的废水采取不同的预处理手段。如高盐废水中有较高的COD成分，可以在膜处理中设置高级氧化过程，以有效降低废水中COD的浓度[2]。如果高盐废水的硬度较高，可以综合采取有机膜、离子交换、化学软化系统，有效降低二价及以上的离子浓度。

在预处理环节，硅、硬度、悬浮物等都属于需要重点处理的对象，可以采取超滤、微滤等膜处理工艺，相较于传统的砂滤与多介质处理工艺，微滤及超滤等多种工艺手段的综合使用具有低能耗、硬度及硅去除性强等优势。为了保障高盐废水的预处理效果，可以在增强织物上制膜，从而实现膜分离与膜强度功能的统一，提高膜的耐用性，保障膜分离的效果。为了提高膜的使用周期，需要有效应对膜丝脱皮问题，如通过渗透涂覆工艺手段，使功能层和编织管共同形成一种铆钉式的结构，在膜层与支撑层相互渗透的基础上为结构的稳定性提供保障。

3.2 中水回用

为了进一步减少工业生产中的高盐废水排放量，可以综合采用多种膜处理工艺，最大限度地提高膜处理效果。如采用高效反渗透HERO技术，该技术主要是离子交换技术、药剂软化预处理等技术手段的综合利用，可有效降低废水硬度，并在脱气塔的作用下去除其中的CO2，上述操作完成以后需要用碱调节进水的pH值，一般控制在10以上，这种方式能够有效防止膜结垢、堵塞等问题，较高的pH值还能减少碱洗的次数，相比于常规的反渗透技术，该种技术可以将最高含氧量浓缩至50 000 mg/L左右[3]。

3.3 浓缩分盐

膜浓缩环节，可以根据进水的不同情况，综合运用多种膜处理技术手段，如果进水的TDS低于10 000 pm，可以使用抗污染苦咸水膜进行预浓缩处理，二次浓缩则使用海水反渗透膜进行处理，在浓缩达到一定要求时，综合采用多种膜处理技术将其浓缩至蒸发进水的状态，在存在分盐要求的情况下，还可以采用纳滤技术进行综合设计[4]。

考虑到在工业生产中采用反渗透技术对高盐废水进行处理，高盐出水中仍然含有较高的盐度和COD，可能会影响中水的回用率，不利于实现高盐废水的资源化利用，同时也无法直接将中水排放。所以工作人员可以根据实际情况，综合采用多种浓缩技术与膜处理技术处理高盐废水。对高盐废水进行浓缩与分盐属于膜处理工艺的核心，浓缩分盐的方式可以进一步保障出盐纯度，并且还能减少在膜处理过程中投入设备设施的成本。经高压反渗透处理的进水中含盐量大约在10%～12%左右，驱动压力为160 bar，碟片式构型具有较强的抗污染性，常用于处理COD含量较高的高盐废水。从高盐废水的水质分析结果看，大致可以将其中的混合盐分为有效盐组分、可部分降解物质、不可去除盐组分及可去除盐组分四类。混合盐分离属于对高盐废水进行资源化利用的核心手段，最关键的就是要注重提高分盐提纯的效率以及可再生废水的回收率，并要重视对可再生废水中含有的杂盐量进行控制[5]。只有控制盐的纯度及杂盐量，才能使再生盐达到回收利用的标准，对于有效盐的组分，需要尽可能将废水中的硫酸根离子以及氯离子分离出来，做好对硫酸钠、氯化钠等物质的回收；对于杂盐的处理，需要采取适当的方法尽可能地去除和降解其中含有的杂质，从而分离出其中的有效盐。在工业生产中，如果要实现近零排放的标准，还需要运用更多低能耗的膜处理工艺，并结合高盐废水的实际情况选择最合适的膜材料，同时还要综合考虑膜材料的成本、处理效果及能耗水平。

3.4 结晶出盐

工业生产中的高盐废水在经过浓缩分盐工艺处理后，会进入结晶出盐的阶段，其中主要涉及蒸发与结晶两道工序。蒸发阶段主要是通过蒸发器对盐溶液进行处理，使盐溶液达到饱和出盐的状态，并在产生蒸汽经冷凝后可重新进入蒸发器，形成一个闭环系统，在减少能耗的同时，实现对资源的最大化利用。

在当前的高盐废水处理中，结晶出盐阶段使用的蒸发器有多种类型，其中MVR蒸发器属于一种最新研发的具有节能、环保等特性的蒸发装置。如常规单级蒸发器大概需要1 t蒸汽才能够蒸发1 t高盐水，在同样的条件下三级蒸发器所需蒸汽仅为0.3 t左右，节能效果十分显著[6]。MVR蒸发器虽然是一种单级蒸发器，但其具备的蒸汽再压缩功能可以使系统在单位能量需求方面比常规的单级蒸发器高出10～20倍左右。MVR蒸发器主要是将电能作为驱动能源，而处于运行状态的设备只需要补充少量的蒸汽即可，基本可以在较长时间内保持稳定的运行状态。蒸发器的运行成本、能耗较低，并且具有较强的自控性。

在结晶出盐阶段，高盐的浓缩液在经过蒸发器蒸发后进入结晶阶段，由结晶器实现结晶处理，最终得到盐产品。按照工艺类型的不同结晶器主要分为冷却结晶与蒸发结晶两种。在工业生产领域，几乎所有高盐废水的近零排放项目中，都是以蒸发结晶装置为主，最终得到的结晶产物属于一种混合盐，其成分包括氯化钠、硫酸钠。冷却结晶主要是将进入此道工序的高盐溶液经加热冷却等一系列去盐操作后得到盐产品。一般情况下，高盐溶液的溶解度会随着温度的上升而上升，在这一阶段单位溶液中溶质含量很高，随后通过冷却降温能降低溶质的溶解度，达到一种水少溶质多的状态，从而可以在蒸发冷却结束后，把溶液中无法饱和的溶质析出，得到晶体盐[7]。蒸发结晶则适用于氯化钠结晶出盐。由于硫酸钠的溶解度会随着温度的上升而下降，因此加入到溶液中后，受到有机物及杂质含量偏高的影响，可能会出现所得到的硫酸钠结晶纯度较低的问题。所以为了得到纯度能达到回收利用标准的硫酸钠产品，还需要采取冷却结晶的方式去除溶液中的杂质，再采取蒸发结晶的方式获得高纯度的硫酸钠。

4 结语

综上所述，针对工业生产领域高盐废水的资源化利用，膜处理工艺具有重要价值。膜处理工艺包括多种关键技术，不同的膜技术在预处理、防结垢、脱盐率等方面具有不同优的势，因而工作人员在实际处理高盐废水过程中，需要根据废水的具体情况及杂质含量选择最合适的膜处理技术。一般需要多类膜处理技术的联合使用，并且还需要考虑采用其他类型的水处理工艺，尽量使处理效果达到最佳，从而最大限度地提升水和盐的利用率。