膜處理技術(shù)在高鹽廢水零排放上的應(yīng)用及展望-1

膜處理技術(shù)在高鹽廢水零排放上的應(yīng)用及展望摘要：膜分別及膜濃縮工藝主要有微濾、超濾、納濾、反滲透、高壓反滲透、正滲透、電滲析ED、膜蒸餾等。文章通過(guò)對(duì)各種膜處理工藝的介紹，探討膜處理工藝在高鹽廢水零排放的應(yīng)用，查找最經(jīng)濟(jì)環(huán)保的零排放膜工藝組合。關(guān)鍵詞：膜處理工藝；高鹽廢水；零排放0引言隨著水處理技術(shù)的進(jìn)展及國(guó)家政策對(duì)于大部分工業(yè)水利用率的要求提高，多數(shù)企業(yè)為滿意生產(chǎn)需要，降低用水成本，實(shí)行了很多節(jié)水措施，提高重復(fù)利用率，使外排水的鹽度及其他有機(jī)污染物濃度提高。同時(shí)近幾年，我國(guó)環(huán)保要求漸漸提高，對(duì)外排水的含鹽量提出要求，各地方相關(guān)政策也已出臺(tái)，使高鹽廢水零排放的需求漸漸加強(qiáng)。1不同行業(yè)高鹽廢水的特點(diǎn)分析工業(yè)上高鹽廢水一般為循環(huán)排污水、離子交換酸堿再生廢水、中水回用RO濃水或脫硫廢水等。這類廢水含有大量的Cl-，SO42-，Na+，Ca2+，Mg2+等，利用污水回用的濃水還含難降解有機(jī)污染物，處理過(guò)程較為簡(jiǎn)單。目前主要零排放行業(yè)的廢水水質(zhì)有如下特點(diǎn)。1.1煤化工高鹽廢水煤化工高含鹽廢水水質(zhì)具有以下特點(diǎn)：①鹽分高且成分簡(jiǎn)單，雜質(zhì)離子組分較多；②COD含量比較高；③含有一些簡(jiǎn)單結(jié)垢的離子，比如硬度及可溶性硅；④不同項(xiàng)目采納不同的主工藝，廢水組分多變，水質(zhì)不確定性比較大。1.2電廠脫硫廢水火電廠脫硫廢水主要來(lái)源于濕法脫硫(FGD)工藝產(chǎn)生的廢水，主要特點(diǎn)是高懸浮物，高鹽度(高氯根、高硫酸根)高腐蝕性、高硬度、及含有部分重金屬，且水質(zhì)波動(dòng)大。1.3煉油及石化行業(yè)廢水煉油及石化行業(yè)廢水屬于難處理廢水，其水質(zhì)特點(diǎn)是高COD、高氨氮，高無(wú)機(jī)鹽，部分油脂、酚類、硫化物及部分含汞廢水。1.4制藥行業(yè)廢水廢水特點(diǎn)：成分簡(jiǎn)單、有機(jī)物含量高、毒性大、色度深和含鹽量高，特殊是生化性很差，且間歇排放，難處理。2工業(yè)廢水零排放主要膜處理技術(shù)介紹實(shí)現(xiàn)工業(yè)高鹽廢水的零排放需要系統(tǒng)的解決方案，首先一般通過(guò)物理或化學(xué)的預(yù)處理方法，實(shí)現(xiàn)懸浮物、膠體及一般易結(jié)垢離子的去除，再通過(guò)膜處理工藝實(shí)現(xiàn)淡水的回用，同時(shí)達(dá)到廢水減量的目的，最終濃縮液通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶等工藝最終實(shí)現(xiàn)廢水的零排放目的。本文主要對(duì)目前常用的膜處理工藝綻開介紹。根據(jù)膜過(guò)濾孔徑分別，常用膜技術(shù)可分為微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透等。根據(jù)過(guò)濾壓力及最終濃縮倍數(shù)來(lái)分，廢水零排放常用的反滲透又可進(jìn)一步分為低壓反滲透(類如BWRO)、中壓反滲透(海水膜SWRO)，高壓反滲透(HPRO或DTRO)等。同時(shí)目前市場(chǎng)上還有(電滲析)ED、正滲透(FO)等技術(shù)已應(yīng)用于高鹽零排放行業(yè)。因其使用范圍不同，針對(duì)不同的工況，其組合式的設(shè)計(jì)在零排放項(xiàng)目上已有廣泛應(yīng)用。2.1微濾及超濾技術(shù)微濾(MF)：又稱為微孔過(guò)濾，它屬于精密過(guò)濾，其基本原理是篩分過(guò)程，在靜壓差作用下濾除0.1～10μm的微粒，微濾膜允許大分子和溶解性固體(無(wú)機(jī)鹽)等通過(guò)，但會(huì)截留住懸浮物、細(xì)菌及大分子量膠體等物質(zhì)。超濾(UF)：能截留0.002～0.1μm之間的大分子物質(zhì)和蛋白質(zhì)。超濾膜允許小分子物質(zhì)和溶解性固體(無(wú)機(jī)鹽)等通過(guò)，同時(shí)將截留下膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機(jī)物。微濾、超濾技術(shù)一般用于反滲透膜或其它膜濃縮技術(shù)的的前處理，主要用于去除來(lái)水中的SS及膠體等，目前煤化工廢水零排放項(xiàng)目上已有將藥劑軟化與微濾或超濾結(jié)合使用的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)廢水中硬度的去除達(dá)到100mg/L以下，出水硅掌握在10mg/L以下，有效削減后續(xù)膜濃縮工藝的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。2.2納濾(NF)技術(shù)納濾(NF)最早被稱為疏松反滲透，操作區(qū)間介于反滲透和超濾之間。對(duì)一價(jià)鹽的去除率為20%～50%，但對(duì)CODcr及二價(jià)鹽的去除率高達(dá)90%以上。納濾膜的一個(gè)很大特性是膜本體帶有電荷，這是它在很低壓力下具有較高除鹽性能和截留相對(duì)分子質(zhì)量為數(shù)百的物質(zhì)，也可脫除無(wú)機(jī)鹽的重要緣由。在高鹽廢水零排放處理工藝中，納濾技術(shù)可用于去除絕大多數(shù)的Ca2+，Mg2+，SO42-等易結(jié)垢離子，同時(shí)其特別的膜表面電荷及孔徑使它比反滲透更耐COD的污堵，因此可用于反滲透的預(yù)處理，以降低結(jié)垢離子對(duì)RO膜的污染。同時(shí)因納濾膜對(duì)二價(jià)離子的高截留性(對(duì)于硫酸根的截留可達(dá)98%及以上)，目前在部分高鹽廢水零排放中用于分別硫酸根及氯離子，實(shí)現(xiàn)水中氯化鈉的回收。已有電廠脫硫廢水采納通過(guò)軟化預(yù)處理(混凝+微濾)+膜濃縮處理(NF+DTRO)+蒸發(fā)結(jié)晶干燥技術(shù)，制成純度為97.5%的袋裝氯化鈉，作為工業(yè)鹽銷售，實(shí)現(xiàn)了脫硫廢水的資源化回收利用。通過(guò)納濾的選擇性過(guò)濾實(shí)現(xiàn)分鹽的技術(shù)在高鹽廢水資源化的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多。2.3高效反滲透HERO技術(shù)高效反滲透是一種在常規(guī)反滲透基礎(chǔ)上開發(fā)的新工藝，其原理是通過(guò)藥劑軟化預(yù)處理+離子交換技術(shù)，去除來(lái)水中的硬度，再經(jīng)過(guò)脫氣塔去除水中的二氧化碳，最終加堿將反滲透進(jìn)水pH調(diào)到10以上，與常規(guī)RO相比，該工藝的特點(diǎn)：(1)防垢、防粘污、防堵塞：通過(guò)藥劑軟化預(yù)處理+離子交換技術(shù)除去給水中的硬度和其他結(jié)垢性物質(zhì)，達(dá)到防垢效果；在高pH下運(yùn)行時(shí)可在多方面削減污堵：①因硅的溶解度隨pH的提高而增大，所以明顯提高了硅的結(jié)垢極限；②高pH是生物的抑制劑，細(xì)菌、病毒、孢子和內(nèi)毒素等被溶解或皂化，有機(jī)物被乳化或皂化，避開黏附于膜上；③顆粒沾污的表面強(qiáng)度明顯降低，高污泥指數(shù)(SDI)的水能在無(wú)需常常化學(xué)清洗的條件下運(yùn)行。(2)清洗次數(shù)削減：高pH運(yùn)行類似于化學(xué)清洗的堿洗工況。(3)回收率高：降低結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)后，相對(duì)傳統(tǒng)反滲透，其回收率可大大提高。高效反滲透HERO技術(shù)最近幾年在國(guó)內(nèi)有較為廣泛的應(yīng)用，最高濃水側(cè)含鹽量可濃縮至50000mg/L。江蘇某光顯企業(yè)的廢水零排放裝置項(xiàng)目，采納MBR+中水RO+高效RO+DTRO+蒸發(fā)結(jié)晶的組合工藝，最終實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。HERO工藝較傳統(tǒng)RO回收率高，電耗4～6kWh/t，該工藝主要缺點(diǎn)是前處理系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，對(duì)進(jìn)水硬度需嚴(yán)格掌握，且耗堿量大。2.4高壓反滲透DTRO技術(shù)高壓反滲透DTRO即碟管式反滲透膜，碟管式反滲透是反滲透的一種形式，是特地用來(lái)處理高濃度污水的膜組件，其核心技術(shù)是碟片式膜片膜柱。把反滲透膜片和水力導(dǎo)流盤疊放在一起，用中心拉桿和端板進(jìn)行固定，然后置入耐壓套管中，形成一個(gè)膜柱，最初用于垃圾滲濾液的處理。DTRO壓力等級(jí)有75bar，90bar，120bar，160bar，鹽分濃縮最高可達(dá)到100000～180000mg/L。DTRO在初期主要用于垃圾滲濾液的處理，其耐高COD，運(yùn)行壓力高，濃縮力量強(qiáng)特點(diǎn)漸漸被用在高鹽高COD工業(yè)廢水的回收利用上。DTRO對(duì)于預(yù)處理的要求比較簡(jiǎn)潔，噸水電耗與膜組件的壓力等級(jí)有關(guān)，對(duì)于90bar的DTRO系統(tǒng)，噸水電耗電耗6～10kWh，噸水投資成本約在20萬(wàn)元左右，投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。2.5電滲析ED技術(shù)電滲析(ED)是在外加直流電場(chǎng)作用下，利用陰、陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽(yáng)離子的選擇透過(guò)性，使溶液中呈離子狀態(tài)的溶質(zhì)和溶劑分別的一種物理化學(xué)過(guò)程。按其結(jié)構(gòu)，可分為均相膜與異相膜。均相膜濃水TDS可達(dá)到180000～200000mg/L；濃水側(cè)不帶電荷的COD及膠體硅不富集，避開了對(duì)ED膜面的污堵及硅結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。ED噸水電耗約6kWh，噸水投資成本15～20萬(wàn)元，目前仍以進(jìn)口品牌為主。主要缺點(diǎn)是對(duì)鈣的結(jié)垢比較敏感，需嚴(yán)格掌握進(jìn)水硬度，產(chǎn)水側(cè)COD不截留，故產(chǎn)水不能直接回用，需進(jìn)一步處理。2.6正滲透(FO)技術(shù)FO技術(shù)是滲透壓驅(qū)動(dòng)的膜分別過(guò)程，是指水從較高水化學(xué)勢(shì)(或較低滲透壓)側(cè)區(qū)域通過(guò)選擇透過(guò)性膜流向較低水化學(xué)勢(shì)(或較高滲透壓)一側(cè)區(qū)域的過(guò)程。正滲透技術(shù)具有能耗低和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，噸水電耗3～6kWh，蒸汽消耗200kg。適合于有廉價(jià)蒸汽的領(lǐng)域。同時(shí)，該技術(shù)工藝系統(tǒng)流程長(zhǎng)，吸取液與產(chǎn)水分別膜需要加強(qiáng)討論，距離工業(yè)化應(yīng)用及取代反滲透成為主流的水處理技術(shù)還有一段路程。目前國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用案例有華能長(zhǎng)興電廠脫硫廢水零排放項(xiàng)目。2.7膜蒸餾(MD)技術(shù)膜蒸餾(MD)技術(shù)是近20年來(lái)進(jìn)展起來(lái)的，是由膜兩側(cè)的蒸汽壓差驅(qū)動(dòng)的分別過(guò)程，可看作是膜分別和蒸餾技術(shù)的集合。MD技術(shù)所用膜為疏水性微孔膜，在蒸汽壓差驅(qū)動(dòng)下，高溫側(cè)的蒸汽分子穿過(guò)該膜，并在低溫側(cè)冷凝回收，高溫側(cè)溶液得到濃縮。MD技術(shù)與傳統(tǒng)的蒸餾和膜分別技術(shù)相比，操作條件溫柔、截留率可達(dá)100%、抗污染程度較強(qiáng)、能量來(lái)源較廣、對(duì)廢水鹽濃度適應(yīng)性強(qiáng)，MD技術(shù)在常壓工況下運(yùn)行，產(chǎn)水水質(zhì)好，但目前絕大部分還處于試驗(yàn)室或小規(guī)模工廠試驗(yàn)階段，工業(yè)化還不成熟，且膜通量低，成本高。目前已有工業(yè)應(yīng)用的各種膜工藝的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。<imgalt=“1.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Env/202003221533365953.jpg”/3常用零排放膜處理工藝組合探討工業(yè)高鹽廢水零排放是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的處理工程，在工業(yè)化應(yīng)用中，是系列工藝的組合應(yīng)用，膜處理技術(shù)的組合在實(shí)際案例中也常常可見。實(shí)際設(shè)計(jì)中，可依據(jù)工藝流程的水鹽平衡進(jìn)行膜組合設(shè)計(jì)應(yīng)用。零排放工藝常規(guī)分為三個(gè)工段：預(yù)處理工段、膜濃縮工段及蒸發(fā)結(jié)晶工段，除蒸發(fā)結(jié)晶外，其余兩個(gè)工段均可應(yīng)用到膜處理工藝：(1)預(yù)處理工段：預(yù)處理主要是去除高鹽廢水當(dāng)中的懸浮物、硬度、硅或有機(jī)物，涉及的膜處理工藝主要為微濾或超濾。目前市場(chǎng)上主要有兩種微濾，以管式微濾及袋式微濾為主，與傳統(tǒng)的多介質(zhì)或砂濾比較，微濾與混凝沉淀藥劑軟化組合工藝，出水硅及硬度的去除高，效率高，耗能少。(2)膜濃縮工段：膜濃縮工段可依據(jù)進(jìn)水鹽分的不同，采納梯級(jí)組合工藝，高鹽進(jìn)水TDS在10000ppm以下時(shí)，可先采納抗污染苦咸水膜進(jìn)行預(yù)濃縮，再用海水反滲透膜進(jìn)一步濃縮，或至肯定濃度時(shí)，可用HPRO或DTRO或ED或正滲透工藝進(jìn)一步濃縮至蒸發(fā)進(jìn)水。若有分鹽要求，也可結(jié)合鈉濾工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。零排放常用膜處理工藝對(duì)來(lái)水鹽含量建議適用范圍見表2。<imgalt=“2.jpg”border=“0”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Env/202003221533362780.jpg”/4結(jié)語(yǔ)零排放工程上采納膜處理組合工藝對(duì)高鹽廢水進(jìn)行回用及濃縮減量，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)膜處理單元自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)加藥，削減外界鹽的人為增加；(2)模塊化工藝，降低運(yùn)行難度及風(fēng)險(xiǎn)；(3)利用各類膜