零排放廢水預處理、濃縮、結晶常用技術

發表時間：2022-7-19

01 什么是零排放？

廢水零排放是指工業廢水經過重復使用后，將這部分含鹽量和污染物高濃縮成廢水全部(99%以上)回收再利用，無任何廢液排出工廠。水中的鹽類和污染物經過濃縮結晶以固體形式排出廠送垃圾處理廠填埋或將其回收作為有用的化工原料。
正常的零排放途徑為濃水預處理（分末端處理與再濃縮技術，根據工藝來選擇技術及順序）→濃縮結晶這兩個步驟來操作的，本文將詳細介紹這兩個步驟常用的處理技術！
02 濃水預處理－末端處理技術
1、高級氧化技術
高級氧化法是利用強氧化性的羥基自由基(·OH)氧化分解水中有機污染物的方法，可以快速、無選擇性、徹底氧化各種有機與無機污染物。
高級氧化法包括如芬頓氧化、臭氧催化氧化、光催化氧化和電化學氧化等技術。
1）芬頓氧化
其中，芬頓氧化法利用H2O2和Fe2+在酸性pH條件下生成·OH。操作簡單、反應速度快、處理效果好。一些設計院，在要求零排放的時候會采用芬頓強氧化，然后再進入污水處理系統。
某印染企業反滲透濃水的COD、氨氮分別為253、32mg/L，電導率為1270μS/cm，采用“芬頓+氣浮”工藝處理，出水COD、氨氮分別為70、7mg/L，單位濃鹽水處理費僅為1.32元/m3。
某煉油企業反滲透濃水采用芬頓氧化法處理，COD從100mg/L下降到50mg/L左右，實現達標排放的要求。

2）臭氧氧化＋光催化
相關實踐表明，臭氧氧化與光催化聯合使用，可使DOC的去除率提高30%。設置混凝前處理，去除率更高。

3）電化學氧化
電化學氧化技術對處理反滲透濃水很有效，一方面高電導率的濃水可以降低能耗，高含量的氯可作為強氧化劑去除有機物；
另一方面，電化學氧化除了能去除COD和氨氮外，還對一些新興污染物具有較好的去除效果

2、混凝/吸附法
主要目標是去除DOC（溶解有機碳，一般是指能通過孔徑為0.45微米濾膜、并在分析過程中未蒸發失去的有機碳，代表了水體中溶解有機物質的總和）。
由于水性質不同，混凝對DOC的去除率很低。而吸附法利用活性炭吸附效果明顯好于混凝，成本也不是很大。當活性炭劑量為5g/L，DOC去除率可達到91%。
03 濃水預處理－再濃縮技術
濃水再濃縮在膜處理之前可能需要軟化預處理，根據具體水質參數和目的，濃水再濃縮技術在進水限制、處理效果、運行成本、投資成本上均有所不同。
1、電滲析
電滲析可以說是一種除鹽技術，因為濃水含有一定量的鹽分，而組成這些鹽的陰、陽離子在直流電場的作用下會分別向相反方向的電極移動。電滲析適合電鍍之類的行業，對進水要求比較高，需要直流電。
電解析除鹽原理：電滲析（ED）是在直流電場作用下，利用荷電離子膜的反離子遷移原理從水溶液和其他不帶電組分中分離帶電離子的膜過程，是一個以電位差為推動力的膜分離過程。在電滲析器內設置多組交替排列的陰、陽離子交換膜，在直流電場作用下，陽離子穿過陽膜向負極方向運動；陰離子穿過陰膜向正極方向運動。這樣就形成了去除水中離子的淡水室和濃縮離子的濃水室，將濃水排放，得到的淡水即為去鹽水。

2、特種膜
特種膜能對RO濃水中的有機物、鹽度和水進行較為徹底的分離，透過液水質較好，其COD和鹽度的去除率均可達到90%以上。
因此，其滲透液可以直接排放或者進入生化處理工藝進一步處理，濃縮液則可通過MVR做蒸發結晶進行零排放處理。
特種膜處理技術原理：濃水經過適當的預處理后泵入特種膜單元，由于特種膜最高可以高壓條件下操作，因而降低了特種膜對其他膜工藝濃水的透過液回收率的限制，濃縮倍數增加。其產水回收率的增加導致了濃水的減少，因此也降低了后續RO濃水處理工藝的規模和運行費用。

3、超頻振動膜
超頻振動膜的原理就和搖篩子一樣。利用振動機振動膜桶，使得整個處理過程中膜都是振動狀態，再利用剪切力讓水中雜質難以附著在膜表面。因此其膜的壽命更長，進水水質更寬裕，能處理很多傳統固定RO膜處理不了的水。
總的來說，超頻振動膜對進水水質要求比較低，膜壽命長，最關鍵的是運行成本基本就是電費，一個超頻振動膜組件系統只需要大約7.35kw的振動動力電動機和3.65kw的料液泵。

說到底，RO濃水再濃縮技術的本質就是為了減少MVR蒸發處理的水量，從而達到節約零排放成本的目的。
04 濃水濃縮結晶技術
1、膜蒸餾
利用膜蒸餾（MD）處理反滲透濃水，可實現反滲透濃水的近“零排放”。膜蒸餾是傳統蒸餾工藝與膜分離技術相組合的一種新型膜分離過程。
相對其它分離過程，膜蒸餾操作溫度和壓力低，可以在較低的溫度下實現蒸餾過程，如利用太陽能、地熱、溫泉、工廠預熱和溫熱的工業廢水等廉價能源；
最重要的是，其對無機鹽、大分子等不揮發組分具有100%的理論截留率，可用來處理高濃度廢水。

值得一提的是，采用膜蒸餾法直接處理反滲透濃水，易導致膜污染，最終導致產水通量下降。因此，膜蒸餾技術常與其他技術整合應用。
比如，某水友將反滲透濃水經阻垢預處理后，再用膜蒸餾發濃縮處理，可將產水電導率保持在5uS/cm以下，并且有效延緩產水通量下降。再比如，某水友采用膜蒸餾技術和結晶器處理反滲透濃水，總回收率可達95%。

三種膜蒸餾過程比較：
目前已經發展出四種不同的膜蒸餾操作方式，包括直接接觸式膜蒸餾（DCMD），氣隙式膜蒸餾（AGMD），氣流吹掃式膜蒸餾（SGMD）和真空式膜蒸餾（VMD）。
相關研究表明，在采用PVDF中空纖維疏水微孔膜進行的三種MD過程的脫鹽實驗中，VMD過程滲透通量最高，達21.8L（m2·h），DCMD次之、SGMD最小。
三種MD過程的滲透通量均隨料液溫度的升高而增大，隨料液濃度的增加而降低；隨著料液流速的增加，VMD和SGMD滲透量無顯著變化，而DCMD過程略有增加；VMD和SGMD過程的滲透量分別隨冷側氣體流速和真空度的增加而增加，DCMD滲透量不隨冷卻水流速的增加而改變。
三種MD過程的脫鹽率均不隨各操作條件的改變而改變，脫鹽率近100%。
2、強化蒸發
實際操作中，蒸發的形式多種多樣，比如單效蒸發、多效蒸發，還有最近常用的熱泵蒸發。該技術類型主要包括多效蒸發、多級閃蒸（MSF）、蒸汽熱力再壓縮（TVR）以及蒸汽機械再壓縮（MVR）等。
1）多效蒸發
多效蒸發（MEE）是多個蒸發器串聯運行，每一階段產生的蒸汽用做后一蒸發器的加熱蒸汽使用。但其相對多級閃蒸，結垢較為嚴重。
2）多級閃蒸
多級閃蒸（MSF）是將熱鹽水引入閃蒸室后過熱而急速的部分氣化，從而使熱鹽水自身的溫度降低，所產生的蒸汽冷凝后即為所需的除鹽水。
多級閃蒸法不僅用于海水淡化，而且已廣泛用于火力發電廠、石油化工廠的鍋爐供水、工業廢水和礦井苦咸水的處理與回收，以及印染工業、造紙工業廢堿液的回收。

3）熱力蒸汽再壓縮
熱力蒸汽再壓縮（TVR）是將沸騰室的蒸汽壓縮到加熱室上，能力被加到蒸氣上，使蒸汽能夠用于再加熱。

4）機械蒸汽再壓縮
機械蒸汽再壓縮（MVR）是在TVR的基礎上，二次蒸汽通過壓縮機的絕熱壓縮作用，提高了壓力和飽和溫度，再把壓縮后的蒸汽引入到蒸發器管外加熱物料，整個系統的輸入功只有壓縮機的電功，節能效果顯著。

綜上所述，雖然這些強化蒸發技術實現濃水的近零排放，但相對來說投資大、處理成本高。