高鹽工業(yè)廢水處理技術(shù)
高鹽度工業(yè)廢水是指工業(yè)生產(chǎn)活動中排放的總含鹽量大于1%的廢水,含有氯離子、硫酸根離子、鈉離子等。其主要來源是農(nóng)藥廠、電廠、石油化工和煤化工等。本文主要討論含鹽量大于5%的廢水處理技術(shù)。含鹽量高的無機廢水,如果達到一定指標(biāo),可以直接排放到鄰近海域。其他含鹽量高的廢水如果不經(jīng)處理直接排放,會對生態(tài)環(huán)境造成很大的破壞,需要合理處置。
1.高鹽度廢水的處理
對于高鹽度工業(yè)廢水,常規(guī)的處理方法主要有生物法、膜法和熱法。生物法不適用于含鹽量大于2%的廢水處理,熱力法主要包括多級閃蒸和多效蒸發(fā),膜法主要包括反滲透。隨著環(huán)保標(biāo)準的提高和環(huán)保技術(shù)的改變,近年來,高鹽度有機廢水的工業(yè)應(yīng)用多為機械蒸汽再壓縮(MVR)、高級氧化、正滲透(FO)、焚燒等處置技術(shù),部分企業(yè)甚至采用多種技術(shù)的組合回收高鹽度廢水。
2.各種技術(shù)的進步
(1)多效蒸發(fā)技術(shù)是在單效蒸發(fā)的基礎(chǔ)上,利用前一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽,將多個蒸發(fā)器串聯(lián)起來,形成多效蒸發(fā)的過程。與多效蒸發(fā)技術(shù)相比,MVR技術(shù)有一個顯著的區(qū)別,即傳統(tǒng)蒸發(fā)的能量來自蒸汽,蒸發(fā)過程中損失的能量來自蒸汽,而MVR技術(shù)的能量來自電力。蒸汽壓縮機的工作是將物料蒸發(fā)產(chǎn)生的低溫低壓蒸汽壓縮成高溫高壓蒸汽,作為熱源再次加熱原料液,從而在很大程度上回收蒸汽潛能。因此,與傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)相比,MVR更加節(jié)能,具有熱效率高、運行費用低、設(shè)備自動化程度高、占地面積小的特點。
由于MVR和傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)都是物理處置過程,蒸發(fā)后的原水水質(zhì)不能太差,否則系統(tǒng)需要頻繁更換和清洗,也會影響處置過程的效率。此外,蒸發(fā)裝置運行一段時間后積累的濃縮液的處置也是一大瓶頸?,F(xiàn)在大多數(shù)廠家往往采用濃溶液焚燒、氧化預(yù)處理等組合技術(shù)來徹底解決高鹽度有機廢水。
(2)高級氧化法主要產(chǎn)生羥基自由基,利用羥基自由基引發(fā)的鏈式氧化反應(yīng)快速破壞有機物的分子結(jié)構(gòu),幾乎可以選擇性氧化降解高濃度有機廢水,而鹽濃度對該方法的影響可以忽略。根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式和條件的不同,可分為濕式氧化法、超臨界水氧化法和其他催化氧化法。
濕式氧化是指在高溫高壓下,以空氣或氧氣為氧化劑,將水中的有機物氧化成小分子有機物或無機物。濕式氧化的溫度一般為120 ~ 320℃,壓力為0.5 ~ 20 MPa。如果將反應(yīng)的溫度和壓力提高到水的臨界點以上(溫度374.3℃,壓力22.05MPa),水的基本性質(zhì)會發(fā)生很大的變化,表現(xiàn)出與非極性有機化合物相似的性質(zhì),這種條件下的反應(yīng)稱為超臨界水氧化。超臨界水與非極性物質(zhì)和其他有機物完全混溶,同時超臨界水也可以與空氣、二氧化碳等氣體完全混溶。而無機物尤其是鹽類在超臨界水中的電離常數(shù)和溶解度都很低,大部分鹽類可以分離出來,對氧化反應(yīng)的影響很小。因此,用超臨界水氧化法處理廢水時,具有強氧化性的羥基自由基可以完全降解有機污染物。
雖然濕式氧化、超臨界氧化等高級氧化技術(shù)可以選擇性氧化降解各種污染物,但反應(yīng)條件苛刻、設(shè)備要求高等缺點限制了其廣泛應(yīng)用。
(3)膜法是以壓力為驅(qū)動力,在一定壓力下,利用不同孔徑和材質(zhì)的膜來分離去除水中的污染物。根據(jù)膜的孔徑大小,可分為微濾、超濾、納濾和反滲透等。近年來,正滲透(FO)技術(shù)相繼出現(xiàn)。
正滲透技術(shù)用于濃縮高濃度鹽水,可濃縮至220,000 ~ 260,000 mg/LTDS。使用半透膜(原理相當(dāng)于反滲透膜),利用自然滲透壓差,水分子可以從待處理的高濃度鹽水中自然擴散到拉絲液中。FO的優(yōu)點是運行過程中不需要高壓泵,系統(tǒng)能耗低,可以去除高濃度鹽水中的溶解鹽成分。由于FO的低壓工作特性,F(xiàn)O膜的不可逆污染和結(jié)垢傾向低于高壓反滲透系統(tǒng),系統(tǒng)更加安全可靠。吸液是影響正滲透技術(shù)的關(guān)鍵因素之一:吸液的滲透壓直接影響正滲透的運行效率;萃取液的再生是正滲透過程能耗的主要部分。因此,相關(guān)研究人員將進一步提高提取液的滲透壓,增加正滲透過程的水通量,開發(fā)更節(jié)能的再生技術(shù)作為重要的研究方向。
(4)焚燒是指在800 ~ 1000℃的高溫下,高鹽度廢水中的可燃成分(主要是有機物)與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng),釋放能量,轉(zhuǎn)化為高溫燃燒氣體和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘渣,從而減少高鹽度廢水的體積,達到無害化的目的。焚燒高鹽度廢水通常有二次燃燒室(溫度控制在1100℃以上),可以保證廢水中有機物的完全分解,爐膛下端產(chǎn)生的固體鹽可以達到工業(yè)水平再利用。同時,廢水產(chǎn)生的能量可用于加熱原料、副產(chǎn)品蒸汽等。由于焚燒成本、鹽的濃度和種類等因素,并不是所有含鹽量高的有機廢水都適合焚燒。此外,這一過程容易產(chǎn)生氮氧化物、二惡英等有毒物質(zhì),廢水中的鹽分也會在一定程度上腐蝕裝置和設(shè)備。
目前,規(guī)模板式焚燒爐在工業(yè)化中得到廣泛應(yīng)用,已經(jīng)在染料、化工、農(nóng)藥等行業(yè)得到應(yīng)用。根據(jù)企業(yè)自身特點和區(qū)域優(yōu)勢,規(guī)模焚燒爐可以使用天然氣或煤氣,甚至企業(yè)副產(chǎn)甲醇和氫氣作為燃料,焚燒高鹽有機廢水,煙氣達標(biāo)的同時,還可以得到副產(chǎn)鹽,一舉兩得。
3.結(jié)論
MVR蒸發(fā)法相對穩(wěn)定。如果原水水質(zhì)一般,高鹽度廢水得到了解決,但可能形成新的固體污染源。高級氧化法基本無二次污染物,技術(shù)上可行,但成本和工業(yè)化限制了其大規(guī)模應(yīng)用。膜法根據(jù)物理作用實現(xiàn)鹽的分離和濃縮,抗污染、性能穩(wěn)定的膜材料是其工業(yè)化應(yīng)用的重要參考因素。焚燒法運行成本高,中間過程和尾氣排放控制嚴格。如果燒出來的鹽有很大的利用價值,或者焚燒所用的燃料成本較低,那么焚燒的路徑是值得推薦和考慮的。綜上所述,任何單一工藝或方法的優(yōu)劣都沒有絕對的區(qū)別。對于高鹽度工業(yè)廢水的處理,應(yīng)根據(jù)實際情況選擇不同的工藝。在未來,如何結(jié)合各種技術(shù)徹底解決高鹽廢水的問題,如何合理有效地再利用結(jié)晶鹽將是未來的研究熱點。(來源:青島海灣精細化工有限公司)
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