銘盛環(huán)境——工業(yè)污水,工業(yè)廢水處理專家,提供污水處理解決方案
電滲析技術(shù)是經(jīng)過陰陽膜穿插排列的膜對組合,應(yīng)用離子交流膜對陰、陽離子的選擇透過性,在外加直流電場的作用下,使水中的陰、陽離子定向遷移離子交流膜,從而完成離子型化合物的分離、淡化和濃縮。
隨著電滲析技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,電滲析在高鹽工業(yè)廢水處理過程中已獲得了一定范圍的應(yīng)用。文中將主要引見電滲析在高鹽廢水零排放中的應(yīng)用及其開展瞻望。
1、高鹽廢水及其零排放的概念
2017年中國工業(yè)廢水排放總量約690億t,其中高鹽廢水產(chǎn)生量占總廢水量的5%,且每年仍以2%的速度增長。高鹽廢水中主要含有Cl-、SO2-、Na+、Ca2+等離子,總含鹽量高于1%。其有3個主要來源,分別是:
(1)缺水地域海水(苦咸水)淡化過程中產(chǎn)生的大量濃縮廢水。
(2)工業(yè)生產(chǎn)過程中直接排放的高鹽廢水。
(3)工業(yè)生產(chǎn)過程中廢水循環(huán)應(yīng)用產(chǎn)生的鹽水。
高鹽廢水不只含有高濃度無機(jī)鹽,還含有高濃度有機(jī)物、氮和磷等物質(zhì)。高鹽廢水若未經(jīng)有效處置直接排放,會對環(huán)境形成如下的嚴(yán)重危害:
(1)造成土壤鹽堿化,毀壞土壤原有的生態(tài)系統(tǒng)。
(2)提升江河水的礦化度,使水生生物大量死亡,毀壞河流的生態(tài)系統(tǒng)。
(3)高鹽廢水中的有機(jī)物難于被生物降解,造成黑臭水體。
高鹽廢水零排放是指對廢水進(jìn)行處置后無任何廢液排出,取得的產(chǎn)水回用于生產(chǎn),廢水中的鹽分及有機(jī)污染物則經(jīng)過濃縮結(jié)晶以固體方式排出。假如取得的固體鹽的成分單一,則可將其作為原料用于生產(chǎn)過程中。而假如取得的是雜鹽,則要作為危廢交由有資質(zhì)的危廢處置公司進(jìn)行處置。
2、電滲析在高鹽廢水“零排放”濃縮過程中的應(yīng)用
目前高鹽廢水零排放工藝普遍的流程為:預(yù)處置→鹽水濃縮→鹽水結(jié)晶。其中,鹽水結(jié)晶系統(tǒng)所處置的水量是整個零排放工藝本錢的關(guān)鍵要素。這也就是說假如能將廢水在進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶行進(jìn)行高倍濃縮,將大大降低高鹽廢水的零排放本錢。
鹽水濃縮的辦法有很多,主要分為熱法和膜法濃縮兩類。其中,目前在高鹽廢水零排放范疇用的最多的兩種熱法濃縮為機(jī)械式蒸汽緊縮技術(shù)(MVC)和機(jī)械式蒸汽再緊縮技術(shù)(MVR)。但熱法濃縮不光設(shè)備投資宏大,其運(yùn)轉(zhuǎn)的能耗也很高,這限制了熱法濃縮的運(yùn)用范圍。為了降低整體的運(yùn)轉(zhuǎn)本錢,很多人提出將反滲透與熱法濃縮設(shè)備耦合在一同運(yùn)用的概念,即經(jīng)過預(yù)處置的高鹽廢水首先經(jīng)過反滲透膜,反滲透淡水直接回用于生產(chǎn),而濃水則進(jìn)入熱法濃縮設(shè)備中進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮,從而降低了系統(tǒng)能耗。
膜法濃縮是指將預(yù)處置后的含鹽廢水首先經(jīng)過RO膜,RO濃水再經(jīng)過膜蒸餾、正浸透、電滲析等技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮,然后進(jìn)入結(jié)晶器。
Oren等人為完成以色列某地域苦咸水淡化廠的反滲透濃水零排放,提出苦咸水反滲透(BWRO)耦合倒極電滲析(EDR)的處置工藝流程。BWRO的濃水首先經(jīng)過一級BWRO膜,所產(chǎn)淡水可直接與之前反滲透所產(chǎn)淡水相混合,從而提升水收率。濃水則作為EDR淡室的進(jìn)水以脫鹽。EDR淡室出水與BWRO進(jìn)水相混合。EDR濃室的出水通入結(jié)晶沉淀器,沉淀下來的鹽漿進(jìn)入枯燥器中枯燥,而結(jié)晶沉淀器的上清液經(jīng)過納濾膜去除微晶體后作為EDR濃室的進(jìn)水以進(jìn)一步地濃縮。
在中試實(shí)驗(yàn)中,待處置的BWRO濃水被寄存在一個2000L的水箱中,在EDR淡室中循環(huán)脫鹽。EDR濃水罐的體積是100L,分別與結(jié)晶沉淀器和EDR進(jìn)水端相接。膜對電壓為0.5~1V,電流密度在10到22mA/cm2之間。EDR系統(tǒng)每天運(yùn)轉(zhuǎn)6~12h,其中每1h互換電極1次。納濾膜的孔徑為0.04μm。
為預(yù)防膜結(jié)垢,原水運(yùn)用鹽酸調(diào)理pH至6.5,同時添加六偏磷酸鈉作為阻垢劑。在每批實(shí)驗(yàn)開端前,EDR淡室進(jìn)水都用硫酸調(diào)理pH至4。實(shí)驗(yàn)過程中,定期向電極沖洗液中參加硫酸,將沖洗液pH維持在1.5至2間。經(jīng)過調(diào)理淡室進(jìn)水和電極沖洗液的pH值,能夠?qū)?/font>EDR濃室出水pH穩(wěn)定在2至2.2之間。
在80多批次的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)EDR淡室出水中Cl-、SO2-、Na+、Ca2+和Mg2+的濃度降落很明顯,而SiO2的濃度沒有明顯的變化。這主要是由于SiO2不帶電荷,同時離子交流膜對其的透過性不高。為了避免SiO2濃度在淡室中累積過高,實(shí)驗(yàn)中定期將EDR淡室出水與BWRO淡水相混合。隨著累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時間的增加,濃室中Cl-、SO2-、Na+、Ca2+和Mg2+的濃度逐步升高,并在60h開端趨于穩(wěn)定,這標(biāo)明脫鹽過程到達(dá)了均衡狀態(tài)。同時,在多批次實(shí)驗(yàn)的過程中,發(fā)現(xiàn)EDR運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定,對鹽的分離效果良好,同時具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
3/電滲析在高鹽廢水“零排放”預(yù)處置過程中的應(yīng)用
高鹽廢水中通常也含較高濃度的Ca2+、Mg2+等硬度離子,假如高鹽廢水不經(jīng)過軟化,直接進(jìn)入后續(xù)的濃縮步驟,會造成嚴(yán)重的結(jié)垢問題。無論是熱法濃縮還是膜法濃縮,一旦設(shè)備上發(fā)作結(jié)垢,都會使設(shè)備濃縮效率大大降落以至損壞設(shè)備。因而,關(guān)于硬度較高的高鹽廢水的零排放工藝,均請求在濃縮步驟之前對水質(zhì)進(jìn)行軟化。傳統(tǒng)用得很普遍的軟化辦法是化學(xué)軟化法,即經(jīng)過向廢水中參加生石灰等藥劑來到達(dá)去除硬度離子的目的。但化學(xué)軟化法需求額外的投加化學(xué)藥劑,不只操作不便,而且會增加處置水體的礦化度,增加零排放處置的難度。由于電滲析能將一股水流中的離子定向遷移到另一股水流中,故有很多人提出基于電滲析的不用添加化學(xué)藥劑的水質(zhì)軟化辦法。
加拿大的Saltworks公司提出基于選擇性電滲析(SED)的水質(zhì)軟化計(jì)劃。所謂的SED是指將電滲析中的陰陽離子交流膜中的一個換成單價離子交流膜,單價離子交流膜能允許單價離子的透過,但障礙多價離子的透過。Saltworks公司用2臺分別裝有單價陽離子交流膜和單價陰離子交流膜的SED來軟化水質(zhì),裝有單價陽離子交流膜的SED允許Na+、K+等單價陽離子和一切陰離子進(jìn)入濃室,而Ca2+和Mg2+等二價陽離子則被阻撓在淡室中。裝有單價陰離子交流膜的SED允許Cl-和一切陽離子進(jìn)入濃室,而SO42-和、CO32-等二價陰離子則被阻撓在淡室中。可見,經(jīng)過2臺SED的處置,Ca2+、Mg2+與SO42-、CO32-等易結(jié)垢的離子對被分離到兩股濃水中,淡室中的水質(zhì)得到軟化,而濃室中也沒有結(jié)垢的風(fēng)險。
Loganathan等人在提出用EDR-RO分離低溫結(jié)晶器來對基底涌水進(jìn)行零排放處置。整個處置工藝流程為將預(yù)處置后的水作為EDR淡室進(jìn)水,EDR淡室出水作為RO進(jìn)水,RO濃水則作為EDR濃室進(jìn)水以進(jìn)一步地濃縮,RO淡水直接回用于生產(chǎn),EDR濃室出水通入低溫結(jié)晶器中進(jìn)行處置,完成淡水與固體鹽的分離。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)過預(yù)處置的水中Ca2+和Mg2+離子濃度分別為7.8mg/L和250mg/L,而淡室出水中Ca2+和Mg2+離子濃度分別為3.2mg/L和155mg/L,標(biāo)明電滲析對RO進(jìn)水有較好的軟化效果,而這能提升RO整體的處置效果。
4、結(jié)論
近年來,隨著國度環(huán)保政策的收緊,以及零排放的政策及議案不時被提出或試行,高鹽廢水零排放的熱度不斷不減。但是,由于現(xiàn)有高鹽廢水零排放工藝復(fù)雜、本錢昂揚(yáng),能真正完成廢水零排放的企業(yè)十分少。文中首先回憶了傳統(tǒng)的熱法廢水零排放處置工藝流程,然后引見了主要引見了電滲析在膜法廢水零排放處置中的應(yīng)用。
電滲析用于高鹽廢水零排放具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)電滲析對處置水質(zhì)的請求較反滲透等膜技術(shù)低,不易結(jié)垢。
(2)電滲析對鹽水的的濃縮極限較反滲透高,能將鹽水濃縮至100g/L的濃度,而通常反滲透濃水的濃度通常不超越80g/L。
(3)電滲析技術(shù)應(yīng)用范圍廣,經(jīng)過選用不同類型的離子交流膜,能夠到達(dá)不同的目的,如鹽的濃縮、鹽的分離以及制備酸堿等。能夠說,電滲析用于高鹽廢水零排放的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性都是很高的。