高濃含鹽有機廢水資源化處理技術

高濃含鹽有機廢水構(gòu)成復雜，不僅富含無機鹽，還包括一些有機物和重金屬離子，污染性大，如果直接排放，不僅會造成水資源的浪費，還會引發(fā)嚴重的環(huán)境污染問題，因此社會對高濃含鹽有機廢水資源化處理利用問題給予較大的關注，如何實現(xiàn)高濃含鹽有機廢水的資源化利用是當前探討的熱點。希望通過專題研究為高濃含鹽有機廢水資源化處理提供指導與參考，實現(xiàn)對廢水中鹽的分離和高效回收、資源化利用，從而達到廢水零排放的目的。

1、高濃含鹽有機廢水來源及水質(zhì)特征

高濃含鹽有機廢水的主要來源是工業(yè)生產(chǎn)，其為典型的工業(yè)生產(chǎn)廢棄物，除了工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生高濃含鹽有機廢水外，海水直接利用排放產(chǎn)生的濃水也被稱為高濃含鹽有機廢水。此外，水回用后雙膜濃縮也會產(chǎn)生大量的高濃含鹽有機廢水?；どa(chǎn)中化學試劑使用產(chǎn)生的濃縮廢水含鹽量高，屬于常見的高濃含鹽有機廢水。

高濃含鹽有機廢水來源廣，但不易處理。通常此類廢水中，存在較多生物難以降解的物質(zhì)和高濃度有機物，含鹽量也較高。另外，高濃含鹽有機廢水出水水質(zhì)不穩(wěn)定也是造成廢水難以處理的原因之一。

高濃含鹽有機廢水具有特定的水質(zhì)特征，其含有大量的離子、無機鹽。陽離子主要包括Ca2+，Mg2+，Na+等，其會對微生物生長繁殖起抑制作用；而陰離子主要是SO42-，NO3-，OH-等，能提高微生物的活躍度。除了含有大量的離子外，還含有有機污染物，部分有機污染物濃度偏高，傳統(tǒng)的處理方法應用局限明顯，因此探討高濃含鹽有機廢水的綜合處理與資源化利用方法具有現(xiàn)實必要性。

通過大量的研究與實踐，人們發(fā)現(xiàn)對于高濃含鹽有機廢水資源化處理利用來說，應推行“組合拳”，多種廢水處理方法有效組合才能實現(xiàn)對高濃含鹽有機廢水的綠色處理。

2、高濃含鹽有機廢水的綜合利用

2.1 去除有機物與重金屬離子

考慮到高濃含鹽有機廢水成分復雜，除無機鹽之外還含有大量的有機物和重金屬離子，應先著手去除有機物和重金屬離子。目前常用的方法有生物法、化學法和物理法等。

生物法就是利用微生物自身代謝達到廢水處理的目的，其應用范圍廣、二次污染少、能耗和成本低。但是高濃含鹽有機廢水鹽濃度過高，離子強度過大，很可能會破壞微生物的生命結(jié)構(gòu)，不利于微生物的生長繁殖，甚至導致細胞失活，因此該方法整體應用效果不夠理想，在一些大分子有機物的降解中，對微生物的處理能力也十分有限。

化學法主要是化學氧化法、電化學法、濕式氧化法等。例如氧化還原法，可通過向高濃含鹽有機廢水中通入大量H2O2，O3等具有氧化性的氧化劑，與有機物發(fā)生氧化還原反應，可將其中大分子有機物轉(zhuǎn)化為簡單有機物，也可改變物質(zhì)粒子之間所受合力狀況等。電化學法主要是電解法，在通電條件下經(jīng)過電極反應進行污染物的氧化還原處理，借助陽極板的直接氧化與中間產(chǎn)物的間接氧化去除有機物與重金屬離子，但需要消耗大量電能，且需要使用貴金屬電極材料，成本較高，在大規(guī)模的工業(yè)化高濃含鹽廢水處理中應用局限性大。再如濕式氧化法，主要是于高溫高壓條件下向有機廢水中通入空氣，以實現(xiàn)有機污染物的氧化還原反應，在實際的操作中也需要加入一定的催化劑，以提升氧化反應速率，縮短處理周期，但處理成本較高，也很容易引發(fā)二次污染。

物理法主要是通過吸附、絮凝、結(jié)晶等物理手段實現(xiàn)有機物和重金屬離子的分離。其中，吸附應用效果最明顯，目前來說常見的吸附劑是活性炭、生物質(zhì)天然高分子吸附劑等，但吸附劑吸附作用發(fā)揮不穩(wěn)定。另外，例如混凝沉淀法，通過向高濃含鹽有機廢水中加入有絮凝作用的試劑，發(fā)揮絮凝劑和雜質(zhì)的團聚效能，使有機廢水中的膠體失去穩(wěn)定性，脫穩(wěn)的膠粒聚集形成絮凝體，當絮凝體的質(zhì)量達到一定程度后，因重力作用沉降，水溶液逐漸變得澄清。此過程能夠?qū)⒏邼夂}有機廢水中的絮凝體過濾掉，實現(xiàn)對廢液中難降解有機物的去除。實驗中有很多因素會影響混凝沉淀法的有機物去除效果，例如絮凝劑的種類、加入試劑的量及廢水的pH值等。目前，鐵鹽混凝劑和鋁鹽混凝劑較為常見，相對分子量大的特點使其能夠很好地去除廢液的色度和污濁，單獨使用一種絮凝劑對難降解有機物的去除效果不如幾種絮凝劑混合使用的效果，也可將二者和有機高分子絮凝劑混合使用，達到更好的絮凝效果。因此，在實際的高濃含鹽有機廢水處理中，可以結(jié)合使用不同的方法，如物理化學法與間歇式活性污泥法、光催化氧化法相結(jié)合，以克服某種技術的應用劣勢，提高高濃含鹽有機廢水中有機物和重金屬的去除效率。

2.2 關注無機鹽回收

不同來源的高濃含鹽有機廢水構(gòu)成成分有明顯差異，但其無一例外都含有Cl-，Na+，Ca2+等無機鹽類物質(zhì)。因此，在高濃含鹽有機廢水資源化利用中，應做好無機鹽的回收，常用的處理方法是蒸發(fā)、電滲析、反滲透、納濾、結(jié)晶等。其中，結(jié)晶技術應用廣泛，它主要是將無機鹽由高含鹽廢水中的溶解離子形式轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)形式，達到分離的目的，其支持復雜成分有機廢水中高純度固體產(chǎn)品的提取，應用成熟、適應范圍廣、能量消耗少、操作成本低、穩(wěn)定性好，可長期使用。目前有多種高濃含鹽有機廢水無機鹽回收的結(jié)晶方法。如蒸發(fā)結(jié)晶，顧名思義就是通過蒸發(fā)分離出水，讓無機鹽在溶液中達到飽和析出，缺陷是蒸發(fā)結(jié)晶過程中容易引發(fā)設備腐蝕、結(jié)垢等問題；再如冷卻結(jié)晶，以降溫的方法使無機鹽溶解度降低，從而結(jié)晶析出，需對含鹽量偏低的初始廢水進行預濃縮處理；再如溶析結(jié)晶，在水中加入可與水互溶的反溶劑，降低無機鹽體系的溶解度，從而使其結(jié)晶析出。此外，還有反應結(jié)晶、膜結(jié)晶，其中，膜結(jié)晶的社會應用反饋較好。建立膜蒸餾組合系統(tǒng)，進料單元、預處理單元、加熱單元、膜蒸發(fā)器單元、蒸發(fā)結(jié)晶單元、凝冷凝出水單元是系統(tǒng)主要構(gòu)成部分，廢水先經(jīng)過濾器進行初步處理，主要去除細小顆粒和懸浮物質(zhì)；再經(jīng)加熱器加熱，加熱設備以蒸汽盤管為主，對應的熱源為內(nèi)蒸汽；之后廢水由污水泵進入到膜蒸發(fā)器模塊，膜蒸發(fā)器主要針對經(jīng)過預處理的廢水利用真空泵抽除膜組件冷側(cè)的空氣，形成冷熱兩側(cè)蒸汽壓差，熱側(cè)的液相水會轉(zhuǎn)移至冷側(cè)，以水蒸氣的形式存在，水蒸氣冷凝后轉(zhuǎn)化為液相純凈水，最終導出。

2.3 水資源的綜合利用

通過結(jié)晶方法回收高濃含鹽有機廢水時需要進行蒸發(fā)濃縮處理，此時會得到大量的水，做好這些回收用水的資源化處理與利用有利于解決人類當前面臨的水資源短缺的問題，也有利于形成綠色循環(huán)系統(tǒng)。高濃含鹽有機廢水排放量大，水資源的充分利用帶來的經(jīng)濟效益也將十分理想，可以緩解資源短缺帶來的壓力，行業(yè)前景光明。早在1972年，就有學者提出了TiO2電極光能水分解的項目，人們用光能解水制備H2和O2，利用水資源和太陽能獲得可再生能源及相應的工業(yè)原料。而光電解水的難點在于開發(fā)高光催化活性的光電，如果照射到半導體的光子強度大于禁帶寬度，半導體價帶電子會被激發(fā)躍遷至導帶，導帶上有還原性的光生電子，價帶上產(chǎn)生等量有氧化性的空穴。如果導帶電位負于析氫電位，半導體可以實現(xiàn)水導H2的還原，價帶電位位于產(chǎn)氧電位時H2O氧化生成O2。TiO2這種光解水催化雖然性質(zhì)穩(wěn)定且無毒，但若遇到禁帶過寬的情況，只能利用紫外光區(qū)的能量，可見光吸收能力有限，且容易出現(xiàn)光生電子與空穴的復合，其整體光催化能力較弱。可以嘗試在TiO2中摻雜金屬元素或非金屬元素，以提升其光催化效果。當前，新推出的單斜相釩酸鉍（ms-BiVO）禁帶較窄，可利用可見光區(qū)的能量，轉(zhuǎn)化率高、光催化能力強，且性質(zhì)穩(wěn)定，對環(huán)境友好，其在光解水工業(yè)水資源利用方面應用效果明顯。

3、煤化工高濃含鹽有機廢水處理案例

一煤化工企業(yè)以煤為原料，主生產(chǎn)柴油、石腦油等化工產(chǎn)品，循環(huán)水站污水處理系統(tǒng)、回用水系統(tǒng)、濃水深度處理系統(tǒng)、高濃含鹽有機廢水處理系統(tǒng)是其水處理系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分。污水處理系統(tǒng)的水有氣化污水、低溫甲醇洗污水，也有含硫污水、含油污水、生活污水等濃水。濃水深度處理系統(tǒng)則負責系統(tǒng)排放的反滲透濃水、難降解有機物的處理。高濃含鹽有機廢水處理系統(tǒng)則對經(jīng)過深度處理的回用水站排放的反滲透濃水進行處理。深度處理后的濃水進入到高濃含鹽有機廢水處理系統(tǒng)的預處理單元中，先去除雜質(zhì)，其主要處理原理是基于膜化學反應實現(xiàn)對SiO2等物質(zhì)的去除。膜化學反應裝置出水再經(jīng)過離子交換系統(tǒng)深度除硬后進入兩級反滲透膜濃縮系統(tǒng)，再進入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，排出混鹽，使反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水、蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的蒸餾水得到回收利用，最終實現(xiàn)高含鹽廢水的零排放。實際進水的硬度較高，在450～900mg/L之間，SiO2質(zhì)量濃度在20～80mg/L范圍內(nèi)，COD為30～60mg/L，電導率在15000～25000μS/cm之間。經(jīng)膜化學反應之后，裝置出水的硬度顯著降低，降低到80mg/L以下，SiO2質(zhì)量濃度小于15mg/L。之后經(jīng)兩級反滲透膜濃縮系統(tǒng)，得到的回用水硬度約為0，SiO2質(zhì)量濃度顯著降低，低于0.5mg/L，電導率大大減小，小于100μS/cm，整體去除效果提升明顯，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)廢水零排放，更貼合綠色工業(yè)生產(chǎn)的理念。主要的運行成本是電費、藥劑費、蒸汽費等，合計費用后其成本投入為20.3元/t，處理成本較低，可大規(guī)模推廣應用。

4、高濃含鹽有機廢水處理未來發(fā)展趨勢

對高濃含鹽有機廢水進行有效處理，使其達到國家排放標準，以降低廢水對環(huán)境的污染，更重要的是利于貫徹落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，將工業(yè)廢水、生活廢水中可回收物質(zhì)資源進行回收再利用，充分發(fā)揮其利用價值。高濃含鹽有機廢水中并不都是有害物質(zhì)，其中大量的無機鹽、水資源及經(jīng)廢水處理之后產(chǎn)生的污泥等都可進行回收，發(fā)揮更大的價值。廢水中無機鹽高純度回收后可用于化工行業(yè)，而水資源的回收利用減輕了日益嚴重的水資源利用壓力。若不經(jīng)資源化處理直接排放到生態(tài)環(huán)境中，不僅是對資源的浪費，還加劇了對環(huán)境的污染，降低了資源的經(jīng)濟效益。資源化的處理方式是處理高濃含鹽有機廢水的創(chuàng)新之路。

5、結(jié)語

高濃含鹽有機廢水的資源化處理對于資源的高效回收利用與生態(tài)環(huán)境保護都有積極意義，多種技術方法靈活組合運用能消除高濃含鹽廢水中的有機物、重金屬離子，消除其對資源回收的負面影響，再進行無機鹽的回收，回收后使用結(jié)晶法通過蒸發(fā)濃縮操作獲得大量水，為無機鹽、水資源的綜合利用奠定基礎。這是目前高濃含鹽有機廢水資源化處理與利用的先進成果，擁有多領域應用的光明前景。（來源：廣東綠美環(huán)境科技有限公司）