含鹽廢水是較難處理的廢水之一，高鹽度有機廢水是指含有機物和至少3．5%(質(zhì)量分數)的總溶解性固體物的廢水。含鹽廢水成分復雜又不具備回收價(jià)值，因此，高鹽度廢水的處理成為當前化工廢水處理的難點(diǎn)之一。
隨著(zhù)膜分離技術(shù)的快速發(fā)展，反滲透技術(shù)(RO)逐漸成為石油煉制、電力、化工、冶金等行業(yè)純水制備的首選技術(shù)。但受反滲透膜污染、結垢等因素的限制，反滲透技術(shù)的產(chǎn)水率一般僅能達到75%左右，仍有25%的高鹽度廢水需要排放。為了降低RO濃排水水量，提高系統產(chǎn)水率，實(shí)現零排放目標，國內外研究人員做了大量的工作，但效果均不理想。
本文介紹了一套膜蒸餾組合系統，其核心膜材料為NACE膜，該材料對于水中溶解性固體具有很好的分離功能，該膜具有非常獨特的親水性，僅允許水分子通過(guò)，而其他離子無(wú)法通過(guò)。該技術(shù)是一項新型水處理技術(shù)，它以溫度差作為分離驅動(dòng)力，完美地將反滲透和蒸餾技術(shù)的最佳屬性結合為一體，同時(shí)又避開(kāi)了以上兩種技術(shù)的缺陷，具有運行成本低、抗污染性強、處理效果穩定等優(yōu)點(diǎn)。
1、工藝原理
膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸餾過(guò)程相結合的分離過(guò)程。研究人員在試驗中發(fā)現NACE膜材料對水中溶解性固體具有非常良好的分離功能，進(jìn)而將其應用領(lǐng)域拓展為廢水中無(wú)機鹽類(lèi)和有機物的去除。膜蒸餾采用的NACE膜具有一個(gè)非常獨特的性質(zhì)，僅允許水分子通過(guò)，而其他離子無(wú)法通過(guò)。該膜材料主要成分是一種有機/無(wú)機混合磺化的苯乙烯聚合物，由親水區和疏水區交替構成，是一種高分子聚合物無(wú)孔化學(xué)隔膜。親水區形成的酸性通道可以迅速吸收和釋放水分子，形成一條從聚合物一面貫穿到另一面的僅允許水分子快速通過(guò)的通道；疏水區為膜材料提供強度保證，化學(xué)性質(zhì)極其穩定，使用壽命長(cháng)。
NACE膜的特性主要包括：ⓐ高選擇性：僅允許水分子通過(guò)；ⓑ高膜通量：處理量大；ⓒ高密閉性：全封閉結構；ⓓ低投入：運行費用低；ⓔ高品質(zhì)的出水：直接回用。
在膜組件中，NACE膜材料的一側與熱的待處理廢水直接接觸(稱(chēng)為熱側)，另一側直接或間接地與冷介質(zhì)接觸(稱(chēng)為冷側)，熱側中的液相水在膜面處擴散并在冷側汽化，水蒸氣通過(guò)和冷介質(zhì)的熱交換被冷凝成液相，廢水中其他組分則被NACE膜材料阻擋在熱側，從而實(shí)現廢水中污染物的分離。這一過(guò)程同時(shí)包括了熱量和質(zhì)量的傳遞，傳質(zhì)的推動(dòng)力為冷、熱兩側水的蒸氣壓差。
2、工藝說(shuō)明
2．1 工藝流程
膜蒸餾組合系統主要由進(jìn)料單元、預處理單元、加熱單元、膜蒸發(fā)器單元、蒸發(fā)結晶單元、冷凝出水單元以及相關(guān)附屬設備組成，核心設備為膜組件。高含鹽廢水的試驗設備工藝流程見(jiàn)圖1。
2．1．1 預處理單元
預處理單元以去除細小顆粒和懸浮物質(zhì)為目的，來(lái)滿(mǎn)足后續膜蒸發(fā)器進(jìn)水的要求。預處理裝置采用保安過(guò)濾器，進(jìn)水槽通過(guò)隔膜計量泵泵入保安過(guò)濾器，處理量為0．5m3/h，共計1臺。
2．1．2 加熱單元
保安過(guò)濾器出水進(jìn)入中間貯槽，中間貯槽有效容積為1m3，超高為0．2m。加熱設備采用蒸氣盤(pán)管加熱，蒸氣盤(pán)管置于中間貯槽內部，熱源為廠(chǎng)內蒸氣。
2．1．3 膜蒸發(fā)器單元
膜蒸發(fā)器為國外進(jìn)口成套設備，由蜘蛛形支撐結構、壓板、膜片子組件和壓縮桿4個(gè)部分組成。每臺設備包含空氣排放口、水蒸氣出口、廢水出入口和傳感器接入口。膜蒸發(fā)器進(jìn)口壓力要求小于13kPa，前端通過(guò)設置回路和閥門(mén)調節。
含鹽廢水首先進(jìn)行預處理，去除來(lái)水中的懸浮物(大于20μm)，避免對后續工藝的正常運行造成影響，同時(shí)對來(lái)水進(jìn)行升溫。經(jīng)預處理后的廢水進(jìn)入膜蒸發(fā)器模塊內，利用真空泵抽取膜組件冷側的真空，形成冷、熱兩側水的蒸氣壓差，熱側的液相水在膜面汽化轉移至冷側，以水蒸氣的形式存在。水蒸氣經(jīng)冷凝后轉化為液相純凈水，利用清水泵導出處理系統。隨著(zhù)含鹽廢水的不斷流入，膜蒸發(fā)器模塊內廢水的污染物濃度逐漸升高，當達到設定值時(shí)，系統停止工作，將濃縮廢液排出系統中，系統開(kāi)始下一批次工作。
2．1．4 蒸發(fā)結晶裝置單元
本項目中蒸發(fā)結晶裝置采用單效降膜蒸發(fā)器，由換熱器、分離器、冷凝器、進(jìn)料泵、出料泵、真空泵以及配套管路閥門(mén)組成。
其工作流程為：膜蒸發(fā)器排出的濃液在進(jìn)料泵的作用下進(jìn)入蒸發(fā)室內；物料在加熱室內均勻地在加熱管內壁從下而上流動(dòng)，同時(shí)被加熱至物料沸騰狀態(tài)，加熱后水進(jìn)入分離室完成氣、液分離，物料達到一定濃度后，母液由分離器下出料口的出料泵析出，由離心機固液分離得到鹽結晶物，母液繼續返回系統蒸發(fā)。分離器產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝后由冷凝水罐收集；不凝性氣體經(jīng)真空泵抽取，全系統使用1臺真空泵，通過(guò)管路及閥門(mén)控制真空度。加熱器、分離室的壓力由冷凝水罐串聯(lián)的冷凝器進(jìn)行控制。
2．2 工藝特點(diǎn)
膜蒸餾工藝是一項新型水處理技術(shù)，它以溫度差作為分離驅動(dòng)力，將反滲透和蒸餾技術(shù)的最佳屬性結為一體，同時(shí)又避開(kāi)了以上兩種技術(shù)的缺陷，具有運行成本低、抗污染性強、處理效果穩定等優(yōu)點(diǎn)。主要特點(diǎn)如下：
a．處理效果穩定，出水直接回用，可實(shí)現零排放。膜蒸餾系統對水中無(wú)機鹽的去除率可以達到90%以上，能夠獲得高品質(zhì)的出水，同時(shí)最大限度地減少濃排水的最終排放量。
b．充分利用余熱，形成運行成本的優(yōu)勢。由于企業(yè)在生產(chǎn)的過(guò)程中有著(zhù)豐富的余熱，而膜蒸餾技術(shù)的分離驅動(dòng)力為溫度差，因此可以和企業(yè)生產(chǎn)緊密銜接起來(lái)，實(shí)現余熱資源的有效利用。通過(guò)“膜蒸餾”系統中熱量回收單元，最大限度地降低系統能耗，并且動(dòng)力設備少，可節約大量的電能。
c．系統運行簡(jiǎn)單，無(wú)須復雜的前后處理及維護。膜蒸餾系統沒(méi)有較多的運動(dòng)部件，運行維護簡(jiǎn)單，配置靈活，可根據用戶(hù)需要按使用點(diǎn)進(jìn)行組裝。
d．系統穩定，使用壽命長(cháng)。膜蒸餾系統所采用的膜是一種高分子聚合物無(wú)孔化學(xué)隔膜，化學(xué)性質(zhì)極其穩定，使用壽命長(cháng)。
3、處理效果
經(jīng)過(guò)探究進(jìn)水鹽濃度、進(jìn)料溫度、膜面流速、真空度對工藝參數的影響，找出最優(yōu)工藝條件后，將膜蒸餾與蒸發(fā)結晶系統聯(lián)動(dòng)運行，并對最終冷凝水(包含膜蒸餾和蒸發(fā)兩部分)水質(zhì)和產(chǎn)水率進(jìn)行檢測分析，分析結果如下：
當進(jìn)水含鹽量在49000mg/L時(shí)，該套膜蒸餾和蒸發(fā)結晶兩部分產(chǎn)水情況為膜蒸餾產(chǎn)水率不小于60%，含鹽量不大于300mg/L，蒸發(fā)結晶產(chǎn)水率不小于90%，含鹽量不大于800mg/L，兩股產(chǎn)水混合后含鹽量不大于350mg/L，脫鹽率達到99%，回用水回收率達到92%。由此可以看出，該套膜蒸餾設備對高含鹽廢水有較好的處理效果。
4、結語(yǔ)
為解決高含鹽廢水處理的難題，本文介紹了一套膜蒸餾系統，經(jīng)研究結果證實(shí)，該套膜蒸餾系統具有處理效果穩定、能充分利用余熱、系統運行簡(jiǎn)單、系統穩定、使用壽命長(cháng)等優(yōu)勢。這些優(yōu)勢使該套膜蒸餾系統具有推廣應用價(jià)值，為膜蒸餾處理高含鹽廢水提供了又一具有發(fā)展潛力的新型膜分離技術(shù)，將高含鹽廢水中的水進(jìn)行回收利用，最大限度地降低高含鹽廢水對水環(huán)境造成的潛在危害，這項技術(shù)可應用到各行各業(yè)的高含鹽廢水處理領(lǐng)域中，發(fā)揮其自身優(yōu)勢，為高含鹽廢水處理技術(shù)提供一個(gè)新的方向。（來(lái)源：南京中衡元環(huán)�？萍加邢薰荆�
