污水处理技术工艺

化工污水中高盐废水的形成及其处理技术进展

发布日期:2019-03-01 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

在我国社会经济发展和城市化进程中,水资源短缺正逐渐成为制约我国可持续发展战略的主要因素之一。近年来,随着我国工业规模的不断扩大,工业用水量急剧增加。同时,废水的产生也迅速增加,给目前的废水处理和循环利用技术带来了巨大挑战。直接排放工业废水,将对周围的土壤和水环境造成严重污染。废水经处理后如不回收,将造成水资源浪费,加剧水资源短缺。

对于高盐废水,由于缺乏技术经济可行性和可靠性,多数采用稀释排污法。这种方法不仅可以真正减少污染物的排放总量,而且还会造成淡水的浪费,特别是含盐废水的排放,从而必然导致淡水水资源的矿化和土壤的碱化。与国外高盐废水“零排放”或“零排放”的海水淡化技术水平相比,我国存在较大的差距。因此,如何开发经济有效的高盐废水淡化处理技术,促进高盐废水的资源化利用,也是解决水资源循环利用的瓶颈问题。

化工高盐废水的来源

通常,对于废水的生化处理,高盐废水是指含有有机物并且至少3.5质量%的总溶解固体(TDS)的废水。因为在这种类型的废水中,除含有有机污染物外,还含有大量可溶性无机盐,如Cl 2,Na +,SO 4+,Ca 2+。因此,这种废水通常是生化处理的极限。据报道,国外已经使用了一种特殊的驯化耐盐嗜盐菌来处理15%含盐的含酚废水;在中国,有报道称使用嗜盐菌处理5%含盐废水。除海水淡化外,这类废水主要来自以下几个领域:1化学生产,不完全化学反应或化学反应副产物,特别是生产过程中产生的大量高COD,高盐有毒废水化学产品,如染料和农药。 ; 2废水处理,在废水处理过程中,由于加入水处理剂和酸,碱而产生的矿化,而大部分“轻”水回收所产生的浓缩物会增加可溶性盐的浓度,形成如此 - 称为“高盐度废水”,难以进行生物化学处理。可以看出,这种含盐废水比普通废水对环境的污染更严重。

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高盐废水是指用反渗透技术回收大部分“淡水”后产生的浓盐水,再经蒸发或其他脱盐工艺处理,得到总溶解固体(TDS)含量大于8%且难以生化处理的浓缩废水;或化学生产过程中直接产生较高的COD含量和总溶解量。固体物的质量分数(TDS)大于15%,废水不能进行生化处理。为了彻底消除这类高盐废水的污染,不仅需要降低COD含量,更重要的是实现可溶性盐与废水的完全分离。只有这样才能真正实现高盐废水处理的目标。

1.1化学品生产过程中产生的高盐废水

20世纪90年代以来,随着我国纺织工业的快速发展,印染工业的规模迅速扩大,染料的生产和使用越来越大。由此产生了大量高COD、高色度、高毒性、高盐度、低B-≤-C的染料废水。据统计,2009年印染废水排放量已达24.3亿吨,占纺织工业废水排放总量的80%以上。这类染料废水具有“四高一低”的特点,与所用染料种类有关。同时,在染料生产中,废水中盐的富集主要是由生产工艺和工艺助剂的加入引起的。以江苏省某染料厂综合废水为例,氯盐单独的质量分数高达60g/L,可见如何有效地处理高盐度、高污染的印染废水,实现氯盐与标准水的分离,满足淡水资源循环利用的要求。已成为印染废水处理中的一个难题。

在化工生产中,农药生产过程中也会产生大量高盐废水.据统计,全国农药生产厂已达1600个左右,年农药产量高达476000吨。其中,农药生产占农药工业的50%以上。该农药废水具有有机物浓度高、污染成分复杂、毒性高、降解困难、水质不稳定等特点。例如,在生产过程中,磷酸钠废水浓度很高,COD在50,000 mg/L左右,含盐量很高/L,对于这类高COD、高盐农药废水,必须采取有效措施对其进行处理。否则会造成严重的环境污染。

此外,在其他化学生产过程中,也会产生高盐废水。例如,在通过氨 - 碱工艺生产苏打灰时,氨处理后系统排放废水的可溶性盐含量一般为15%至20%,其中大部分为CaCl2和NaCl [9]。 。在煤化工行业中,含盐废水经过热浓缩处理后,排出的浓缩废水中的盐含量可达20%以上[10]。对于化学过程中产生的高盐废水,高盐废水的性质取决于不同的化学产品和生产过程。因此,对于化学生产中直接生产的各种高盐废水,有必要根据高盐废水的不同来源和性质对其进行分类和选择。

1.2化工废水处理及淡水回用浓缩盐废水

在化学废水处理过程中,废水的来源和组成各不相同,处理方法也很多,但都是以降低废水的鳕鱼含量,最终回收部分“轻”水为目标。因此,在废水处理的鳕鱼价值达到标准后,将进一步利用反渗透等技术回收部分"轻"水用于再利用,以节约水资源。在整个过程中,预处理系统、加水处理剂和水的再利用都导致废水中盐含量的增加和浓盐水的形成。

许多工业废水含有有机/无机混合污染物,有些废水甚至含有不利于微生物生存或难以生物降解的污染物。因此,有必要通过物理预处理和化学预处理来提高废水的可生化性。经过预处理后,虽然废水中有毒难降解的物质含量有所降低,但添加各种添加剂会增加废水中的含盐量,形成含盐量较高的废水。同时,脱盐预处理也会产生高含盐量的高浓度含盐废水。

一般地,减少废水中COD的方法可分为物化法和生物法。其中,生物法具有成本低,是首选的治疗方法[11]。物化-生化耦合技术在处理难生物降解废水中的应用已成为处理难降解废水的发展趋势。近年来,在废水处理中使用的各种耐盐细菌已经深入地研究和利用,处理过的废水的盐含量在一定程度上得到了提高[12]。虽然废水中的盐含量仍需控制,不宜过高,但研究发现:[13]当盐含量达到3.5%时,COD的去除率可达60%;同时,当废水中的最高盐含量达到5%时,也可有效利用耐盐细菌进行生化处理。可以看出,随着废水处理技术和工艺的发展,尤其是物理化学和生物过程的联合应用以及耐盐细菌的开发与实践,废水可同时达到COD标准。排出水中的可溶性盐的含量在一定程度上增加,导致盐水的形成。

众所周知,反渗透膜技术是一种常用的脱盐技术。目前,它适用于工业规模的反渗透膜,主要包括醋酸纤维素和聚酰胺膜,脱盐率为94%~97%[14]。废水通过物理化学,生物等方法达到排放标准。为了回收一些淡水资源,反渗透膜技术通常用于回收和再循环高达70%的水。目前,在实际生产过程中,反渗透膜的产水率一般为50%~60%[15]。因此,合格的排放水采用反渗透技术处理,回收再循环50%~60%的淡水后,排放的废水浓度将增加一倍以上,从而产生浓盐废水。

2 浓盐废水的处理

如上所述,浓盐废水可分为两类:一类是部分农药生产和化工生产印染过程中产生的废水,具有高粘度和COD的特点;二类是约60%回收利用后形成的浓盐废水。在废水处理过程中。近年来,随着生化技术的进步和发展,嗜盐菌和嗜盐菌的成功分离、培养和驯化,使用生化方法处理高浓度含盐废水成为可能。特别是利用嗜盐菌和嗜盐菌,采用理化-生化耦合技术,推进了浓盐废水处理工程。工程技术人员还提出了利用嗜盐菌和嗜盐菌多工艺联合处理浓盐水废水的建议[17]。尽管生物化学技术的发展提高了细菌对环境的适应性,但可以降低浓盐废水中的COD含量,这并不难理解。然而,由于嗜盐菌和嗜盐菌对环境的适应性有限,仍然有大量的浓盐废水面临有效处理的问题。同时,即使浓盐废水的COD处理达标,如果大量排放这种含盐的“合格水”,仍然会对环境水体和土壤造成危害。只有从浓盐水中去除COD,从浓盐水中分离可溶性盐,才是浓盐水的最终处理目标。只有这样,我们才能循环利用更多的水资源。为此,提出了“低温热利用-浓盐水蒸发结晶”工艺处理此类废水[18]。然而,最终结果并不是工艺技术的预期结果——工业盐和循环淡水。这是因为废水中的大部分盐都是氯盐,氯盐在水中具有很高的溶解性。不能通过浓缩和冷却结晶有效地分离盐。因此,浓缩盐废水通常充分利用生产预热资源,采用蒸发法浓缩废水,回收部分淡水资源,但得到高盐废水。

蒸发淡化的优点是淡水的质量好。目前,工业废水淡化技术基本上是在海水淡化技术的基础上发展起来的。[19]……蒸馏的本质是利用热能蒸发溶液,然后冷却水蒸气以回收淡水。由于技术的不断改进和发展,该方法仍在不断创新和发展,如多效蒸发、膜蒸馏等。

多效蒸发装置首次应用于海水淡化工艺中。目前,水处理的研究和应用日益增多。由于低温多效蒸馏技术的节能优势,近年来发展迅速,装置规模不断扩大,成本不断降低。主要的发展趋势是提高装置的单机制水能力,降低工程造价,提高工作温度,提高廉价材料的使用率。传热效率等于永辉等。[16]采用其它工艺与低温多效蒸发相结合的工艺处理高盐度、高硬度的重油废水。结果表明,以低温多效蒸发处理重油废水为核心技术是可行的。针对污染成分复杂、污染强烈、不适合膜海水淡化的废水[21]等问题,提出了多效蒸发集中海水淡化油田废水的技术方案。浓缩污水中盐的含量可达8+。

膜蒸馏是一种新的分离技术,它是将膜分离技术与传统蒸发过程相结合的一种新型膜分离工艺。与其他膜分离过程相比,膜蒸馏的主要优点之一是它受溶液浓度的影响较小。Schofield等人对盐溶液的实验研究。[22]表明水在5mol/LNaCl溶液中的饱和蒸气压仅比纯水低25%,膜蒸馏通量降低30%。可以看出,与其它膜分离过程相比,膜蒸馏可以处理高浓度的水溶液。结果表明,采用减压膜蒸馏(VMD)工艺处理反渗透浓缩水时,出水通量随浓缩工艺的增加而降低,但出水脱盐率可达99%以上。同时也产生了含盐量较高的废水,含盐量超过15%,是反渗透浓缩水含盐量的4倍以上。膜蒸馏本身的特点决定了该技术与其它分离技术相比具有操作压力低、操作温度低、蒸馏液纯度高等优点。但膜蒸馏技术仍存在传热效率低、膜孔易堵塞、膜结构成本高、局限性大、膜材料仍需改进等缺点。可以看出,浓缩卤水除可以采用蒸发工艺处理部分淡水外,还可以处理一些高盐废水,这需要进一步的处理,才能实现可溶性盐的完全分离。

3 高盐废水的处理技术

3.1 焚烧工艺技术

如前所述,高COD、高盐废水可以直接处理。高盐废水的处理始于20世纪50年代,高盐废水进入高温燃烧炉,完全将细水雾转化为细水雾,使废水中的有机物转化为有机污染物,并使之转化为炉膛中的二氧化碳。水和一点点无机灰[24]。一般认为,用COD≥10 0 0 0 mg/L、值≥/kg或有机高盐废水(有机物质量分数大于10%)处理有机高盐废水比其他方法经济、合理。对于含盐量为10000×10万mg/L的有机高盐废水,对于COD为250~2500/kg的有机高盐废水,燃烧需要补充燃料。在处理高浓度有机废水前,应对废水中的悬浮物进行过滤,或通过加热降低废水的粘度,以防止水口堵塞,提高废水的效率。对于不同类型的工业高盐废水,为了防止酸腐蚀和结垢,有时会进行酸碱处理。在改质阶段,应根据高盐废水的物理性质来确定改质温度,控制改质时间等因素,以达到较好的改质效果。最后,在烟气处理阶段,由于废液中通常含有N、S、Cl等元素,通常会产生含NOx和HCl的污染气体。因此,产生的烟气只有在达到标准后才需要清理和排放。

3.2蒸发浓缩 - 冷却结晶工艺技术

蒸发浓缩冷却结晶技术是将高盐废水通过蒸发浓缩,最终浓缩液冷却,使高盐废水中的可溶性盐结晶分离的工艺技术。该工艺可将部分盐分离得到结晶盐,母液需返回前一蒸发段循环蒸发浓缩。工艺流程图如图1所示。

该工艺适用于高盐废水,鳕鱼相对较低,高盐废水所含盐的溶解度相对温度变化敏感。通过控制结晶温度,可以得到相对纯净的结晶盐。缺点也很明显。当废水中盐的相对温度变化不敏感时,例如废水中所含的主要盐为氯化物时,通过冷却结晶分离盐是非常低效的。另外,在冷却结晶过程中,会有大量的冷却母液需要返回到上一节的过程中重新加热蒸发、浓缩处理。这样,它将导致长期的过程,高能耗和低处理效率。因此,迫切需要制定一个有效从高盐废水中分离盐的程序。

3.3蒸发-热结晶技术

蒸发-热结晶过程,如图2所示

在蒸发 - 热结晶过程中,首先将高盐废水蒸发并浓缩,然后通过旋转薄膜蒸发器进一步加热高盐废水浓缩物以进一步蒸发和浓缩以形成过饱和盐溶液。最后,通过冷却,将过饱和盐液的温度降至40℃以下以获得盐泥,从而实现高盐废水中可溶性盐物质的完全分离。其中,关键设备是旋转薄膜蒸发器。

在旋转薄膜蒸发器内,有一个液体接收板和带有旋转轴的刮刀。高温浓缩盐液从入口进入受液板后,分散到蒸发器的四个壁上,受热蒸发,形成盐泥。蒸汽从蒸发器上端的蒸汽出口排出。在此过程中,旋转轴上的刮刀刮掉盐泥,从蒸发器下端的出口排出。为保证旋转薄膜蒸发器的防腐性能,可选用防腐、耐温、传热性能好的316L不锈钢、石墨或钛合金进行加工。

蒸发-热结晶技术的创新是利用薄膜蒸发来处理盐粘精矿,其蒸发效率高,易使盐粘精矿饱和,有利于盐粘溶液的连续分离。因此,盐的分离是连续进行的,母液的再循环和加热是不返回的,能耗低。因此,该工艺技术对高盐废水中所含的盐没有特殊要求,可以实现对所有高粘度、高盐度的废水进行高效、连续的处理,并能实现对盐材料的分离100。目前,该技术已成功用于酸性高盐废水的循环利用[26]。

4 结语

为了充分回收和循环利用水资源,减少各种高盐废水对水资源的“盐渍化”污染和盐渍化对土壤的危害,加强高盐废水的有效治理,实现盐水的高效分离,具有十分重要的意义。

对于一些高盐、高COD的废水,在直接处理废水时,必须加强对废气污染的控制。对于COD低、可溶性盐对温度敏感的高盐废水,采用浓冷结晶法可分离出部分可溶性盐。

相比之下,蒸发 - 热结晶工艺技术适用于处理高COD和高盐废水。该工艺技术对高盐废水中可溶性盐的种类没有特殊要求,盐含量越高,分离效率越高。但是,热沉淀产生的盐渣或盐渣的深度处理和再循环等工艺技术还有待进一步研究和开发。

化工污水中高盐废水的形成及其处理技术进展

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