浓盐水零排放技术分析

浓盐水零排放技术分析

周东海

江苏中圣高科技产业有限公司江苏南京210009

摘要：盐水零排放技术是海水淡化产业和环境保护的必然要求，特别是部分产业领域的浓盐水处理已经严重制约了企业的生产和发展，是当前和今后一段时间国内外关注度极高的问题之一。

目前，能够实现大规模工业应用的盐水脱盐淡化技术主要有膜法和热法。然而盐水脱盐淡化在有效解决缺水问题的同时，也对环境产生了一些不利影响，盐水脱盐淡化预处理过程中均不可避免要加入化学药剂，大规模淡化厂浓缩盐水的长期排放将会严重影响近海海洋生态环境，造成无法预估的后果。因此，对于浓缩盐水的循环利用或产品化再处理，实现盐水脱盐淡化过程的零排放将是一项极富挑战而且意义重大的工作。

关键词：浓盐水；零排放；技术；研究

1.盐水脱盐淡化技术及应用现状

到目前为止，盐水脱盐淡化方法已经达到了数十种，主要包括热法、膜法、离子交换法、水合物法、溶剂萃取法、电去离子法（EDI）和冷冻法。目前，全球的淡化能力在2012年时已经达到了日产6.64千万立方米，并且预期在2015年达到1亿立方米。

2浓盐水零排放的主要方法

浓盐水零排放技术是伴随着盐水脱盐淡化技术而产生的，其主要技术方法从技术的复杂程度可以分为单一技术和集成耦合技术。单一技术主要有直接晾晒技术（蒸发塘技术）、强化自然蒸发技术、膜蒸馏技术以及喷雾干燥技术。集成耦合技术又根据盐水浓缩所采用的初始技术可以分为膜法盐水零排放技术和热法零排放技术，在实现盐水零排放的同时提取盐水的有用元素。图1简要介绍了主要的零排放技术路线。

2.1单一盐水零排放技术

2.1.1直接晾晒技术与强制循环自然蒸发技术盐水脱盐淡化的浓盐水由于盐度较高，相比于自然的海水或者盐水来说，更容易结晶出盐。采用浓盐水直接晾晒生产，是一种经济有效且低污染的技术。蒸发塘技术是将较高浓度浓缩的盐水通过管道输送到蒸发塘让其自然蒸发结晶，再把结晶产出的盐取出。技术优点在于运行成本低，但是其实施条件具有明显的地域和环境要求。蒸发塘技术主要适用于土地成本低廉，蒸发量远大于降水量的地方。但是由于在蒸发浓缩过程中，盐水浓度逐渐增浓，造成蒸发传热系数下降，设计时需要额外注意此条件。

针对自然蒸发传热性能较差的特性，在蒸发塘技术的基础上，发展了带有强制循环的蒸发塘技术。通过改变气液界面流速、温度等措施来改变蒸发速率，达到增加蒸发的作用。能够减小蒸发塘占地面积，减少投资成本。

目前蒸发塘技术面临的主要问题有三点：

第一，由于蒸发速率较慢蒸发塘技术需要大量的土地，但是经济的快速发展对土地的需求大量增加，蒸发塘技术的短板就越发的凸显出来，强制循环的自然蒸发新型蒸发技术的发展就显得愈发重要；

第二，蒸发塘技术在使用过程中由于渗漏问题很容易污染周围土地，造成二次污染。因此怎样在使用蒸发塘技术时严格防止渗漏就显得格外重要；

第三，在含盐污水的蒸发塘使用过程中，由于蒸发速率过慢，蒸发塘逐渐演变成了污水库。

2.1.2膜蒸馏技术

膜蒸馏技术是膜技术与蒸馏技术相结合的分离技术，其通常是在单侧真空的情况下进行。原理以膜两侧蒸汽压差为传质推动力，完成热量与质量的同时传递。

在传递过程中，较热的溶液在压力的作用下通过膜，在真空侧产生蒸气，经冷凝后形成液体，失水后的盐水停留在另一侧。其造水表征的热效率一般在0.2～1.0之间，这远低于传统的热法技术。

2.1.3与膜法零排放技术类似，热法零排放技术是基于热法盐水脱盐淡化系统发展起来的，多效蒸发作为当今主流的盐水脱盐淡化三大技术，由于其能耗较低，以此技术为基础发展起来的多效蒸发-蒸发结晶技术越发成熟。热蒸发和结晶系统由降膜蒸发器、固液分离器和混合组成。同时，随着各技术环节的成熟，在热法处理的基础上增加膜法的方法也逐渐发展起来。根据目前工艺，主要的技术多效蒸发-蒸发结晶技术，后续的相关技术都是在此基础上发展起来的，例如多效蒸发-电渗析-蒸发结晶技术。其主体流程如图2所示。

多效蒸发-蒸发结晶技术作为热法盐水浓缩技术，其与大多数热法盐水浓缩技术相类似面临两个主要问题，一是能耗过高，多效蒸发出水的盐度较低，从多效蒸发进入蒸发结晶盐水浓度，一般情况下只有7%（以水回收率50%估计），在蒸发结晶中大量的能量消耗到提浓盐水，因此提高多效蒸发的出水盐度，就成为解决多效蒸发-蒸发结晶技术能耗过高的关键。二是随着盐浓度的升高，产生的腐蚀、结垢、结晶、传热系数下降以及沸点升高等不利于蒸发进行的因素会越来越严重。因此在提高多效蒸发出水浓度的同时，还不明显增加设备的投资，同时还能降低设备的腐蚀、结垢等问题就成为现阶段解决多效蒸发-蒸发结晶能耗过高的主要问题。

3针对典型污水行业的零排放技术

多效蒸发技术-结晶技术，作为热法浓盐水浓缩的主流方法，在实际过程中，当面对盐度较低的盐水时，能耗较高的问题就会成抑制其技术发展的主要问题。

同时在面对污水尤其是炼化，煤化工等工业污水时，其预处理就变得更加复杂。针对典型工业园区的炼化污水，首先通过活性淤泥清除污水中的有机成分，处理好的污水，经过低温多效蒸发的预处理装置，当到达进水要求后，进入低温多效蒸发，实现在低温多效蒸发阶段即完成水回收率90%的目标，经过浓缩的盐水，最后进入到结晶器，完成结晶，形成产品，从而实现炼化污水零排放的目的。

4零排放技术性能分析

衡量盐水排放技术性能主要的指标为水盐回收率，除此之外能耗、产品附加值都是衡量技术成熟度和发展水平的指标。水回收率是考察盐水中淡水的回收程度，是以盐水脱盐淡化为起点的技术重要的考察指标，体现出该技术是真正意义上的零排放还是接近零排放。

现行的盐水零排放技术无论是膜法还是热法，为了实现高的回收率，最终采取的方法一般为蒸发塘技术或者结晶技术。

结语：

盐水零排放技术是海水淡化产业和环境保护的必然要求，特别是部分产业领域的浓盐水处理已经严重制约了企业的生产和发展，是当前和今后一段时间国内外关注度极高的问题之一。因此，对于浓缩盐水的循环利用或产品化再处理，实现盐水脱盐淡化过程的零排放将是一项极富挑战而且意义重大的工作。

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