(神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油化工公用设施管理分公司 750411)
摘要：介绍了现有反渗透后高盐水浓缩技术中具有代表性的蒸发塘、多效蒸馏、机械压缩再蒸发、电渗析等技术的原理、优势、局限性以及应用进展，提出了基于高效电驱离子膜的高盐水高效节能浓缩新技术，并以具体应用案例进行了分析评价。认为与现有技术相比，利用电驱离子膜高效电渗析处理高盐水技术在投资、能耗、处理成本等方面具有显著的优势，推广应用前景广阔。
关键词：反渗透；高盐废水；浓缩技术
1蒸发浓缩技术
1.1自然蒸发(蒸发塘)
自然蒸发浓缩是依靠太阳能在自然状况下蒸发地面上的高盐水，使其浓缩达到饱和后结晶析盐，其蒸发构造称为蒸发塘。由于热源为太阳能，因此自然蒸发适用于气候干燥少雨、日晒充足区域，具有处理成本低、运营维护简单、使用寿命长、抗冲击负荷好等优点。在我国，大唐克旗、大唐阜新、国电赤峰“3052”项目、新疆庆华等都在主厂区配套建设蒸发塘工程以进行废水浓缩。中东地区一些国家海水淡化厂同样采用蒸发塘来处理浓水。
在蒸发塘研究方面，国内外相关学者对浓盐水的性质与处理方法、蒸发速率、蒸发效率和浓缩物去处等关键问题进行了相对集中的研究。蒸发塘属于敞开系统，原浓水中所含挥发组分直接进入空气易造成空气污染;同时应做好防渗透和防溢流处理措施，防止对地下水及土壤的污染。蒸发塘普遍占地面积较大，造成土地资源浪费。
1.2多效蒸发浓缩
多效蒸发是应用广泛的一种蒸发技术，它将多个蒸发器串联，前一蒸发器的二次蒸汽作为下一蒸发器的热源并冷凝成淡水，每1个蒸发器称为一效。在浓盐水浓缩处理中普遍采用3~4效的连接形式。根据蒸汽和料液的流动方向的不同可分为并流(顺流)、逆流、平流3种形式。
目前多效蒸发技术在浓盐水的浓缩处理过程中应用广泛，具有如下优点:分离效果好，可实现废水中水与盐分的彻底分离;自动化程度高、运行稳定;蒸汽利用率较高。在高盐度、高COD有机废水处理方面，采用2效蒸发技术，产水COD约200 mg/L盐中氯化钠纯度可达89%以上。利用三效蒸发器处理高含盐水，蒸汽消耗比约为0.43，产水电导率≤200uS/cm，可以作为脱盐水站或循环水装置补水利用，废水整体回收率达到94.6%以上。
多效蒸发技术不仅可以有效利用副产蒸汽减少热量损失，而且基本可以实现废水的零排放。但多效蒸发技术同样存在一定的局限性:首先，通常工业高盐废水伴随高硬度、高SO42-含量，易在蒸发器中结垢并堵塞蒸发器，因此，需进行预处理和增加清洗次数，从而增加运行成本;其次，高盐废水成分复杂，C12含量普遍较高，因此材料耐腐蚀性能要求较高;此外多效蒸发仍需额外蒸汽提供热量，对蒸水量较大的低含量的工业浓盐水浓缩处理蒸汽消耗量较大，处理成本高。
1.3机械压缩再蒸发浓缩
机械压缩再蒸发浓缩(MVR)是目前高盐工业废水处理过程较受关注的浓缩技术之一。其主要原理是将原水蒸发产生的二次蒸汽通过机械再压缩方式提高蒸汽的温度、压力和热焓，然后进入蒸发器与原水进行冷凝换热，加热后原水得以蒸发浓缩，同时又产生二次蒸汽再次压缩，达到充分利用系统内蒸汽潜热的目的。
2电渗析法浓缩技术
电渗析法浓缩技术(ED)的核心为离子交换膜，其在直流电场的作用下对溶液中的阴阳离子具有选择透过性，即阴膜仅允许阴离子透过，阳膜只允许阳离子透过。通过阴阳离子膜交替排布形成浓、淡室，从而实现物料的浓缩与脱盐。电渗析技术起步较早，初期主要应用于海水淡化、苦咸水淡化及工艺物料脱盐。
然而目前国产异相膜电渗析依然存在系列问题函待解决，以利于其进一步发展和广泛应用:
1}膜性能存在差距，均相膜制备技术与大规模生产应用函待提高。离子交换膜是电渗析技术的核心与基础，其性能的优劣直接影响电渗析过程。而在盐水浓缩过程中，普遍要求电渗析过程实现10倍甚至更高的浓缩倍数，同时要求尽可能低的运行电耗。因此离子交换膜必须具有低溶剂(水)扩散渗透系数、低膜面电阻、高离子渗透迁移性的特点。离子交换膜有均相膜与异相膜2种形式，其中均相膜在膜电阻、厚度、水渗透量、溶胀性能等方面均较异相膜存在明显优势，因此均相膜是工业高盐水电渗析浓缩领域发展方向。
然而目前能够工业大规模应用的均相离子交换膜生产厂商主要集中于欧美及日本，包括美国的杜邦、Dow, GE Ionics，德国的西门子、Fumatech，日本ASTOM株式会社、日本旭硝子(AGC)公司等。我国离子交换膜生产规模虽已达到年产15万对平方米以上，但主要以异相膜为主，仅有极少数厂家具备均相膜生产能力，且产量较低。典型的国内外均相膜产品性能见表1所示。
由表1可见，在决定能耗的关键性能一膜面电阻率与膜厚度方面，以及性能上国产膜仍有不小的差距。正是上述性能差异导致离子迁移通过国产膜速率较慢同时水分渗透速率较快，最终体现在浓缩过程中国产膜浓缩倍数较低且单位能耗较高，而国外膜每吨盐直流耗电150 kWh左右，电流效率能一直保持在80%以上，国产膜电流效率较低维持在60%~70% ;同时国产膜膜厚度在0.2 mm以上，国外膜膜厚度在0.15 mm以下，因此同一膜堆在膜对数相同的情况下，国产膜装置较大，结构紧凑性较差。
2)专用配套部件的开发与制造有待增强。专用隔板及电极是电渗析技术的支撑，其性能的优劣直接影响离子交换膜性能的发挥。自上世纪50年代末开始电渗析技术研究以来，我国在电渗析器设计、隔板设计制造、钦涂钉电极的制备和性能、工程技术都到达较高的水平，这就为盐水浓缩用电渗析专用部件的开发奠定基础。但均相膜较薄且无弹性，给隔板的密封性提出更高的要求;电场分布均匀性，尽可能低的漏电性能，高的有效通电面积以及流动分布效果均是需要提高的方向。
3新型浓盐水浓缩技术
膜蒸馏浓缩技术是上世纪末出现的一种新型膜接触器技术。以疏水微孔膜为介质，膜两侧蒸汽压差为动力，实现浓盐水的质量与热量的传递过程。膜蒸馏过程分为空气隙式膜蒸馏(AGMD)、真空膜蒸馏(VMD)、直接接触式膜蒸馏(DCMD)和气体吹扫式膜蒸馏(SGMD)，由于微孔膜作为蒸发界面可极大地增加蒸发面积，提高热效率，可利用低品质热源，因此膜蒸馏在浓水处理方面展现了很好的应用前景。采用新型的气隙式膜蒸馏组件可以进行脱盐与浓缩实验，同时可以应用多级膜蒸馏组建串联的方式来回收能量.应用多效膜蒸馏组件在对盐水、果汁以及尿素水溶液进行了处理，取得了良好的效果.
而在上述膜蒸馏过程中真空膜蒸馏由于截留率高、膜通量大、操作方便、占地面积小、对环境污染小等优点，在浓盐水浓缩领域具有较好的应用前景。国内外学者将真空膜蒸馏应用到反渗透浓水浓缩处理上，经过一系列研究可以实现膜的截留率为99.999%。因此真空膜蒸馏技术可在反渗透海水淡化浓盐水的浓缩方面得到很好的应用。
上述过程显示了膜蒸馏过程较传统蒸发过程高的传质性能，然而膜蒸馏技术仍存在若干关键性问题制约其长时间应用：首先是膜的疏水性问题，膜蒸馏过程的基础即疏水性膜，因此具有较强疏水性的膜材料的选择与制备以及膜长期使用过程中疏水性能的改变是其关键所在，国内外学者对疏水膜材料进行了多项研究其次是膜污染问题，浓盐水成分复杂若含有较高含量的钙、硫酸根、碳酸根等易结垢离子则在浓缩过程中易在膜表面结垢，从而影响蒸发过程的发生;最后新型低能耗膜蒸馏过程有待研究。
4结语与展望
反渗透处理后浓盐水的浓缩，作为工业高盐废水零排放技术最后也是最为关键的工序，其技术适应性、成熟度、投资、运行能耗等对整体工艺具有直接的重大影响。以多效蒸馏及MVR为代表的蒸发技术是目前浓缩过程的主流选择，技术成熟度相对较高，然而其投资成本大，对较低含量盐水运行能耗高、成本高的劣势难以克服。
参考文献
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论文作者:李长亲
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/1
标签：盐水论文; 电渗析论文; 技术论文; 疏水论文; 废水论文; 蒸汽论文; 反渗透论文; 《电力设备》2016年第18期论文;