廢水零排放技術(shù)解析

一、廢水零排放的定義與意義

廢水“零排放”是指工業(yè)水經(jīng)過重復(fù)使用后，將這部分含鹽量和污染物高濃縮成廢水全部（99%以上）回收再利用，無任何廢液排出工廠。從內(nèi)涵上來說，一方面要控制生產(chǎn)過程中不得已產(chǎn)生的能源和資源排放，將其減少到零；另一方面是將那些不得已排放出的能源、資源充分利用，最終消滅不可再生資源和能源的存在。

在當(dāng)今社會(huì)，廢水零排放具有極其重要的意義。隨著環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)的廢水排放方式對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，如水體富營養(yǎng)化、土壤污染等。而廢水零排放技術(shù)能夠有效地減少污染物的排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，水資源是一種寶貴的資源，通過廢水零排放可以實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，緩解水資源短缺的問題，對(duì)于企業(yè)來說，也能降低生產(chǎn)成本，提高資源利用效率。

二、主流廢水零排放工藝

目前，國內(nèi)零排放的主流工藝為膜法和熱法。熱法主要包括多級(jí)閃蒸、多效蒸發(fā)和壓氣蒸餾。多級(jí)閃蒸是將加熱后的海水依次引入到一系列壓力逐漸降低的閃蒸室中，使海水在每個(gè)閃蒸室中閃蒸蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)海水淡化和濃縮。多效蒸發(fā)則是利用前一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，通過多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)運(yùn)行，提高能源利用效率。壓氣蒸餾是將二次蒸汽壓縮升溫后重新作為加熱蒸汽使用，實(shí)現(xiàn)蒸汽的循環(huán)利用。

膜法包括高壓反滲透、碟管反滲透、電滲析（離子交換膜）、正滲透等。高壓反滲透是在高于溶液滲透壓的壓力作用下，使溶劑通過半透膜從溶液中分離出來，達(dá)到濃縮和分離的目的。碟管反滲透屬于特種反滲透膜元件，專門用來處理污染物濃度較高的廢水，具有通道寬、流程短、高速湍流過濾的特點(diǎn)，膜元件不易結(jié)垢污染、清洗周期長、使用壽命長。電滲析技術(shù)是在外加直流電場的驅(qū)動(dòng)下，利用離子交換膜的選擇透過性，陰、陽離子分別向陽極和陰極移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。正滲透是利用選擇性滲透膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)水從高化學(xué)勢一側(cè)向低化學(xué)勢一側(cè)的傳遞過程。

單獨(dú)采用熱法，雖然能達(dá)到“零排放”的目的，但設(shè)備投資巨大且運(yùn)行費(fèi)用較高。采用“膜法 + 熱法”的組合工藝，可將廢水濃縮至 30 - 40 倍，成為超高鹽廢水再經(jīng)過熱法處理，達(dá)到廢水的零排放。這種組合工藝不僅降低了投資成本，減少了能源消耗，又合理利用了一部分水資源。

三、零排放技術(shù)的階段劃分

零排放技術(shù)可分為三個(gè)階段：預(yù)處理階段、膜處理階段、蒸發(fā)結(jié)晶階段。

預(yù)處理階段

預(yù)處理階段基于傳統(tǒng)廢水處理工藝組合，目的是使階段出水達(dá)到或基本達(dá)到工業(yè)廢水回用標(biāo)準(zhǔn)（一級(jí) A 廢水排放標(biāo)準(zhǔn)）。常見的預(yù)處理方法包括物理處理（如沉淀、過濾、氣浮等）、化學(xué)處理（如中和、氧化還原、混凝沉淀等）和生物處理（如活性污泥法、生物膜法等）。例如，對(duì)于含油廢水，可先通過隔油池去除浮油，再通過氣浮法去除乳化油，然后利用生物處理去除有機(jī)物。

膜處理階段

膜處理階段大部分基于膜分離技術(shù)，綜合運(yùn)用超濾，納濾，反滲透（含 DTRO、STRO 等特種膜），離子吸附交換（特種樹脂及軟化樹脂前置，拋光混床樹脂后置）和 EDI 等技術(shù)工藝。超濾主要用于去除廢水中的大分子有機(jī)物、膠體、懸浮物等，納濾則可以去除二價(jià)及多價(jià)離子和部分有機(jī)物，反滲透能夠去除幾乎所有的溶解鹽和有機(jī)物。特種膜如 DTRO 膜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高濃度（高鹽、高有機(jī)物等）料液處理、回收、達(dá)標(biāo)排放和廢水濃縮減量。

蒸發(fā)結(jié)晶階段

蒸發(fā)結(jié)晶階段是將膜處理后的濃水進(jìn)行蒸發(fā)，使水分蒸發(fā)后鹽分結(jié)晶析出。常用的蒸發(fā)技術(shù)包括機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)（MVR）等。機(jī)械式蒸汽再壓縮的原理是低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，溫度和壓力提高，熱焓增加，然后進(jìn)入換熱器與物料進(jìn)行換熱，充分利用了蒸汽的潛熱，達(dá)到節(jié)能效果，蒸發(fā)過程不需補(bǔ)充蒸汽。

四、典型的廢水零排放技術(shù)介紹

RCC 技術(shù)

RCC 的核心技術(shù)為“機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)”及“晶種法技術(shù)”、“混合鹽結(jié)晶技術(shù)”。

機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)的基本原理是根據(jù)物理學(xué)的原理，等量的物質(zhì)，從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中，需要吸收定量的熱能。當(dāng)物質(zhì)再由氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時(shí)，會(huì)放出等量的熱能。用這種蒸發(fā)器處理廢水時(shí)，蒸發(fā)廢水所需的熱能，由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時(shí)釋放熱能所提供。在運(yùn)作過程中，沒有潛熱的流失，運(yùn)作過程中所消耗的，僅是驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)器內(nèi)廢水、蒸汽、和冷凝水循環(huán)和流動(dòng)的水泵、蒸汽泵和控制系統(tǒng)所消耗的電能。為了抵抗廢水對(duì)蒸發(fā)器的腐蝕，保證設(shè)備的使用壽命，蒸發(fā)器的主體和內(nèi)部的換熱管，通常用高級(jí)鈦合金制造，其使用壽命 30 年或以上。蒸發(fā)器單機(jī)廢水處理量由 27 噸/天起至 3800 噸/天，如果需要處理的廢水量大于單機(jī)**處理量，可以安裝多臺(tái)蒸發(fā)器處理。蒸發(fā)器在用晶種法技術(shù)運(yùn)行時(shí)，也稱為鹵水濃縮器。

鹵水濃縮器構(gòu)造及工藝流程如下：待處理鹵水進(jìn)入貯存箱，在箱里把鹵水的 PH 值調(diào)整到 5.5 - 6.0 之間，為除氣和除碳作準(zhǔn)備。鹵水進(jìn)入換熱器把溫度升至沸點(diǎn)。加熱后的鹵水經(jīng)過除氣器，清除水里的不溶氣體，如氧氣和二氧化碳。新進(jìn)鹵水進(jìn)入濃縮器底槽，與在濃縮器內(nèi)部循環(huán)的鹵水混合，然后被泵輸送到換熱器管束頂部水箱。鹵水通過裝置，在換熱管頂部的鹵水分布件流入管內(nèi)，均勻地分布在管子的內(nèi)壁上，呈薄膜狀，受地引力下降至底槽。

碟管式反滲透（DTRO）

碟管式反滲透屬于特種反滲透膜元件，專門用來處理污染物濃度較高的廢水，一開始使用于垃圾滲濾液。其核心是碟片式膜片、導(dǎo)流盤、O 型橡膠墊圈、中心拉桿和耐壓套管所組成的膜柱。進(jìn)水通過導(dǎo)流通道進(jìn)入底部導(dǎo)流盤中，并快速流經(jīng)膜片，并轉(zhuǎn)到另一膜片，在膜表面形成切向流過濾，濃縮液從進(jìn)料端法蘭處流出，透過液通過中心收集管排出，濃縮液與透過液被導(dǎo)流盤上的 O 型密封圈隔離。碟管式反滲透具有通道寬、流程短、高速湍流過濾的特點(diǎn)，因此，膜元件不易結(jié)垢污染、清洗周期長、使用壽命長。

電滲析（ED）

電滲析技術(shù)是在外加直流電場的驅(qū)動(dòng)下，利用離子交換膜的選擇透過性，陰、陽離子分別向陽極和陰極移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。電滲析反應(yīng)器是由多層濃縮隔室和淡化隔室交替組成的，通過隔板邊緣特設(shè)的孔道，分別將各濃淡隔室的水流匯集成濃水和淡水系統(tǒng)，從而達(dá)到脫鹽的目的。電滲析對(duì)懸浮物、油及硬度等較敏感，對(duì) COD、SiO2 耐受性較高，但是電滲析脫鹽率較低，淡水需回到前端單元進(jìn)行除鹽，且電滲析對(duì)有機(jī)物沒有截留效果，淡水需進(jìn)行深度氧化降解有機(jī)物。濃水結(jié)晶鹽純度高，適用于有分鹽場所。

五、廢水零排放技術(shù)的應(yīng)用案例

煤化工乙二醇廢水處理系統(tǒng)和回用及零排放項(xiàng)目

項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理規(guī)模為 3250m3/d。廢水處理主要采用預(yù)處理、A/O MBR；回用水處理主要采用預(yù)處理、RO；濃水零排放主要采用濃水 RO、SMF 膜軟化、SCRM 超濃縮膜濃縮、蒸發(fā)、結(jié)晶等工藝。此項(xiàng)目的成功實(shí)施，達(dá)到客戶預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)了廢水處理、回收利用及零排放的目標(biāo)，得到客戶深度認(rèn)可。

石油化工廠氯化銨廢水零排放工程項(xiàng)目

處理規(guī)模為 1000m3/d。結(jié)合 RO 和 EDI 優(yōu)缺點(diǎn)及氯化銨廢水的特性，采用 RO + EDI 廢水零排放技術(shù)工藝處理氯化銨廢水，該工藝即解決了 RO 和 EDI 的不足，同時(shí)又很好的利用了 RO 和 EDI 的優(yōu)勢，在達(dá)到濃水大于 12%，淡水控制氨氮含量≤10mg/L 的同時(shí)降低了整個(gè)系統(tǒng)的投資成本和運(yùn)行成本。系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，操作更簡便，安全性更高，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境效應(yīng)。

六、廢水零排放技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著科技的不斷進(jìn)步和環(huán)保要求的日益提高，廢水零排放技術(shù)也在不斷發(fā)展。未來，廢水零排放技術(shù)將朝著更加高效、節(jié)能、低成本的方向發(fā)展。一方面，會(huì)不斷研發(fā)新型的膜材料和蒸發(fā)技術(shù)，提高膜的分離性能和蒸發(fā)效率，降低能耗和成本。例如，開發(fā)具有更高選擇性、通量和抗污染性能的膜材料，以及更先進(jìn)的蒸發(fā)設(shè)備和工藝。另一方面，會(huì)加強(qiáng)對(duì)廢水零排放技術(shù)的集成和優(yōu)化，將不同的處理工藝進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提高整個(gè)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，還會(huì)注重對(duì)廢水零排放技術(shù)的智能化管理，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)處理過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測和優(yōu)化控制。