高鹽廢水處理技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展

邱立萍，張曉鳳

（長(zhǎng)安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710064）

中國(guó)淡水資源總量占全球淡水資源的6%，居世界第6位，但是人均擁有量只有世界平均水平的1/4，因此干旱缺水的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題顯得愈發(fā)突出。隨著各地區(qū)工業(yè)化程度的不斷推進(jìn)，廢水排放量逐年增加，污染物種類日新月異，節(jié)水、治水任務(wù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)［1］。高鹽廢水作為主要的工業(yè)廢水之一，因其來(lái)源廣、危害性大、可回收利用價(jià)值高等特點(diǎn)逐漸受到水處理領(lǐng)域?qū)W者和相關(guān)從業(yè)者的關(guān)注［2］。近年來(lái)，石油化工、煤化工、電力及熱力、制藥等行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得高鹽廢水的處理規(guī)模同步增加，如何做到環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙收益不僅關(guān)乎企業(yè)的營(yíng)收和發(fā)展，還對(duì)高鹽廢水處理技術(shù)提出了更高的要求。本文從高鹽廢水的來(lái)源、特點(diǎn)以及危害出發(fā)，討論了不同高鹽廢水處理技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為未來(lái)高鹽廢水處理技術(shù)提供借鑒和方向。

1 高鹽廢水簡(jiǎn)介

1.1 高鹽廢水來(lái)源

高鹽廢水是指總含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于1%的廢水。根據(jù)排放行業(yè)的不同，此類廢水除了含有大量的鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、氯離子、硫酸根和有機(jī)污染物外，一些行業(yè)如化工和制藥排放廢水還含有重金屬和放射性核素。

高鹽廢水主要有以下3種來(lái)源：1）工業(yè)排放廢水，其主要由電力、煤化工、印染、制藥等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放；2）利用海水后所排放的廢水，其中工業(yè)來(lái)源主要有冷卻液、循環(huán)水，生活來(lái)源主要有消防、道路降塵、廁所沖洗水等；3）利用含鹽量高的地下水后所排放的廢水，尤其是內(nèi)蒙古河套地區(qū)、河北平原等地區(qū)的地下水。

1.2 高鹽廢水水質(zhì)特點(diǎn)及危害

高鹽廢水水質(zhì)特點(diǎn)與其來(lái)源密切相關(guān)。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道［3-4］，高鹽廢水一般具有如下特點(diǎn)：1）總固體含量（TDS）大于3.5%；2）有機(jī)污染物以苯、苯酚、含氮雜環(huán)化合物、多環(huán)芳烴等難降解有機(jī)污染物為主；3）氯離子、鈉離子、硫酸根含量占無(wú)機(jī)離子總量的90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上。

高鹽廢水的直接排放會(huì)破壞周邊土壤使水體含鹽量升高，同時(shí)浪費(fèi)礦物資源，其危害主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：1）引起地表水或土壤鹽度分布變化，影響水生生物和動(dòng)植物的正常生長(zhǎng)、繁殖；2）高濃度氮、磷等無(wú)機(jī)鹽會(huì)引起“赤潮”現(xiàn)象發(fā)生；3）重金屬或放射性物質(zhì)隨食物鏈進(jìn)入動(dòng)植物體內(nèi)，導(dǎo)致代謝紊亂，甚至死亡，同時(shí)危害人體健康。

2 高鹽廢水處理技術(shù)

高鹽廢水處理技術(shù)作為廢水“零排放”的重要實(shí)現(xiàn)途徑之一，其基本思路是通過(guò)低成本手段把鹽分和水分離，并分別進(jìn)行回收利用。傳統(tǒng)蒸發(fā)過(guò)程雖然可以實(shí)現(xiàn)固液分離，但能耗較高，違背了節(jié)能降耗的發(fā)展要求。近年來(lái)，隨著水處理技術(shù)的發(fā)展，一些新技術(shù)、新工藝（如熱法、膜法、生物法等）的應(yīng)用，大大降低了分離、濃縮成本，使高鹽廢水處理技術(shù)得到了快速發(fā)展。

2.1 熱法處理技術(shù)

熱法處理技術(shù)是通過(guò)加熱手段，使高鹽廢水經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、冷凝后，對(duì)濃縮液進(jìn)行回收再利用的過(guò)程。目前常用的熱法處理技術(shù)主要有多級(jí)閃蒸技術(shù)（MSF）、多效蒸發(fā)技術(shù)（MED）、機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)（MVR）等，各方法的原理、適用范圍及工業(yè)化應(yīng)用情況如表1所示。

表1 常用的高鹽廢水熱法處理技術(shù)Table 1 Commonly used thermal treatment technologies for high-salt wastewater

2.1.1 多級(jí)閃蒸技術(shù)

多級(jí)閃蒸技術(shù)始于上世紀(jì)50年代，是多級(jí)閃急蒸餾法的簡(jiǎn)稱，其基本原理是將加熱過(guò)的高鹽廢水經(jīng)過(guò)多個(gè)溫度、壓力逐級(jí)降低的閃蒸室，進(jìn)行蒸發(fā)冷凝生產(chǎn)淡水，從而實(shí)現(xiàn)鹽分和水分分離的目的。該技術(shù)具有發(fā)展應(yīng)用時(shí)間久、設(shè)備簡(jiǎn)單、可利用低位熱能和廢熱等優(yōu)點(diǎn)，是較為成熟的高鹽廢水處理技術(shù)。目前，多級(jí)閃蒸技術(shù)多應(yīng)用于海水淡化工程中［5］，研究的重點(diǎn)主要是使用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源來(lái)解決換熱器結(jié)垢等問(wèn)題。Al-BKOOR等［6］以太陽(yáng)能電池板為熱能來(lái)源，建立了多級(jí)閃蒸-鹽水循環(huán)（MSF-BR）的技術(shù)模型，通過(guò)優(yōu)化海水進(jìn)水溫度、蒸餾水流量、換熱板面積等條件可獲得最大環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益；LOKK等［7］成功地模擬了多級(jí)閃蒸（MSF）模型中碳酸鹽和硫酸鹽結(jié)垢行為，考察了海水溫度變化時(shí)污垢的附著和去除機(jī)理，結(jié)果表明當(dāng)海水溫度穩(wěn)定在高值時(shí)，管內(nèi)污垢率較高。此外，雖然冬季海水的低溫增加了加熱器的運(yùn)行負(fù)荷，但是污垢率的下降會(huì)節(jié)約部分能源。

2.1.2 多效蒸發(fā)技術(shù)

多效蒸發(fā)技術(shù)是通過(guò)串聯(lián)多個(gè)蒸發(fā)器對(duì)高鹽廢水中的水分進(jìn)行蒸發(fā)，達(dá)到濃縮鹽分和其他物質(zhì)的目的，其優(yōu)點(diǎn)是后端蒸發(fā)器可以將前端蒸發(fā)器蒸發(fā)的蒸汽用作二次加熱蒸汽，以減少外部能源需求。相比單效蒸發(fā)技術(shù)，多效蒸發(fā)技術(shù)可以蒸發(fā)更多的水分，使得生蒸汽量經(jīng)濟(jì)性更高。然而，效數(shù)的增加可能導(dǎo)致多效蒸發(fā)技術(shù)生產(chǎn)能力低于單效蒸發(fā)技術(shù)，尤其是熱力學(xué)效率［8］。肖軼文等［9］通過(guò)優(yōu)化多效蒸發(fā)技術(shù)中的熱力系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)效數(shù)較大時(shí)蒸汽會(huì)在管道內(nèi)流動(dòng)引起溫降、壓降快速上升，最終導(dǎo)致蒸發(fā)量下降、系統(tǒng)生產(chǎn)能力降低；陳春波等［10］通過(guò)對(duì)帶蒸汽壓縮機(jī)（TVC）的多效蒸發(fā)系統(tǒng)處理全過(guò)程進(jìn)行時(shí)空監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)產(chǎn)水量趨于穩(wěn)定時(shí)可節(jié)省19.6%的生蒸汽量，進(jìn)而達(dá)到降低能耗的目的。

2.1.3 機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)

機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)是指將蒸發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)壓縮以提高二次蒸汽的熱力品質(zhì)（如壓力、溫度、焓值等），然后將高熱力品質(zhì)的二次蒸汽再次返回到蒸發(fā)器作為熱源加熱原溶液（高鹽廢水），實(shí)現(xiàn)熱量循環(huán)利用的目的。該技術(shù)因充分利用二次蒸汽的潛熱，具有節(jié)省能源、降低運(yùn)行成本等優(yōu)點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、減排、節(jié)水三重功效。其工藝流程如圖1所示。

圖1 MVR工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of MVR process

SI等［11］在耦合真空膜蒸餾模塊（MVR-MVMD）的機(jī)械蒸汽再壓縮氯化鈉溶液中，通過(guò)正交法得到了影響產(chǎn)水性能的參數(shù)，影響程度從大到小的順序依次為進(jìn)料溫度、滲透?jìng)?cè)壓力、進(jìn)料流量、進(jìn)料濃度。在進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、進(jìn)料流量為25 m3/h、膜面積為200 m2的條件下，MVR-MVMD的比加熱能耗為81.95 kW·h/t，比常規(guī)MVMD系統(tǒng)節(jié)能79.24%。XU等［12］研究發(fā)現(xiàn)MVR技術(shù)的實(shí)施顯著降低了傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械法制漿過(guò)程中的污染負(fù)荷，減輕了后續(xù)廢水處理的壓力。同時(shí)，MVR技術(shù)具有更少的運(yùn)行成本（2.899美元/m3），試驗(yàn)所用模型可為今后化學(xué)機(jī)械制漿過(guò)程中的水污染物處理提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。

2.2 膜處理技術(shù)

膜處理技術(shù)是指利用膜的選擇透過(guò)性實(shí)現(xiàn)不同組分的分離、純化和濃縮的過(guò)程。目前常用的膜處理技術(shù)有反滲透技術(shù)（RO）、納濾技術(shù)、超濾技術(shù)、電滲析技術(shù)、膜蒸餾技術(shù)及離子交換膜技術(shù)等，各技術(shù)的過(guò)濾口徑或原理、適用范圍、工業(yè)化應(yīng)用情況如表2所示。

表2 常用的高鹽廢水膜處理技術(shù)Table 2 Commonly used membrane treatment technologies for high-salt wastewater

2.2.1 膜分離技術(shù)

1）反滲透技術(shù)。反滲透技術(shù)是指通過(guò)在濃縮液一側(cè)施加一個(gè)大于自然滲透壓的持續(xù)壓力，使廢水逆向滲透，即由膜的低壓側(cè)強(qiáng)制擴(kuò)散至高壓側(cè)，進(jìn)而獲得滲透液和濃縮液的過(guò)程。相比正滲透法（可適應(yīng)的鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～11%），反滲透法可適應(yīng)更低濃度的鹽（質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3%），脫鹽率可達(dá)96%以上［13］。王曉麗等［14］采用反滲透技術(shù)對(duì)鹽堿地用水進(jìn)行脫鹽處理，發(fā)現(xiàn)鹽堿地灌溉原水鹽的質(zhì)量濃度由7 g/L降至0.5 g/L，淋洗水質(zhì)量濃度由10.25 g/L降至0.324 mg/L，結(jié)果表明反滲透技術(shù)可有效解決鹽堿地的用水問(wèn)題。PARTAL等［15］采用反滲透技術(shù)等組合工藝進(jìn)行中試鹽水處理，回收了高質(zhì)量的工藝水和鹽溶液，經(jīng)過(guò)一年的全面實(shí)施，可節(jié)約成本17.625 6萬(wàn)美元，回用水11.5萬(wàn)/m3，回收NaCl 680 t，獲得收益3.7萬(wàn)美元。DU等［16］設(shè)計(jì)了一套微咸水脫鹽中試裝置，通過(guò)評(píng)估單一NF、單一RO和RONF混合系統(tǒng)的脫鹽性能，發(fā)現(xiàn)混合RO-NF系統(tǒng)的脫鹽效率比單獨(dú)NF或RO系統(tǒng)高。在進(jìn)料TDS為10 g/L、進(jìn)料流量為2 m3/h、操作壓力為1.5 MPa時(shí)，4RO-4NF混合系統(tǒng)的產(chǎn)品出水和處理能力均能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。PETERS等［17］對(duì)滲透輔助反滲透（OARO）膜污染控制機(jī)理和膜通量進(jìn)行了全面的研究，結(jié)果表明膜污染與短期運(yùn)行中的污垢演化、內(nèi)部濃差極化及長(zhǎng)期運(yùn)行中的水通量上限有關(guān)，與操作壓力和膜特性無(wú)關(guān)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，循環(huán)清洗工藝不僅可以減少膜污染，還能改善膜的滲透性能。隨著膜污染及膜結(jié)垢問(wèn)題的解決和發(fā)展［18-19］，反滲透技術(shù)在其他行業(yè)中的研究和應(yīng)用也逐漸增多，并取得了顯著成果［20］。

2）納濾技術(shù)。納濾技術(shù)是介于反滲透與超濾之間的一種膜分離技術(shù)，其截留相對(duì)分子質(zhì)量（MWCO）為80～1 000，納濾膜作為納濾技術(shù)的關(guān)鍵組件，帶電或不帶電均可有效去除污染物。納濾技術(shù)具有過(guò)濾精度高、處理效果穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海水淡化［21］、飲用水制備［22］、環(huán)境保護(hù)［23］等諸多領(lǐng)域。FANG等［24］研究了由金屬配位法制備的疏松納濾膜的表面性質(zhì)、形貌、滲透性和選擇性。結(jié)果表明，單寧酸（TA）的引入改善了膜表面親水性和負(fù)電性，在最佳制備條件下，對(duì)Na2SO4、MgSO4、NaCl和MgCl2等鹽類物質(zhì)的透過(guò)率分別為93.8%、95.1%、97.4%和98.1%，獲得了較高的脫鹽效率。陳德武［25］采用新建納濾分鹽結(jié)晶裝置對(duì)某煤制氣工廠高鹽廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，運(yùn)行結(jié)果表明產(chǎn)品鹽（NaCl、Na2SO4）達(dá)到相應(yīng)產(chǎn)品鹽標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品水符合回用標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)行周期內(nèi)提濃與分鹽結(jié)晶裝置運(yùn)行穩(wěn)定。齊鳴等［26］采用普通卷式納濾膜與碟管式納濾膜聯(lián)用的分段濃縮分鹽工藝對(duì)傳統(tǒng)卷式納濾/反滲透膜處理制藥廢水的工藝進(jìn)行優(yōu)化，中試試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)工業(yè)分鹽工藝相比，該工藝無(wú)顯著的膜污染趨勢(shì)，納濾單元具有高效的二價(jià)鹽分離效果（對(duì)SO42-截留率達(dá)到95%），且整個(gè)處理系統(tǒng)在25 L/（m2·h）的通量下可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。李福后等［27］采用納濾技術(shù)對(duì)南極磷蝦蛋白肽進(jìn)行脫鹽處理，結(jié)果表明通過(guò)優(yōu)化工藝獲得的南極磷蝦蛋白肽的鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（1.14±0.12）%，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（92.73±2.29）%，且相對(duì)分子質(zhì)量在3 000以下，氨基酸的組成合理且符合聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，該研究為高品質(zhì)南極磷蝦蛋白肽產(chǎn)品的開發(fā)提供技術(shù)支撐。

3）超濾技術(shù)。超濾技術(shù)是指通過(guò)膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離。當(dāng)液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時(shí)，小分子溶質(zhì)透過(guò)膜（稱為超濾液），而大分子物質(zhì)則被截留，使原液中大分子濃度逐漸增大（稱為濃縮液），從而實(shí)現(xiàn)大、小分子的分離、濃縮、凈化的目的。超濾技術(shù)可在常溫下進(jìn)行，無(wú)需外加熱源，裝置簡(jiǎn)單，在醫(yī)學(xué)、食品、水處理領(lǐng)域應(yīng)用較多［28］。李潔等［29］采用超濾-反滲透雙膜組合工藝對(duì)某水廠原水硝酸鹽進(jìn)行處理，通過(guò)參數(shù)優(yōu)化，水廠產(chǎn)水率由95.9%降至86.4%，出廠水中硝酸鹽濃度低于9.68 mg/L，經(jīng)過(guò)初步的經(jīng)濟(jì)分析，雙膜處理系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用約為1.23元/t。THAMMASENA等［30］利用超濾技術(shù)對(duì)咸鴨蛋清脫鹽效率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，超濾可去除咸鴨蛋清中92.93%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的鹽分，脫鹽鴨蛋清的最終鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.65%，該研究為超濾技術(shù)在食品脫鹽領(lǐng)域的應(yīng)用提供了借鑒和理論依據(jù)。

2.2.2 膜濃縮技術(shù)

1）電滲析技術(shù)。電滲析技術(shù)（ED）是在直流電源產(chǎn)生的電場(chǎng)力和陰、陽(yáng)離子交換膜的作用下，使廢水中的陰、陽(yáng)離子發(fā)生定向移動(dòng)，形成了離子濃度增加的濃室和離子濃度減少的淡室，從而實(shí)現(xiàn)高鹽廢水中鹽分的分離和濃縮。WANG等［31］采用電滲析法對(duì)白炭黑（WCB）廢水進(jìn)行脫鹽處理，通過(guò)考察外加電壓、流速和初始體積對(duì)整體電流效率、回收率、殘留率和濃度比的影響，發(fā)現(xiàn)Na2SO4回收率最高可達(dá)86.45%，SiO2總體殘留率最低可降至2.69%，稀釋液達(dá)到了廢水回用標(biāo)準(zhǔn)。TURKI等［32］采用電滲析技術(shù)脫除飲用水中硝酸鹽，并考察了初始硝酸鹽濃度、槽電壓與流速對(duì)脫除過(guò)程的影響，結(jié)果表明硝酸鹽濃度從400～800 mg/L降到4～8 mg/L，整體去除率達(dá)到了99%。LIU等［33］研究了開環(huán)構(gòu)型下的雙極膜反向電滲析（BMRED）性能及其在電滲析脫鹽中的應(yīng)用，結(jié)果表明通過(guò)提高BMRED的酸堿濃度、改善和優(yōu)化BMRED和ED重復(fù)單元的處理行為可獲得較高的脫鹽率。DOORNBUSCH等［34］研究了海水中多價(jià)離子對(duì)多級(jí)電滲析脫鹽性能的影響，結(jié)果表明采用多價(jià)離子滲透常規(guī)陽(yáng)離子交換膜可分離大部分鈉、鎂離子，系統(tǒng)性能穩(wěn)定在18 d以上，平均能耗為3 kW·h/m3，由此可見(jiàn)多級(jí)電滲析技術(shù)在海水淡化領(lǐng)域具有一定的開發(fā)應(yīng)用潛力。除此之外，電滲析技術(shù)還在其他領(lǐng)域得到應(yīng)用，楊露等［35］采用電滲析技術(shù)對(duì)葡萄糖鹽溶液進(jìn)行脫鹽處理。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，得出當(dāng)電流為5 A、葡萄糖濃度為0.05 mol/L、淡室初始鹽濃度為1.0 mol/L、電滲析處理時(shí)間為90 min時(shí)脫鹽效果最佳，該實(shí)驗(yàn)為糖類產(chǎn)品的脫鹽處理提供了參考和依據(jù)。

2）膜蒸餾技術(shù)。膜蒸餾技術(shù)（MD）是一種以疏水性微孔膜作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，以膜兩側(cè)的蒸汽壓差作為傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力的技術(shù)。由于膜的疏水性，廢水中的揮發(fā)性組分隨蒸汽通過(guò)膜孔，冷凝后形成液體，從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮和分離。該技術(shù)具有能耗低、熱能利用率低、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。PAGLIERO等［36］通過(guò)總結(jié)膜蒸餾技術(shù)中不同膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，考察中空纖維（HF）制備條件對(duì)脫鹽性能的影響，發(fā)現(xiàn)在用于膜蒸餾脫鹽的HF中，雙層HF膜表現(xiàn)出較高的滲透通量和抗污染性能，最高通量可達(dá)98.6 kg/（m2·h），具有良好的拒鹽因子。張曉昕［37］在實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，探究了鼓泡耦合膜蒸餾對(duì)濃縮海水的處理效率，發(fā)現(xiàn)鼓泡不僅可以提高水的回收率，還能減少濃縮時(shí)間。此外，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)后的膜性能進(jìn)行拉伸測(cè)試發(fā)現(xiàn)鼓泡對(duì)膜的機(jī)械性能總體影響較小。蘇成龍等［38］采用多效平板膜蒸餾中試裝置進(jìn)行反滲透高鹽水的濃縮，在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)下（加熱溫度為70 ℃、末端真空壓力為8～9 kPa、進(jìn)水流量為63 L/h），膜蒸餾過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)鹽水的高倍濃縮，濃縮液的TDS可達(dá)240 g/L，水的回收率高達(dá)97.5%，總體脫鹽率超過(guò)99.9%，滿足回用要求。目前膜蒸餾技術(shù)的研究主要集中在解決膜污染［39］和改良膜通量［40］上。

3）離子交換膜技術(shù)。離子交換膜是一種含有離子基團(tuán)且對(duì)廢水溶液中的陰陽(yáng)離子具有選擇透過(guò)性的高分子膜。離子交換膜按功能及結(jié)構(gòu)的不同，可分為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質(zhì)復(fù)合物膜等5種類型。在高鹽廢水處理過(guò)程中，電滲析技術(shù)通常采用離子交換膜作為滲透膜［41-42］。

2.3 生物法處理技術(shù)

生物法處理技術(shù)是指微生物在酶的催化作用下，利用生物（包括細(xì)菌、酶以及原生動(dòng)物）的代謝作用，對(duì)污水中的污染物質(zhì)進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化。目前常用的方法有活性污泥法、厭氧生物法、耐鹽菌和嗜鹽菌處理法等，各方法的原理、適用范圍及工業(yè)化應(yīng)用情況如表3所示。

表3 常用的高鹽廢水生物法處理技術(shù)Table 3 Commonly used biological treatment technologies for high-salt wastewater

2.3.1 活性污泥法

活性污泥法是在人工充氧條件下，對(duì)污水和各種微生物群體進(jìn)行連續(xù)混合培養(yǎng)，最后形成活性污泥，也稱為好氧生物處理法。該方法利用活性污泥中的生物凝聚、吸附和氧化作用，對(duì)污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行分解和去除。由于高鹽廢水的高鹽含量（鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為5%以上）對(duì)微生物的活性有較大的影響，因此提取和馴化嗜鹽菌是活性污泥法處理高鹽廢水的前提［41-42］。

2.3.2 厭氧生物法

厭氧生物處理法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌將污水中大分子有機(jī)物降解為低分子化合物，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳的有機(jī)污水處理方法。HUDAYAH等［43］研究了當(dāng)廢水鹽度升高時(shí)厭氧混合反應(yīng)器和上流式厭氧污泥床（UASB）的反應(yīng)效率變化情況，結(jié)果表明NaCl濃度的增加會(huì)急劇惡化兩個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)性能，反應(yīng)器中微生物的活性均出現(xiàn)不同程度地降低，所以微生物的耐鹽性是厭氧生物法處理高鹽廢水的重要影響因素。

2.3.3 耐鹽菌和嗜鹽菌處理法

高鹽廢水生物處理技術(shù)是指通過(guò)嗜鹽微生物對(duì)廢水中有機(jī)物進(jìn)行氧化、分解、吸附等，從而實(shí)現(xiàn)廢水凈化的目的，普通微生物一般可以適應(yīng)鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.5%的環(huán)境。高鹽分環(huán)境（鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于5%）嚴(yán)重限制了生物技術(shù)在高鹽廢水領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。從高鹽廢水環(huán)境中提取和分離耐鹽菌和嗜鹽菌是高鹽廢水生物處理技術(shù)的發(fā)展方向。石娟等［44］從餐廚垃圾堆積處的土壤樣品中分離篩選出一株嗜熱油脂降解菌H7，結(jié)果表明菌株H7為嗜熱嗜氣解硫胺素芽孢桿菌，其高耐鹽濃度為30 g/L，菌株H7的成功提取和分離為高鹽、高油脂的餐廚垃圾堆肥提供了微生物菌種資源。JORFI等［45］在一體化粉末活性炭/活性污泥生物反應(yīng)器降解高鹽石化廢水的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相比有機(jī)污染物的負(fù)荷，鹽度對(duì)耐鹽菌株生物降解功能的影響更大。

2.4 組合處理技術(shù)

在廢水的實(shí)際處理過(guò)程中影響因素較多，采用單一的工藝（熱法、膜法、生物法中的一種）一般達(dá)不到理想的處理效果。因此，在了解高鹽廢水的來(lái)源、特點(diǎn)后，經(jīng)常采用組合工藝進(jìn)行高效處理。DU等［46］建立了混流效組低溫（LT）+多效蒸發(fā)（MED）+熱壓縮（TVC）海水淡化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為低能耗海水淡化技術(shù)提供了理論依據(jù)；夏傳等［47］以云南某鉛鋅冶煉廠的廢水脫鹽為例，采用“脫鈣軟化+膜濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶”的脫鹽零排放綜合工藝，實(shí)現(xiàn)了鹽硝分離，結(jié)晶鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥92%，并以產(chǎn)品鹽外售，扣減收益后運(yùn)行費(fèi)用為18.26元/m3，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著；NELABHOTLA等［48］采用厭氧膨脹顆粒污泥床（EGSB）和好氧生物膜連續(xù)流動(dòng)間歇清潔（CFIC）系統(tǒng)組合工藝對(duì)鹽度高達(dá)16 g/L的制藥廢水進(jìn)行了中試研究，結(jié)果表明運(yùn)行170 d后，COD濃度從2 g/L上升到50 g/L，廢水可生化性顯著提高，同時(shí)隨著鹽度的升高（20 g/L），系統(tǒng)的COD去除率并未降低。

2.5 高鹽廢水處理技術(shù)特征比較

熱法、膜法、生物法等高鹽廢水處理技術(shù)特征比較結(jié)果如表4所示。

表4 高鹽廢水處理技術(shù)特征比較Table 4 Comparison of technical characteristics of high-salt wastewater treatment

3 結(jié)論及展望

高鹽廢水是水資源“鹽化”污染和土壤鹽堿化的重要原因之一，嚴(yán)重制約著水循環(huán)利用、資源回收利用的發(fā)展目標(biāo)，因此高效、低能耗的鹽水分離對(duì)高鹽廢水處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)意義。通過(guò)對(duì)高鹽廢水處理技術(shù)的來(lái)源、應(yīng)用現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)等系統(tǒng)論述和分析，可得出以下結(jié)論：1）高鹽廢水熱法處理技術(shù)應(yīng)充分利用潛熱或開發(fā)清潔能源以降低系統(tǒng)的能耗，其中機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)的節(jié)能、減排、節(jié)水等特點(diǎn)符合現(xiàn)階段可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)；2）目前，迫切需要利用高鹽廢水的膜處理技術(shù)制備或改良新型抗污染膜材料，開發(fā)與膜法相匹配的循環(huán)清洗技術(shù)，提高膜通量，從而提高處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性；3）耐鹽菌與嗜鹽菌的提取和馴化是發(fā)展高鹽廢水生物處理技術(shù)的關(guān)鍵。

隨著廢水完全零排放要求的實(shí)施，高鹽廢水組合技術(shù)將成為主要的處理工藝，因此簡(jiǎn)化處理工藝流程、加快耦合技術(shù)的研究和應(yīng)用、開發(fā)新型高效環(huán)保的處理材料是未來(lái)高鹽廢水處理技術(shù)的發(fā)展方向。