液態(tài)危險(xiǎn)廢棄物及含鹽水的處理

液態(tài)危險(xiǎn)廢棄物及含鹽水的處理

1現(xiàn)有處理技術(shù)特點(diǎn)含鹽沉淀的危險(xiǎn)廢水和含鹽沉淀的性質(zhì)，如難處理和分解，嚴(yán)重影響人類健康，如癌性、畸形性、突然性和傳染性。液態(tài)危險(xiǎn)廢棄物及含鹽水溶液化學(xué)成分迥異、含鹽量不同、腐蝕介質(zhì)多、COD含量高，一般的處置方法很難處理，且處置裝置具有投資成本高、運(yùn)行費(fèi)用高、設(shè)備耐腐蝕性能差等特點(diǎn)。隨著液態(tài)危廢及含鹽水溶液處理技術(shù)的飛速發(fā)展，有必要對(duì)現(xiàn)有處理技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行全面評(píng)述。本文對(duì)近年來(lái)液態(tài)危廢及含鹽水溶液處理技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了較全面的分析和總結(jié)，對(duì)新技術(shù)研究以及現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展具有借鑒意義。2膜濃縮ro法目前液態(tài)危廢處理技術(shù)大致分為膜分離與熱濃縮兩個(gè)研究方向。膜分離技術(shù)是由兩側(cè)壓力不同、兩側(cè)濃度不同及兩側(cè)電勢(shì)不同等因素作為驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)溶液中溶質(zhì)分子大小與膜空隙之間的尺寸差異、電荷互斥以及物理化學(xué)相互作用實(shí)現(xiàn)分離。膜分離技術(shù)具有分離精度高、易于操作、便于管理和運(yùn)行溫度相對(duì)較低的特點(diǎn)，在液態(tài)危廢及含鹽廢水處理中主要應(yīng)用的技術(shù)有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、透析（DA）、電滲析（ED）、電脫鹽（EDI）、正滲透（FO）、膜萃取（ME）、膜蒸餾（MD）等。其中，反滲透裝置近年來(lái)快速發(fā)展，在廢水、醫(yī)藥化工、危廢資源化等領(lǐng)域都有技術(shù)突破，液態(tài)危廢和含鹽水溶液可以濃縮2～3倍，而回收的溶劑可作資源化處理，使得危廢處理成本大幅降低。熱濃縮技術(shù)是一種具有傳熱、傳質(zhì)的物理處理過(guò)程，主要的熱濃縮工藝有多效蒸發(fā)（MED）、低溫蒸餾（LTD）、多級(jí)閃蒸（MSF）、機(jī)械壓縮蒸發(fā)（MVR）、負(fù)壓蒸餾（LVD）等技術(shù)。熱濃縮技術(shù)最主要的特點(diǎn)是需要外界供給熱源，運(yùn)行過(guò)程中需要消耗蒸汽或者電能。液態(tài)危廢及含鹽水溶液中元素種類較多，其中鹵元素對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，而鈣元素、鎂元素溶液等在高溫下易與空氣中CO3當(dāng)前技術(shù)條件3.1膜分離技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用3.1.1納濾及超濾段納濾是一種從反滲透膜衍化而來(lái)的新型分離技術(shù)，由于納濾膜自身攜帶電荷，對(duì)帶電的堿金屬離子具有較好的截留效率，因此對(duì)液態(tài)危廢及含鹽水溶液脫鹽是其主要的應(yīng)用方向之一；另外，納濾膜由兩側(cè)滲透壓力差作為動(dòng)力，可以有效攔截大分子有機(jī)物，分子量為100～1000道爾頓（Daltons），典型流程見(jiàn)圖1。納濾和超濾的串聯(lián)工藝可對(duì)反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，以便降低進(jìn)水溶液的硬度及易結(jié)垢離子對(duì)反滲透膜的污損。同時(shí)，納濾工藝在石油工業(yè)、化纖、印染、農(nóng)化行業(yè)中可用于降低有機(jī)物含量，重金屬離子的脫除與利用；在飲用水領(lǐng)域能有效降低水中含鹽量，降低COD含量；在液態(tài)危廢及含鹽水處理行業(yè)中，用來(lái)濃縮溶液達(dá)到液體危險(xiǎn)廢棄物和含鹽水減量化的目的，實(shí)現(xiàn)處理成本最小化。焦?jié)壤眉{濾組合工藝，以印染廢水溶液作為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出溶液中有機(jī)物的脫除率較高，且可對(duì)部分助劑進(jìn)行回收，而脫鹽率也有良好的效果3.1.2荷復(fù)合膜的組成反滲透與自然滲透的方向相反，溶劑通過(guò)分子擴(kuò)散的方式透過(guò)半透膜分離出來(lái)，推動(dòng)力為膜兩側(cè)的滲透壓差，典型流程見(jiàn)圖2。反滲透膜分為正電荷復(fù)合膜和負(fù)電荷復(fù)合膜，其中纖維素醋酸酯膜和芳香族聚酰胺復(fù)合膜最為典型。膜層結(jié)構(gòu)由支撐層和致密層組成，在制造過(guò)程中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使得兩層在界面交接處相互耦合、相交互織形成結(jié)構(gòu)分明的膜分離結(jié)構(gòu)，小分子溶劑在滲透壓力作用下可透過(guò)，而相對(duì)較大的溶質(zhì)分子或者顆粒物則被阻攔下來(lái)。反滲透膜分離裝置近年來(lái)快速發(fā)展，拓展的應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)較多，如石油化工廢水處理、工業(yè)純水處理、市政給水凈化、液體危廢濃縮以及地表水除濁、半導(dǎo)體超純水制備、醫(yī)藥化工物質(zhì)的濃縮分離等3.1.3純目的、典型原理電滲析是電化學(xué)過(guò)程和半滲透擴(kuò)散過(guò)程相互耦合新工藝，溶液中存在正負(fù)帶電粒子，外加電場(chǎng)可使帶電粒子定向移動(dòng)，而半透膜具有帶電屬性，膜所帶電荷與粒子電荷相同則互相排斥不能透過(guò)膜，達(dá)到分離濃縮提純的目的，典型原理見(jiàn)圖3。電滲析技術(shù)的原理特性適用于處理溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.4%的液體危廢及含鹽水電滲析工藝裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，可根據(jù)處理量靈活組裝；前置預(yù)處理工藝簡(jiǎn)單，對(duì)溶液適應(yīng)性強(qiáng)；控制系統(tǒng)可遠(yuǎn)程或就地操作，根據(jù)要求靈活控制；電滲析膜抗污損能力高，制造費(fèi)用相對(duì)較低。該工藝可廣泛應(yīng)用于食品濃縮提純、醫(yī)藥化工產(chǎn)品的分離；液態(tài)危廢及含鹽溶液的減量化處置；含重金屬溶液的資源化利用等。同時(shí)，電滲析裝置也存在一些有待解決的問(wèn)題，如帶電粒子存在反向滲透，濃縮側(cè)和淡化側(cè)在運(yùn)行過(guò)程中由于濃度差距越來(lái)越大可能存在反向滲透，在工藝裝置計(jì)算過(guò)程中需要從濃差極化現(xiàn)象入手考慮膜通量。3.1.4汲取液—正滲透技術(shù)正滲透是一種自然滲透，由于溶液兩側(cè)化學(xué)勢(shì)的不同而自發(fā)進(jìn)行的一種滲透過(guò)程，化學(xué)勢(shì)高的溶劑向化學(xué)勢(shì)低的溶液透過(guò)，典型流程見(jiàn)圖4。正滲透膜兩側(cè)的滲透壓力差為動(dòng)力來(lái)源，使得溶劑能自發(fā)透過(guò)到汲取液—側(cè)。Elimelech等以汲取液為研究對(duì)象，利用稀氨水溶液和碳酸氫氨溶液以一定比例混合制備多種汲取液，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選出具有較低化學(xué)勢(shì)的溶液比例范圍。原料溶液通過(guò)膜后其溶質(zhì)截流率大于95%。經(jīng)稀釋的汲取液通過(guò)加熱至60℃，銨鹽會(huì)分解成CO影響正滲透裝置性能的因素：一是高通量的半透膜以及膜的抗污損能力和使用壽命；二是汲取液內(nèi)溶質(zhì)的封閉循環(huán)利用。Mcginnis等采用NH3.1.5單效和多效膜蒸餾膜蒸餾是蒸餾技術(shù)與膜分離技術(shù)相耦合的一種新工藝，膜只能允許溶劑氣態(tài)分子通過(guò)，而溶液則由于表面張力的存在不能透過(guò)，達(dá)到濃縮提純的目的，蒸汽經(jīng)冷凝可資源化利用。膜蒸餾可實(shí)現(xiàn)液體危廢及含鹽水溶液的傳質(zhì)、傳熱分離的過(guò)程。膜蒸餾按工作原理分為單效膜蒸餾、多效膜蒸餾和真空膜蒸餾。多效膜蒸餾具有類似多效蒸發(fā)的過(guò)程，中空纖維膜多根平行設(shè)置，熱膜側(cè)的流體依次串聯(lián)流入膜組件；經(jīng)膜兩側(cè)滲透壓力差，溶劑蒸汽分子透過(guò)半滲透膜進(jìn)行分離操作，在冷側(cè)被冷凝。目前多用于實(shí)驗(yàn)室的理論研究，應(yīng)用案例相對(duì)較少。Cheng等利用計(jì)算機(jī)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)多效膜蒸餾進(jìn)行了工藝流程模擬與模擬數(shù)據(jù)分析真空膜蒸餾原理與其他單效、多效膜蒸餾相同，但在溶劑蒸汽分子穿透?jìng)?cè)形成負(fù)壓，以提高滲透過(guò)程的推動(dòng)力。蒸汽在冷凝器中由冷卻水進(jìn)行換熱操作，冷凝液降溫后輸送至可循環(huán)利用部位。武春瑞等利用聚丙烯疏水性半滲透研究反滲透含鹽水的脫鹽率，原料溫度為95℃、負(fù)壓-90kPa，脫鹽率>90%，冷凝液的純度較高膜蒸餾技術(shù)具有易操作、自動(dòng)化程度高、蒸餾液純度高等特點(diǎn)，可應(yīng)用在液體危廢及含鹽水溶液的減量化，但膜蒸餾有膜通量小、膜造價(jià)高、膜抗污損性差等問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。3.2熱跟蹤技術(shù)的應(yīng)用3.2.1多級(jí)閃蒸氣的形成閃蒸物質(zhì)的沸點(diǎn)隨著壓力變化呈現(xiàn)規(guī)律性，壓力越小沸點(diǎn)越低，而壓力升高沸點(diǎn)相應(yīng)提升，總體呈線性關(guān)系，較高壓力的飽和溶液進(jìn)入低壓容器中，由于壓力驟降，造成溶液過(guò)熱快速汽化。多級(jí)閃蒸技術(shù)是將多個(gè)容器串聯(lián)壓力依次降低，被閃蒸的溶液進(jìn)入低壓容器內(nèi)連續(xù)多次閃蒸，溶液逐漸濃縮。多級(jí)閃蒸裝置處理量大，在海水淡化領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，最大日處理量50000t。閃蒸凝液的含鹽率較低，通常<10.0mg/L在閃蒸裝置中飽和溶液通過(guò)減壓閥使得壓力降低達(dá)到氣化的條件，閃蒸室（罐）主要是提供過(guò)熱飽和液體快速汽化的空間以及汽液分離的時(shí)間。閃蒸室的數(shù)量也稱閃蒸級(jí)數(shù)，較為常見(jiàn)的級(jí)數(shù)在20～30級(jí)之間。3.2.2多效蒸發(fā)裝置多效蒸發(fā)可使蒸發(fā)的氣體循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗，在蒸發(fā)過(guò)程中二次蒸汽量多且潛熱大，可作為下級(jí)蒸發(fā)的熱量來(lái)源，而最末端蒸汽通過(guò)換熱器冷凝。在蒸發(fā)過(guò)程中每經(jīng)過(guò)一次蒸發(fā)和溶液濃縮的過(guò)程稱為一效，依次類推，效數(shù)越多一次蒸汽的節(jié)省量越多。多效蒸發(fā)流程見(jiàn)圖5，液體危廢及含鹽水溶液由泵輸送到一效蒸發(fā)器，并由一次蒸氣加熱，經(jīng)吸熱的溶液達(dá)到沸點(diǎn)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽抽出后進(jìn)入下一效，這樣可充分利用上一效的蒸汽潛熱，一效濃液由泵輸送到二效蒸發(fā)器內(nèi)；隨著效數(shù)越多設(shè)備的投資越大，節(jié)省一次蒸汽的費(fèi)用與設(shè)備投資費(fèi)用有最佳經(jīng)濟(jì)效益值，一般裝置串聯(lián)的效數(shù)為3～4鄭賢助等利用小試對(duì)雙效蒸發(fā)裝置進(jìn)行了研究。以含鹽溶液為研究對(duì)象二次蒸汽重復(fù)利用，噸水耗能為0.75t（一次蒸汽）；溶液中的COD脫出率>95.0%，可實(shí)現(xiàn)液體危廢及含鹽水溶液減量化、資源化，資源循環(huán)再生重復(fù)利用多效蒸發(fā)是熱濃縮工藝中相對(duì)節(jié)能的工藝之一，并且具有工藝成熟、處理量大、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用中快速發(fā)展，而在液態(tài)危廢資源化和含鹽水溶液的減量化領(lǐng)域中前景更加廣闊。但也存在著溶液處置成本相對(duì)較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、能耗較高等不足，有待在實(shí)際工程應(yīng)用中進(jìn)一步解決。3.2.3原理介紹原理機(jī)械壓縮蒸發(fā)裝置將低品位的熱源經(jīng)熱泵技術(shù)提高能源的品位，蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽品位較低，經(jīng)熱泵后可有效提高蒸汽的焓值，增加蒸汽的冷凝潛熱，進(jìn)而減少裝置的能源供給量，典型原理見(jiàn)圖6。工藝裝置需要外界蒸汽初次供熱，液體危廢和含鹽水溶液產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)熱泵后提高潛熱焓值，再次進(jìn)入加熱器，工藝系統(tǒng)啟動(dòng)穩(wěn)定后不需要外界供給蒸汽劉軍等研究了機(jī)械壓縮蒸發(fā)工藝系統(tǒng)中壓縮性能對(duì)工藝的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，壓縮機(jī)頻率、壓縮比、二次蒸汽壓力等對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定都有較大的影響，其中，壓縮機(jī)工作頻率<50Hz時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定不需要外界能量補(bǔ)給蒸發(fā)工藝對(duì)比見(jiàn)表1。從表1可以看出，機(jī)械壓縮蒸發(fā)工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)，由于不需要外界能量供給，節(jié)能效率比較高，在其他應(yīng)用領(lǐng)域的研究有待進(jìn)一步探索3.2.4真空系統(tǒng)教育負(fù)壓蒸餾處理液態(tài)危廢技術(shù)利用空氣作為熱源向系統(tǒng)補(bǔ)給熱量和多種供熱組合的方式供給熱量，同時(shí)采用真空系統(tǒng)有效降低液體沸點(diǎn)和系統(tǒng)整體運(yùn)行能耗。由于系統(tǒng)運(yùn)行為負(fù)壓真空狀態(tài)，容器屬于非壓力容器，可有效降低設(shè)備的投資成本，同時(shí)采用金屬材質(zhì)或者非金屬材質(zhì)靈活組合，提高了設(shè)備的耐腐蝕性能。3.3不同工藝的特點(diǎn)的比較膜分離技術(shù)在處置液態(tài)危廢及含鹽水溶液應(yīng)用領(lǐng)域中可選工藝匯總見(jiàn)表2。熱濃縮技術(shù)在處置液態(tài)危廢