高含盐工业废水处理技术研究进展

高 艳

（平邑县环境监控中心，山东 临沂 273300）

前 言

水是生命体所必需的资源，关系到人类和动植物的生存问题。淡水资源只占地球全部水资源的3%，其中浅层地下水作为可被直接饮用的水资源仅仅是总量的0.0007%[1]。简而言之，可供人类使用的淡水资源量并不多，而且由于我国人口基数过大，人均占有水资源量在全世界国家中排名靠后，总的来说是较为缺水的国家之一。

伴随改革开放，我国走上了飞速发展的道路，伴随工业化的发展，水的使用量在增加的同时，工业废水的排放量也在日益增多，对环境和人体造成危害。并且，工业废水的种类和危害性也在不同程度地提高，这就使得对废水的处理工作需要更加的细化并进行工艺改进，在保证废水处理得当的同时，对废水处理的效率进行提升，对处理的步骤进行简化，是实现经济效益的保证[2]。

工业活动产生的废水中，当其含有的无机盐含量超过百分之一时，即成为高含盐工业废水。无机盐是包括钠离子、钾离子、钙离子，氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子等，一般常见于化工工业如石油化工、煤化化工和电力工业等。高含盐废水不经过处理直接排放到外界时，虽然废水中含有的离子都是微生物生命活动中必需元素，但是过高的浓度会抑制微生物的活动甚至导致微生物的死亡，高浓度的含盐量和排放废水量的加大使得污泥活性急速降低，影响生态系统的自我调节平衡能力，对当地的生态系统造成严重破坏，但经过有效的处理之后就可以排放在临近的海域。

1 高含盐废水的处理

常规对高含盐的工业废水的处理方法主要有三种：生物强化法、反应膜法和热浓缩法。但当废水中含盐量超过百分之二或以上时，传统的生物法就不再有效。随着科技的发展和对污水排放标准的增高，近年来，热浓缩法包含了多项新的技术，包括机械式蒸汽再压缩技术（Mechanical vapor recompression）、高级氧化技术（Advanced Oxidation）、正渗透技术（Positive penetration）和对废水焚烧处理，并且对废水的处理往往使用到多个处理技术[3]。对高盐废水处理的排放标准[4]见下表1：

表1 高盐废水处的排放标准Table 1 The discharge standards of high salt wastewater

2 热浓缩法

热浓缩法是通过加热处理来进行浓缩的技术，传统的热浓缩包括多级闪蒸（Multi-stage flash evaporation）和多效蒸发（Multi-effect evaporation）技术。

多级闪蒸技术是污水处理中应用最早的热处理技术，经过长时间的发展，多级闪蒸技术工艺愈发成熟完善，被广泛应用于海水淡化和污水处理中，但多级闪蒸技术的缺点也不容忽视，效率低，耗能大，同时由于结垢等原因，设备更新周期短。多效蒸发技术是在多级闪蒸技术的基础上，使用多个蒸发器，让蒸汽得以多次利用，提高热能的使用效率。但在多个蒸发器提升热能利用率的同时，多效蒸发技术的投资成本更高了。

机械式蒸汽再压缩技术是对蒸发器中产生的二次蒸汽进行再压缩，一般使用空气压缩机进行，将二次蒸汽压缩后，容器中蒸汽的压力、温度和热值会迅速上升，可作为加热部分对废水进行蒸汽加热使用。相比多级闪蒸技术和多效蒸发技术而言，机械式蒸汽再压缩技术占地面积小，运行成本低，且二次蒸汽的利用也使得总蒸汽用量减少，较为环保节能。

连云港的金桥益海公司使用机械式蒸汽再压缩技术浓缩淡盐水，效率达到多级闪蒸技术的20 倍以上[5]。中盐金坛盐化有限公司引进机械再压缩制盐工艺，相对于多效真空蒸发制盐工艺，节约近25%以上的能耗[6]。在国外，MVR 技术已被广泛应用于食品化工和制药等行业。在国内，MVR 技术在制盐工业上已有应用的实例，且节能效果显著，但在含盐废水处理方面，仍处于研究和试运行阶段，主要是由于高含盐废水成分较海水复杂，且物理化学性质与海水具有较大的差别。韩东等采用MVR 蒸发系统处理含硫酸铵的废液，通过比较试验系统与数值模拟的能耗值，证明采用MVR 技术较多效蒸发每年可节省3.58%的运行费用[7]。

机械式蒸汽再压缩技术在浓缩淡盐水方面成效颇为显著，但在含盐废水处理方面，应用并不是很广，主要是因为废水的复杂性质，对设备的破坏作用较大。最为常见的是，当废水中钙离子含量太高，机械式蒸汽再压缩技术设备运行达到一定时间后，会造成装置内壁大量结垢，影响设备的稳定运行。所以，在应用机械式蒸汽再压缩技术处理高盐废水时，有必要对机械式蒸汽再压缩技术系统进行水软化处理，降低结垢离子的含量。同时，设备结垢的程度和部位也与机械式蒸汽再压缩技术系统设备的材料和制造工艺有关，为了稳定运行机械式蒸汽再压缩技术设备，建议采用有机聚合塑料薄膜制作机械式蒸汽再压缩技术的蒸发器[8]。

3 生物强化法

3.1 生物强化技术简介

生物强化技术是基于生命科学，以基因工程、细胞工程、微生物工程等为手段，两相综合交叉，培养微生物菌体增强特定功能的科学系统[9]。向原始菌种群落中引入一种或多种具有对某种危害物具有降解能力的其他微生物菌体，培养微生物使种群密度增加，进而与原始菌体反应，称为生物强化技术，原始菌体也称之为受体菌体。通过竞争和重组等等过程，得到一批可以基底为能源的菌体，复制增殖成大的群体部落，达到降解有害物质、改善原有生物菌体体系的效果。

生物强化技术现在已经被广泛应用在工业处理污水的各个领域如印染、制药和焦化工业中。近年来，运用生物增强技术得到的高效脱氧色菌和PVA降解菌处理工艺能够有效降低印染废水中的有害物质，且能稳定废水中有害物质的结构和成分，使得印染污水得到有针对性的处理。而焦化工业领域中，高浓度的氨的存在会抑制微生物的生长，当经过初步的脱氨处理后，使用生物强化技术在焦化废水中引入可提供高降解能力的生物菌体，用来加速苯酚等有机物的快速降解。制药废水的主要问题在于量大的同时有害物种类也多，在这种情况下，传统的化学处理或生物化学处理并不能满足对制药废水的处理要求。研究人员发现，利用生物强化技术培养混合菌体投入到制药废水，针对性地对有害物质进行降解处理，不仅降解速度得到大幅度提升，降解后的产物稳定性也较好，可大量应用在制药废水中。简而言之，生物强化技术已经成为污水处理领域重要的一环[10～12]。

3.2 生物强化技术在高盐污水处理中的应用

生物强化技术为改变微生物中某些生物酶或者生物酶体系带来无限的可能，生物酶系统和微生物培养的结合会有效地生物分解或溶解水中的污染成分，使得污水中的有害物和菌群得到释放，达到改善污水体系的效果。

生物法处理高盐废水时，通过基因工程来将选定的某外源基因直接导入到污水的原生菌群中，通过外源基因在污水菌群中的扩散和表达，得到可以稳定繁殖和基因稳定表达的新细胞体。新细胞体含有的外源基因表达能够提高难降解的有害物质的溶解，加速其代谢周期，加速有害物质的降解过程，以及加强降解过程的稳定性。这种对污水水体基因进行直接处理的基因工程污水处理方法可以通过主观的判断和选择，使其产生更具降解能力的新微生物，并且，外源基因在污水水体菌种内的表达可以按照人类的意愿来加速或降低，有效地控制污水处理的进程。

而此类外源基因既可从环境选择中找到比如嗜盐菌，嗜盐菌可以在高盐浓度环境下进行生命活动，一般发现在深海环境中，其细胞液离子浓度高，可以有效抵抗高的无机盐浓度带来的脱水作用，也可通过紫外线照射以获得突变菌株，将突变菌种和原始菌种和受体菌种进行融合育种获得。李维国[13]等在盐场筛选培养出一株嗜盐菌株，使用SBBR 反应器和活性炭吸附技术结合处理工业高盐废水，经216h后达到了98%的离子去除率，证明生物强化法和传统污水处理技术结合的处理方式具有可行性。

生物强化技术在处理污水问题时，由于其优越的降解效率，同时具有成本低，操作方便等特点，被大量应用于各个领域中[14]。并且，随着生命科学和基因工程、微生物工程等的科技的发展，生物强化技术也愈发成熟，成本越来越低，操作性也越来越简单。这种技术的发展对污水处理无疑是具有重大意义的。

4 膜蒸馏法和电吸附法

4.1 膜蒸馏（Membrane distillation）技术

膜蒸馏兴起于21 世纪初期，是以膜两侧的蒸汽压力差作为驱动力分离水和盐的技术，类似膜过滤和蒸馏技术的有机结合体[15]。膜蒸馏技术使用的膜大多具有疏水微孔性质，在蒸汽压力差的驱动下由高温仓穿到低温仓冷凝，高温仓得到浓缩的溶液，低温仓得到较为纯净的排放水[16]。膜蒸馏技术操作简单，能量来源广泛并可以适应大多数高盐废水，但工业化还不完善。S.Adham[17]和游文婷[18]等采用膜蒸馏技术淡化含盐废水，得到的馏分电导率小于10S/cm，可见膜蒸馏技术的广泛应用场景。但膜蒸馏技术对热能的消耗巨大，且膜蒸馏装置对膜的要求很高，成本巨大。

4.2 电吸附除盐技术（Electric adsorption desalination technology）

电吸附除盐技术是利用电极自身的电化学性质来去除废水中的盐离子和使有机物分解，处理效率高且环境友好[19]。与蒸馏等技术相比，电吸附除盐技术主要依赖于电能而不是热能，能量来源广泛且能耗较低。与膜蒸馏技术相比，电吸附除盐技术所用系统不含膜部分，对水质的要求不做限制[20,21]。EST技术可与其他除盐技术结合，以降低总体运行成本。如应用EST 技术预处理HERO 系统中RO 装置进水，可提高系统产水率和出水水质，延长膜的使用寿命，降低运行成本。但电吸附除盐技术对电极的要求很高，需要电极有良好的吸附性且活性维持时间久，现在的技术很难达到这些要求，只能通过频繁的更换电极来实现，使得电吸附除盐技术的成本进一步增加[22]。换而言之，EST 技术目前还存在电极吸附容量低、价格昂贵、重复利用性差等缺陷，因此提高电极材料性能及优化电吸附模型，将会促进EST技术走向成熟。

5 总结与展望

现如今对高盐废水的处理方式多种多样且处理效率很高，但仍然有很多缺陷和不足，通过有机结合不同的处理方式，可以对污水的处理更加有效彻底。通过不断对技术的发展和创新，希望可以实现污染废水的零排放。