[发明专利]正渗透技术处理高含盐废水的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及高含盐废水的处理工艺，特别涉及正渗透膜技术工艺，属于水处理技术领域。

背景技术

高含盐废水主要来自化工厂及石油和天然气的采集加工等。这种废水含有多种物质(包括盐、油、有机重金属和放射性物质)。高含盐废水的产生途径广泛，包括页岩气和煤层气开采废水，硝酸银废水，二氧化钛废水，硫酸铜工业废水，制药废水，印染废水，油田废水，空调冷却水，煤气洗涤废水，除盐水系统排水，回用水系统浓水排放，生化处理的有机废水等。高含盐量有机废水的有机物根据生产过程不同，所含有机物的种类及化学性质差异较大，但所含盐类物质多为Cl^-、SO₄^2-、Na⁺、Ca²⁺等盐类物质。虽然这些离子都是微生物生长所必需的营养元素，在微生物的生长过程中起着促进酶反应，维持膜平衡和调节渗透压的重要作用。但是若这些离子浓度过高，会对微生物产生抑制和毒害作用，主要表现：盐浓度高、渗透压高、微生物细胞脱水引起细胞原生质分离；盐析作用使脱氢酶活性降低；氯离子高对细菌有毒害作用；盐浓度高，废水的密度增加，活性污泥易上浮流失，从而严重影响生物处理系统的净化效果。

高含盐废水如果处理不当，不仅会污染环境，还会危害人类健康。因此，合理有效地去除高含盐废水至关重要。高含盐有机废水的处理是国内外研究的难点和热点之一。国内外对高盐废水的研究主要有生物法和物理化学方法。生物法在处理高盐废水时表现出较高的有机物去除率，但采用生物法处理高盐废水通常需要较长的驯化期，且废水中盐分越高，驯化污泥所需的时间越长；另外，微生物对环境的改变敏感，盐度的突变通常会对处理系统产生严重的干扰，而且高浓度的盐类物质对微生物具有抑制作用。物理化学方法主要有蒸发法、电化学方法、离子交换法、吸附、膜分离技术等，在某些应用中能够脱除废水中的盐分和有机物，但一般都投资大，运行费用高，且易造成再生废水的二次污染，难以达到预期的净化效果。针对高含盐废水的处理还没有一个具有较广适用范围的经济高效的技术方法。

正渗透的原理为利用选择性半透膜为分离介质，以膜两侧的溶液的渗透压差为推动力，在不需外加压力的作用下，水从较高水化学势(或较低渗透压)侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势(或较高渗透压)一侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液(Feedsolution)，另一种为具有较高渗透压的汲取液(Drawsolution)，正渗透正是应用了膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力，才使得水能自发地从原料液一侧透过选择透过性膜到达汲取液一侧。相对于压力驱动的膜分离过程如微滤、超滤和反渗透技术，这一技术从过程本质上讲具有许多独特的优点，如无压操作，因而能耗较低；对许多污染物几乎完全截留，分离效果好；低膜污染特征；膜过程和设备简单等。在许多领域，特别是在海水淡化、饮用水处理和废水处理中表现出很好的应用前景。

专利CN101798150A“高含盐废水的处理方法及其处理装置”公布了一种以反渗透(RO)技术为核心的处理方法，为了达到RO系统进水要求，采用加酸调节pH值及碳酸盐硬度，采用钠离子交换器去除永久硬度、采用弱酸离子交换器去除碳酸盐硬度、去除溶解性的CO₂的方法来满足RO的进水指标要求，该方法在处理较高含量溶解性盐类废水时离子交换的成本太高，也不适应于高COD含量的废水，应用范围窄，而且处理成本高。专利CN102583876公布了一种“高含盐污水的处理装置及其处理方法”，采用电渗析的方法降低盐浓度，采用生化池降低废水中的COD，该方法在废水中盐浓度很高时电渗析成本很高，脱盐效率降低，在废水可生化性较低时去除COD的效果很差，同样具有很多的局限性；专利CN105084587A“一种高含盐废水的处理方法及设备”中涉及了纳滤、反渗透和正渗透技术，但是单一的膜分离技术处理效果较差，而且步骤繁琐，设备复杂。专利CN104021834A“一种用于核工业浓缩液减量的方法及系统”中采用电渗析技术处理核工业放射性废水，得到的电渗析浓缩液作为原料液，用正渗透技术来处理，由于浓缩液渗透压较高，因此需要正渗透汲取液的浓度要更高，提供足够的渗透压差来保证渗透过程的进行，这样对汲取液提出了更高的要求，回收也造成不便。

发明内容