作者：刘晓晶，李俊，孙伟强，朱海晨，李孟君 ( 陕西省石油化工研究设计院 陕西省工业水处理工程技术研究中心，陕西 西安 710054)

摘 要: 针对高含盐废水的特性和水中的污染物性质，主要介绍了高含盐水的处理方法。通过近期的文献资料调 研，详细介绍了含盐废水的浓缩、蒸发结晶和出盐方式。针对不同的水质和盐含量，采用的处理方式存在差异，但 最终的目标都是将水和盐分离，实现水的回收再利用，达到工业高含盐水的处理。

关键词: 高含盐水; 浓缩; 蒸发

近年来，随着水资源的日益短缺，废水( 尤其高 盐废水) 的回收利用日益受到重视。高含盐量废水 是指含有至少 3． 5% TDS 的废水，该废水除总溶解 固体物含量较高外还含有较多的有机物［1］，其主要 来自各个行业的水的深度处理过程，这种废水通常 含有的物质种类较多，其中主要包含硬度结垢离子、 有机物、悬浮物杂质、盐这四类物质。含盐废水的产 生途径众多，水量也逐年增加，尤其是煤制油、煤制 气的化工生产加工过程，不仅产生量大，而且具有高 污染特点。化工行业产生的废水通常含有大量的不 同种类的有机物和无机盐，如何实现废水的高效回 收利用和盐的分离以及资源化利用，从而实现废水 零排放，促进化工及相关行业可持续发展具有重要 意义［2-5］。本文简要介绍了高盐废水的化学成分和 水质特点，对高盐废水的处理近况进行概述，综述了 近年来国内外处理高盐废水的研究进展，重点介绍 了浓缩蒸发处理法、膜渗透除盐法、结晶和分离。最 后得出了各种处理方法处理高盐废水的优缺点，及 今后的发展趋势。

1 工业高盐废水的来源及水质特征

1． 1 工业高盐废水的来源 工业高盐废水顾名思义主要是工业过程产水的 高盐废水，按照来源不同可以分为海水直接利用过 程中排放产水的浓水; 化工行业的水回收利用后产 生的高盐废水，尤其是中水回用后双膜浓缩会产生 大量的高浓度废水，如石油化工的生产过程，煤化工 行业、印染行业、化学试剂的生产等，水处理过后产 生的高盐废水，以及浓缩产生的高盐排水，还有其他 含盐废水排放［6］。

1． 2 工业高盐废水的水质特质 工业高盐废水中含有大量的无机盐，阳离子主 要包括 Ca 2 + 、Mg 2 + 、Na + 等，阴离子主要包括 Cl － 、 SO2 － 4 、CO2 － 3 等，除了离子之外还含有各种有机污染 物。虽然某些离子是微生物和植物生长所需要的营 养元素，但浓度过高，特别是盐浓度过高，对微生物 的生长与繁殖会产生抑制，传统的生物处理方法在 高盐废水的处理中受到了限制，高盐废水处理无法 达到理想效果。 表 1 是某煤化工厂高盐浓水水质指标。 2 高盐废水的处理工艺 目前，高盐废水的处理方法呈多样化的趋势，大 致可以分为物理法、化学法、生物法。相关研究表 明，在处理高盐废水时不同的处理方法具有自己的 优劣势，因此，处理方法的选择必须是在满足处理效 果前提下，将运行成本及费用控制在合理的范围内， 将不同的处理方法进行高效的组合才能实现高盐废 水达标处理的目标。高盐废水的处理工艺按照开展 的环节和实现的目的可以分为预处理、浓缩、蒸发、 出盐。

2． 1 浓缩 废水过程的浓缩可使工业废水中的盐浓度提高 数倍，从而大大减少了进入蒸发系统水量，从而降低 了运行成本，高盐废水的浓缩方法主要分为膜浓缩 和电渗析，其中膜浓缩的技术的利用更加广泛。

2． 1． 1 反渗透 反渗透( RO) 是通过提供压力将盐 水分离的物理过程，反渗透技术的发展依托膜材料 技术的进步，随着近年来反渗透膜制造工艺的进步， 反渗透处理含盐废水成为了一种相对较为成熟的分 离技术。反渗透技术的实现必须依靠外界压力，通 过施加大于渗透压的压力，将高盐废水中的水透过 反渗透膜压向低盐水一侧，通过控制合适的压力和 反渗透膜的选型实现产水的低盐含量。 反渗透技术的特点: ①单支反渗透膜的除盐效 率可达 99． 5% ，经过组合后的膜组件，膜系统的除 盐率也可达到 98% ，除盐效率较高; ②由于反渗透 的膜件流道较窄，反渗透膜的表面孔径较小，为防止 膜的污染和损坏，需要对原水进行预处理，对进水的 水质要求较高; ③水处理过程的进水压力在 1． 5 ～ 10． 5 MPa 范围内，能耗较低; ④随着膜制造技术的 发展，膜的成本降低，反渗透处理高盐废水的应用范 围扩大，已经运用到各类工业废水的处理中。反渗 透技术存在的问题: ①浓缩效率受到压力提供装置 的稳定性和效率影响较大; ②在压力驱动下，特别是 在膜的表面浓差极化现象较为严重; ③一般的渗透 膜和渗透装置国内已经量产，性能较高的反渗透膜 还需要进口，相应的水处理成本较高。

2． 1． 2 正渗透 正渗透是一种利用渗透压进行的 自发过程。正渗透的过程就是水在渗透压差的驱动 下，从较高化学势一侧透过选择透过性膜流向较低 化学势一侧的过程。由于整个过程无需外压驱动， 完全靠渗透压实现，所以正渗透技术具有能耗低、膜 污染低等特点。国内外学者已经对正渗透技术应用 于海水淡化、垃圾渗滤液处理、食品加工、工业废水 处理等领域，并开展了大量研究，展示了正渗透技术 的技术优势和潜在价值。其中，正渗透中使用的汲 取液较为常用的是 NaCl 和 NH4HCO3。碳酸氢铵汲 取液渗透压高达 25 MPa，由氨水和二氧化碳以一定 比例混合，具有高浓度、热敏性的特点，可将含盐废 水的盐度浓缩至 15% ～ 20% ，被产水稀释后的汲取 液可利用低品质热源进行分离，分离后产生的气体 通过汲取液再生单元循环使用。NaCl 汲取液溶解 度高、不易结垢、易于循环使用，低浓度下可以采用 反渗透进行分离。然而，对于高含盐原水，NaCl 汲 取液的分离困难［7］。 凡祖伟等制备四种基膜，在基膜的基础上采用 界面聚合法制备了聚酰胺正渗透( FO) 膜，并对其正 渗透膜的结构以及性能进行表征。结果表明，四种 复合膜的正渗透纯水通量均在 10 L /( m2 ·h) 以上， 最高达 20 L /( m2 ·h) 。通过实验验证，120 min 连 续正渗透结果表明，复合膜的盐截除率以及其稳定 性能优于一般的商用膜，尤其是 PET 筛网作为基膜 支撑的复合膜和以 PVDF 为基膜的复合膜的盐截除 率稳定在 97． 5% ，展现出良好的性能［8］。

2． 1． 3 高效反渗透 高效反渗透是一种特殊的反 渗透工艺，主要是在已有的常规的反渗透工艺基础 上进行了改进与创新，可以实现快速高效处理各种 工业废水的目的。高效反渗透的原理主要是开展预 处理，首先进行水的软化处理，将水中的硬度离子 ( 主要是钙镁离子) 除去，然后借助脱碳塔来去除水 中二氧化碳和碱度，回调 pH 值，使其达到 8． 5 以 上。在高 pH 值时，SiO2的溶解度有所增加，该技术 可以实现高效处理，回收率可达到 95% 。相较于一 般的反渗透而言，高效反渗透在预处理系统、产水回收率、运用费用、投资、药剂消耗、膜的清洗及运用效 果等方面具有明显的优势。值得注意的是，在高盐 废水处理过程中采用高效反渗透技术，需要科学采 用预处理手段，对悬浮物堵塞、有机物污堵、微生物 污堵、无机离子结垢等方面的处理工作加以重视，从 而提高反渗透的回收率［9］。 2． 1． 4 振动膜 在常规膜的基础上，将膜在振动装 置上固定，利用扭力弹簧作用与膜组件，通过高频率 扭动，使要处理水与反渗透膜之间产生剪切力，在这 种情况下反渗透膜表面的水与污垢颗粒因振动而掉 落，从而降低反渗透膜的污染，振动膜是在反渗透膜 基础上改进的一种新型工艺。国内相关单位开展了 应用研究，提高了水处理系统的回收率，其中神华神 东电力公司使回收率达到 95% ，膜处理后的浓水再 通过蒸发技术处理，从而实现了对工业废水的零排 放处理［10］。 2． 1． 5 电渗析 电渗析也是基于反渗透膜处理的 一种分离技术，其原理是在直流电场中，利用阴离子 交换膜和阳离子交换膜对水中的阴阳离子的选择透 过性，以及离子在电场作用下的取向运动实现盐水 的浓缩。电渗析具有分离效率高、高渗透选择性、耗 能低的特点。电渗析因其是一种新型高效的分离技 术，近年来已经应用于水处理、医药、食品、化工、电 子等领域; 电渗析法也逐步用于从工业废水中回收 酸碱以及其他领域。

2． 2 蒸发法 蒸馏技术有多级闪蒸、多效蒸发法、气液接触蒸 发法等。

2． 2． 1 闪蒸 闪蒸也称为平衡蒸馏，整个过程是混 合液先通过加热，溶液没有加热到沸腾状态，溶液通 过节流阀后进入闪蒸室，在闪蒸室里面的压强需要 满足小于溶液所在的温度对应的饱和蒸汽压，于是 混合液中的水分立即蒸发，最终产生相互平衡的气 液两相，在高盐废水的处理时，实现盐的浓缩。

2． 2． 2 多效蒸发法 多效蒸发一般控制在 3 ～ 6 效 蒸发，太少不够节能，太多温差不够，系统太长易出 问题。第一级蒸发器利用蒸汽加热，后面的蒸发器 依次利用前一个蒸发器产生的二次蒸汽作为热源， 实现多次热能的重复利用，即为多效蒸发［11］。 杨落鹏等［12］研究了水平-竖直管降膜多效蒸发 高盐废水工艺，在研究中以某化工厂的废水为处理 对象: 含盐废水的盐度 10% ，水体的温度 20 ℃，水 质的 pH 6 ～ 8，设置的处理量大小约为 4 m3 /h，一次 蒸汽压力 0． 5 MPa; 竖管降膜 3 效蒸发器采用，水平 管降膜 2 效蒸发器。通过原理分析计算和工程实例 证明，将水平管多效蒸发技术应用于高盐废水处理， 能够实现对热量的分级利用，节能效果显著。 吴晶［13］在实验室中开展了相应的研究，将高盐 水作为物料经生蒸汽在换热器内加热，后续进入闪 蒸罐气液分离。分离的气体作为热源进入下一效， 分离的液体进入下一效。第二效与第三效蒸发器重 复此步骤，即前一效的蒸汽作为下一效的热源，直至 最后一效。按设置的条件进行模拟，控制各节点温 度、压力和流量，实验表明，效数的增加有利于盐的 析出和蒸汽的重复利用。通过选择合适的流程，研 究蒸汽的经济性，来达到节能降耗的目的。

2． 2． 3 气液接触蒸发法 王少雄［14］以热电厂浓盐 水为研究对象，TDS 含量为 30 000 mg /L，将高盐废 水泵入蒸发系统，蒸发浓缩后结晶出盐。产生的二 次蒸汽直接散发，随着蒸发不断进行，无机盐越来越 多的结晶出来。强制循环泵的流量 3 000 L /h，水温 由废热源加热至 70 ℃，系统风量 272． 8 m3 /h，蒸发 设备的材质是不锈钢板，在整个实验中不锈钢材质 没有出现腐蚀，设备表面也没有结垢。所以，气液接 触法使用在处理高盐废水方面展现出来很强的稳定 性，该方法不需要大量的热能，可以利用不同品级的 热源，设备占地面积小，操作运行简单。

2． 2． 4 强制循环蒸发法 强制循环蒸发是晶浆循 环式连续蒸发的一种蒸发办法，在化工、医药等行 业已经开始广泛应用。在蒸发装置操作运行时， 溶液自循环管的下部进入蒸发装置与结晶室底部 返回的晶浆混合，再由强制循环泵送往加热室; 物 料通过加热室后温度升高 2 ～ 6 ℃ ; 热物料进入分 离室后沸腾蒸发，水蒸发后溶液达到过饱和状态; 过饱和的溶质在悬浮晶粒表面上结晶，伴随着晶 体长大，达到一定浓度后作为产品的晶浆则从循 环管排出。强制循环蒸发在设备内循环动力主要 靠外加电机产生的强制流动，加热是在强制循环 的过程中通过加热管进行换热，物料在强制循环 管内的流动速度在 1． 0 ～ 3． 5 m /s，其传热系数高， 受热均匀，产品的粒度分布较宽［15］。

2． 3 出盐 目前高盐废水经过浓缩蒸发后达到过饱和状 态，固液分离的装置主要有干燥机、离心机、板框压 滤机。

2． 3． 1 干燥机 新型旋转鼓风干燥机主要由投放 装置、空气气泵、燃气炉、干燥箱、二次气回收装置和 布袋除尘器六部分组成，用于干燥物料。该装置在 干燥箱转筒夹层中设计了蛇形加热管，将干燥过程 中产生的过热水蒸气进行收集，通入蛇形加热管，用 以加热转筒内的填料室，从而实现物料中水分余热 的有效利用，提高了系统能源利用效率。该干燥箱可有效减少一次能源的使用以及干燥过程污染气体 的排放，对环境无污染，实现节能减排［16］。 真空转鼓干燥机是制片机的加强版，其工作原 理和制片机相同，处理的物料不同，转鼓外侧借助真 空系统将冷凝液抽出，达到强化干燥的目的。其处 理系统主要由加热部分、转鼓部分和抽真空三部分 组成。真空转鼓干燥机处理高含盐水的主要影响因 素是有机物的浓度，有机物浓度较高的情况下，会影 响传热效率，出盐的效果也因有机物较高造成粘度 增加，影响顺利出盐。

2． 3． 2 离心机 离心机是通过设备的高速旋转产 生力场对不同密度的混合物进行快速分离的设备， 集机械与力学等多学科于一体的装置，该设备广泛 用于各个行业［17］。在高盐废水的处理中经过蒸发 浓缩结晶后的经过离心机后实现固液分离的目的， 从而实现盐水分离。 卧螺离心机是一种连续操作的离心分离设备， 其工作原理为: 螺旋与转鼓以一定差速同向高速旋 转，含有盐固体的固液物料从进料管流入内筒，经过 离心加速后进入转鼓筒，在离心力的作用下，密度较 大的固相物在转鼓形成盐层。螺旋将盐层连续地推 至外端，经排渣口排出。水相形成内层液环，由大端 溢流出转鼓，最后经排液口排出机外。卧螺离心机 能在高速运行下，实现连续进料、固液分离、设备洗 涤和连续卸料。该设备具有稳定连续操作、结构紧 凑、适应性与生产能力强等特点［18］。

2． 3． 3 板框压滤机 板框压滤机是一种常用的固 液分离设备，主要靠滤饼层过滤，能够实现高精度的 盐水分离。因其滤饼层的过滤精度较高，在含盐废 水的母液脱水中，主要使用加压脱水，加压脱水是指 借助进料泵高压进料将物料送入压滤机，以此保证 板框压滤机的处理效率。通常，压滤机的运行压力 在 5 ～ 10 kg /cm2 ，使其脱水更彻底。

3 结论和展望 高含盐废水的处理是目前零排放处理的核心环 节，通过其它预处理和盐组分的处理组合实现高盐 废水的处理，达到节能减排的目标。硬度离子的脱 除、杂质和悬浮物的脱除、有机物的脱除都是高含盐 水的预处理，针对不同的水质采用不同的工艺路线 实现各种污染物去除的目的。盐和水的分离要组合 各种处理方法，还要结合现场的公用条件，选取合适 的方法措施，保证装置的平稳运行，从而实现零排 放，达到水的最大化回收利用。