但在其广泛的工业应用中,高盐水系统却又面临着高的腐蚀性和高能耗的两大挑战。以其高的渗透压和广泛的应用高盐水尤其是高浓度的氯化钠溶液(即氯化钠的浓度大于9%)在食品的加工、化工、制药等工业中都得到了广泛的应用。随着环保要求的日益严格和能源成本的不断上升,高盐水系统的节能改造已成为企业提升竞争力的关键举措。下面将系统分析高盐水系统面临的主要问题,并提出切实可行的节能改造方案,为企业管理者提供决策参考。
以高盐水的电化学腐蚀为主,其主要表现为金属与电解质的接触所形成的原电池的电化学腐蚀。不同金属材质(如不锈钢、铸铁、碳钢)在盐水中会构成腐蚀原电池,其中电位低的金属(如碳钢)作为阳极被优先腐蚀溶解。氯离子具有穿透作用,会加速钢铁的点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀形式。但机械磨损、拉伸应力开裂或金属疲劳等情况会导致保护膜局部破裂,形成大阴极小阳极的微电池,加剧腐蚀进程。
高盐水处理过程中,难降解有机物(COD高达100毫克/升以上)易引发膜污染,导致能耗上升。尽管传统的直接蒸发的结晶法也在一定的程度上实现了“零排放”目的,但却不可避免地耗费了大量的能源。海水淡化过程中产生的浓缩盐水处理也面临技术和经济成本的双重挑战。而如不对工业生产的废水、浓盐水等不进行处理就直接排放,不仅对环境造成不可逆转的污染,也就将其后续的处理能耗负担加重了许多。
针对盐分含量超过了4万mg/L的高盐废水,多效蒸发技术通过串联多个蒸发器,利用前一个蒸发的热蒸汽驱动后一个蒸发,逐级利用热能。机械式蒸汽再压缩技术(MVR)则通过蒸汽压缩机回收蒸汽能量,提高热利用效率。这两种技术都能有效分离盐分和水分,方便进一步处理,在煤化工、医药和农药等行业得到广泛的应用。
反渗透膜分离技术可在高压下将水分与盐、有机物分离,回收率可达95%。分段式膜分离增压工艺通过内部循环增压泵实现浓缩液再增压处理,并且配合功交换式能量回收装置,将系统综合回收率提升至85%以上,运行能耗降低15%—20%。该技术通过预处理微米过滤、药剂防垢、高压膜分离三级浓缩及压力能回收四阶段协同,解决了传统反渗透系统浓缩倍率低、膜污染严重、运行成本高的技术瓶颈。
生物法脱盐主要依赖微生物的氧化分解作用处理高盐废水中的有机物。这些微生物能有效吸附并降解有害有机污染物,将大量有机物转化为无机物,从而净化废水。该工艺环保安全,微生物种类繁多,适应性强,新陈代谢旺盛,能够产生专一性的降解酶来处理各类高盐废水。
采用Tulsimer螯合树脂CH-93可有效去除高盐水中的钙镁离子,保证出水水质钙镁离子浓度小于0.02mg/l,对零排放的实现具有重要应用意义。该树脂对钙镁离子具有极强的选择性,可以保证出水水质达标。对于乙二醇载冷剂系统,正确检测并及时添加缓蚀剂可使溶液在冷却系统中安全使用20年。
某化工厂采用膜分离技术处理高盐废水,通过调节pH至中性去除悬浮物后,采用反渗透膜分离,高压下将水分与盐、有机物分离。剩余浓盐水通过蒸发结晶固化或回用至其他工艺,使CODcr降低80%(至300mg/L),BOD5显著下降,出水达标排放。另一医药企业采用MVR蒸发器去除80%盐分,同步降低COD至20g/L,再通过铁碳微电解+芬顿氧化+混凝沉淀提高可生化性后进入生化系统,最终出水COD降至50mg/L,盐分回收率达90%。
功交换式能量回收装置可显著降低系统能耗。某煤化工企业采用该技术后,系统综合回收率提升至85%以上,运行能耗降低15%—20%。通过预处理微米过滤、药剂防垢、高压膜分离三级浓缩及压力能回收四阶段协同,实现了工业高盐废水深度处理的可规模化技术路径。
高效蒸发技术与膜技术的组合应用可大幅降低能耗。高盐废水先通过膜技术进一步浓缩成高盐废水,淡水可直接回用;浓缩后的高盐废水再蒸发结晶,实现“零排放”,大大降低能耗,合理利用部分水资源。这种组合工艺既发挥了膜技术能耗低的优势,又利用了蒸发技术处理彻底的特点,实现了能源的高效利用。
高盐水系统的节能改造需要从腐蚀控制和能耗优化两方面入手,采用技术组合与系统优化的策略。采用高效蒸发技术、膜分离技术、生物法脱盐等先进工艺的应用,结合材料选择优化和能量回收装置,可有效解决高腐蚀与高能耗问题。实际案例表明,合理的节能改造不仅能降低运行成本,还能提升企业的环保形象和市场竞争力。随着技术的不断进步,高盐水系统的节能改造将为企业创造更大的价值,推动工业生产的可持续发展。