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高含盐废水处理膜蒸馏技术

含盐废水是难以处理的废水之一，而高盐度有机废水则指含有机

物和至少3.5%(质量分数)的总溶解性固体物的废水。由于含盐废水

成分多且不具备回收价值，因此处理高盐度废水成为当前化工废水处

理中的难点之一。

随着膜分离技术的快速发展，反渗透技术(RO)逐渐成为石油炼制、

电力、化工、冶金等行业纯水制备的首选技术。然而，反渗透技术受

到膜污染和结垢等因素的限制，其产水率一般只能达到75%左右，仍

有25%的高盐度废水需要排放。为了降低RO浓排水水量，提高系统

产水率并实现零排放目标，国内外研究人员做了大量的工作，但效果

并不理想。

本文介绍了一种膜蒸馏组合系统，其核心膜材料为NACE膜，该

材料对于水中溶解性固体具有很好的分离功能。该膜具有独特的亲水

性，只允许水分子通过，而其他离子无法通过。这项技术是一项新型

的水处理技术，它利用温度差作为驱动力，将反渗透和蒸馏技术的最

佳属性结合在一起，同时避免了这两种技术的缺陷。该系统具有运行

成本低、抗污染性强和处理效果稳定等优点。

1、工艺原理

膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的分别过程。讨论人员在试验

中发觉NACE膜材料对水中溶解性固体具有特别良好的分别功能，进

而将其应用领域拓展为废水中无机盐类和有机物的去除。膜蒸馏采纳

的NACE膜具有一个特别独特的性质，仅允许水分子通过，而其他离

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子无法通过。该膜材料重要成分是一种有机/无机混合磺化的苯乙烯

聚合物，由亲水区和疏水区交替构成，是一种高分子聚合物无孔化学

隔膜。亲水区形成的酸性通道可以快速汲取和释放水分子，形成一条

从聚合物一面贯穿到另一面的仅允许水分子快速通过的通道；疏水区

为膜材料供给强度保证，化学性质极其稳定，使用寿命长。

NACE膜的特性重要包括：高选择性：仅允许水分子通过；高膜

通量：处理量大；高密闭性：全封闭结构；低投入：运行费用低；高

品质的出水：直接回用。

在膜组件中，NACE膜材料的一侧与热的待处理废水直接接触（称

为热侧），另一侧直接或间接地与冷介质接触（称为冷侧），热侧中的

液相水在膜面处扩散并在冷侧汽化，水蒸气通过和冷介质的热交换被

冷凝成液相，废水中其他组分则被NACE膜材料阻拦在热侧，从而实

现废水中污染物的分别。这一过程同时包括了热量和质量的传递，传

质的推动力为冷、热两侧水的蒸气压差。

2、工艺说明

2．1工艺流程

膜蒸馏组合系统重要由进料单元、预处理单元、加热单元、膜蒸

发器单元、蒸发结晶单元、冷凝出水单元以及相关附属设备构成，核

心设备为膜组件。高含盐废水的试验设备工艺流程见图1。

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2．1．1预处理单元

预处理单元以去除细小颗粒和悬浮物质为目的，来充足后续膜蒸

发器进水的要求。预处理装置采纳保安过滤器，进水槽通过隔膜计量

泵泵入保安过滤器，处理量为0．5m3/h，共计1台。

2．1．2加热单元

保安过滤器出水进入中心贮槽，中心贮槽有效容积为1m3，超高

为0．2m。加热设备采纳蒸气盘管加热，蒸气盘管置于中心贮槽内部，

热源为厂内蒸气。

2．1．3膜蒸发器单元

膜蒸发器为国外进口成套设备，由蜘蛛形支撑结构、压板、膜片

子组件和压缩杆4个部分构成。每台设备包含空气排放口、水蒸气出

口、废水出入口和传感器接入口。膜蒸发器进口压力要求小于13kPa，

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前端通过设置回路和阀门调整。

含盐废水首先进行预处理，去除来水中的悬浮物（大于20μm），

避开对后续工艺的正常运行造成影响，同时对来水进行升温。经预处

理后的废水进入膜蒸发器模块内，利用真空泵抽取膜组件冷侧的真空，

形成冷、热两侧水的蒸气压差，热侧的液相水在膜面汽化转移至冷侧，

以水蒸气的形式存在。水蒸气经冷凝后转化为液相纯洁水，利用清水

泵导出处理系统。随着含盐废水的不断流入，膜蒸发器模块内废水的

污染物浓度渐渐上升，当达到设定值时，系统停止工作，将浓缩废液

排出系统中，系统开始下一批次工作。

2．1．4蒸发结晶装置单元

本项目中蒸发结晶装置采纳单效降膜蒸发器，由换热器、分别器、

冷凝器、进料泵、出料泵、真空泵以及配套管路阀门构成。

其工作流程为：膜蒸发器排出的浓液在进料泵的作用下进入蒸发

室内；物料在加热室内均匀地在加热管内壁从下而上流动，同时被加

热至物料沸腾状态，加热后水进入分别室完成气、液分别，物料达到

肯定浓度后，母液由分别器下出料口的出料泵析出，由离心机固液分

别得到盐结晶物，母液连续返回系统蒸发。分别器产生的二次蒸汽进

入冷凝器冷凝后由冷凝水罐收集；不凝性气体经真空泵抽取，全系统

使用1台真空泵，通过管路及阀门掌控真空度。加热器、分别室的压

力由冷凝水