隨著我國工業(yè)規(guī)模增大，對水資源的消耗不斷加大，隨之產(chǎn)生的廢水量也在增加，給當(dāng)前的廢水處理和回收利用技術(shù)提出了更高的要求。在液體零排放典型工藝中，經(jīng)物理、化學(xué)、生化及反滲透等處理后將獲得具有較高鹽度的高鹽水，主要成分為無機(jī)鹽、少量COD以及阻垢劑等化學(xué)品，如果得不到很好處置，必然帶來環(huán)境污染。如何對此高鹽度的鹽水進(jìn)行經(jīng)濟(jì)高效的濃縮處理，已成為液體零排放工藝的關(guān)鍵問題，也是目前工藝研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

        由于高鹽濃水組成多樣，來源各異，因此濃縮處理的難度較大。目前，較為成熟的高鹽水濃縮處理技術(shù)主要有超高壓碟管式反滲透（DTRO）技術(shù)、蒸發(fā)濃縮技術(shù)、電滲析濃縮技術(shù)以及不同技術(shù)的組合逐步得到了廣泛的關(guān)注。
1.新型濃鹽水濃縮技術(shù)

        眾所周知，反滲透膜技術(shù)是一種常用的脫鹽技術(shù)。目前，適用于工業(yè)規(guī)模的反滲透膜，主要包括乙酸纖維素和聚酰胺膜，其鹽截留率99%以上。廢水通過物化、生物等方法使廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。碟管式反滲透DTRO技術(shù)是一種高新反滲透技術(shù)，最早始于德國，相對于卷式反滲透其耐高壓、抗污染特點(diǎn)更加明顯，即使在高濁度、高SDI值、高鹽分、高COD的情況下，也能經(jīng)濟(jì)有效穩(wěn)定運(yùn)行，更加適應(yīng)高鹽廢水的處理。國內(nèi)主要應(yīng)用于垃圾滲濾液與海水淡化、苦咸水淡化工程。DTRO雖然水處理效果卓越，但因DTRO膜組件主要依賴進(jìn)口，成本相對較高，山東煙臺金正環(huán)保選用美國陶氏原材料，采用德國一流加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)了DTRO膜制造，明顯降低該技術(shù)運(yùn)營成本,使該技術(shù)得以在國內(nèi)廣泛推廣。

         采用碟管式反滲透（DTRO）技術(shù)處理反滲透濃水，只需進(jìn)行簡單的預(yù)處理，根據(jù)反滲透濃水含鹽量的不同，回收率90%以上，每級DTRO鹽截留率為98%～99.8%。可根據(jù)用戶對回收率的要求及產(chǎn)水水質(zhì)要求對DTRO膜進(jìn)行串/并聯(lián)。

2.電滲析法濃縮技術(shù)

        電滲析法濃縮技術(shù)（ED）的核心為離子交換膜，其在直流電場的作用下對溶液中的陰陽離子具有選擇透過性，即陰膜僅允許陰離子透過，陽膜只允許陽離子透過。通過陰陽離子膜交替排布形成濃、淡室，從而實(shí)現(xiàn)物料的濃縮與脫鹽。電滲析技術(shù)起步較早，初期主要應(yīng)用于海水淡化、苦咸水淡化及工藝物料脫鹽。

        20世紀(jì)50年代末我國開始電滲析技術(shù)的研究，并先后成功完成系列離子交換膜、隔板、電極的研制工作，在20世紀(jì)80年代初建成200m3/d電滲析海水淡化裝置。在電滲析法物料濃縮方面，20世紀(jì)60年代起日本開展以海水濃縮制鹽為目標(biāo)的電滲析技術(shù)研究，20世紀(jì)70年代即實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量1.5Mt電滲析制鹽。此外，電滲析技術(shù)在食品、制藥、化工等諸多方面也有廣泛應(yīng)用。

        相較于反滲透過程，電滲析濃縮過程為電場驅(qū)動，其進(jìn)水要求相對較低，僅對進(jìn)水SS含量及強(qiáng)氧化物、有機(jī)溶劑等有所限制，預(yù)處理過程簡單。在保證進(jìn)水條件下，膜使用壽命可達(dá)5年以上，同時可進(jìn)行拆解離線清洗，使用壽命長。而對于熱法蒸發(fā)過程，電滲析過程在能耗、占地、投資等方面優(yōu)勢明顯。因此近年來，隨著工業(yè)高鹽廢水處理及零排放需求提高，電滲析技術(shù)以其上述獨(dú)特優(yōu)勢在此領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到關(guān)注。

        國內(nèi)諸多科研機(jī)構(gòu)及工程公司已開始將電滲析技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)高鹽廢水濃縮的嘗試，在同位素分離、廢水處理、直接從礦石中提取金屬、酸堿制備等領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用。

        然而目前國產(chǎn)異相膜電滲析依然存在系列問題亟待解決，以利于其進(jìn)一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用：

        1）膜性能存在差距，均相膜制備技術(shù)與大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用亟待提高。離子交換膜是電滲析技術(shù)的核心與基礎(chǔ)，其性能的優(yōu)劣直接影響電滲析過程。而在鹽水濃縮過程中，普遍要求電滲析過程實(shí)現(xiàn)10倍甚至更高的濃縮倍數(shù)，同時要求盡可能低的運(yùn)行電耗。因此離子交換膜必須具有低溶劑（水）擴(kuò)散滲透系數(shù)、低膜面電阻、高離子滲透遷移性的特點(diǎn)。離子交換膜有均相膜與異相膜2種形式，其中均相膜在膜電阻、厚度、水滲透量、溶脹性能等方面均較異相膜存在明顯優(yōu)勢，因此均相膜是工業(yè)高鹽水電滲析濃縮領(lǐng)域發(fā)展方向。

        2）專用配套部件的開發(fā)與制造有待增強(qiáng)。專用隔板及電極是電滲析技術(shù)的支撐，其性能的優(yōu)劣直接影響離子交換膜性能的發(fā)揮。自上世紀(jì)50年代末開始電滲析技術(shù)研究以來，我國在電滲析器設(shè)計、隔板設(shè)計制造、鈦涂釕電極的制備和性能、工程技術(shù)都到達(dá)較高的水平，這就為鹽水濃縮用電滲析專用部件的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

 3.膜蒸餾濃縮技術(shù)

        膜蒸餾濃縮技術(shù)是上世紀(jì)末出現(xiàn)的一種新型膜接觸器技術(shù)。以疏水微孔膜為介質(zhì)，膜兩側(cè)蒸汽壓差為動力，實(shí)現(xiàn)濃鹽水的質(zhì)量與熱量的傳遞過程。由于微孔膜作為蒸發(fā)界面可極大地增加蒸發(fā)面積，提高熱效率，可利用低品質(zhì)熱源，因此膜蒸餾在濃水處理方面展現(xiàn)了很好的應(yīng)用前景。采用新型的氣隙式膜蒸餾組件可以進(jìn)行脫鹽與濃縮實(shí)驗(yàn)，同時可以應(yīng)用多級膜蒸餾組建串聯(lián)的方式來回收能量；應(yīng)用多效膜蒸餾組件在對鹽水、果汁以及尿素水溶液進(jìn)行了處理，取得了良好的效果。

        而在上述膜蒸餾過程中真空膜蒸餾由于截留率高、膜通量大、操作方便、占地面積小、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，在濃鹽水濃縮領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。國內(nèi)外學(xué)者將真空膜蒸餾應(yīng)用到反滲透濃水濃縮處理上，經(jīng)過一系列研究可以實(shí)現(xiàn)膜的截留率為99.999%，因此真空膜蒸餾技術(shù)可在反滲透海水淡化濃鹽水的濃縮方面得到很好的應(yīng)用。

        上述過程顯示了膜蒸餾過程較傳統(tǒng)蒸發(fā)過程高的傳質(zhì)性能，然而膜蒸餾技術(shù)仍存在若干關(guān)鍵性問題制約其長時間應(yīng)用：首先是膜的疏水性問題，膜蒸餾過程的基礎(chǔ)即疏水性膜，因此具有較強(qiáng)疏水性的膜材料的選擇與制備以及膜長期使用過程中疏水性能的改變是其關(guān)鍵所在，國內(nèi)外學(xué)者對疏水膜材料進(jìn)行了多項(xiàng)研究；其次是膜污染問題，濃鹽水成分復(fù)雜若含有較高含量的鈣、硫酸根、碳酸根等易結(jié)垢離子則在濃縮過程中易在膜表面結(jié)垢，從而影響蒸發(fā)過程的發(fā)生；最后新型低能耗膜蒸餾過程有待繼續(xù)研究。

 4.蒸發(fā)濃縮技術(shù)

        蒸發(fā)濃縮技術(shù)是采用加熱方法，使高鹽廢水中的淡水汽化，從而提高廢水的含量甚至達(dá)到飽和。工業(yè)化已成熟應(yīng)用的熱法濃縮技術(shù)包括自然蒸發(fā)（蒸發(fā)塘）、多效蒸發(fā)、機(jī)械壓縮再蒸發(fā)等。

4.1自然蒸發(fā)（蒸發(fā)塘）

        自然蒸發(fā)濃縮是依靠太陽能在自然狀況下蒸發(fā)地面上的高鹽水，使其濃縮達(dá)到飽和后結(jié)晶析鹽，其蒸發(fā)構(gòu)造稱為蒸發(fā)塘。由于熱源為太陽能，因此自然蒸發(fā)適用于氣候干燥少雨、日曬充足區(qū)域，具有處理成本低、運(yùn)營維護(hù)簡單、使用壽命長、抗沖擊負(fù)荷好等優(yōu)點(diǎn)。在我國，大唐克旗、大唐阜新、國電赤峰“3052”項(xiàng)目、新疆慶華等都在主廠區(qū)配套建設(shè)蒸發(fā)塘工程以進(jìn)行廢水濃縮。中東地區(qū)一些國家海水淡化廠同樣采用蒸發(fā)塘來處理濃水。

        在蒸發(fā)塘研究方面，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對濃鹽水的性質(zhì)與處理方法、蒸發(fā)速率、蒸發(fā)效率和濃縮物去處等關(guān)鍵問題進(jìn)行了相對集中的研究。蒸發(fā)塘屬于敞開系統(tǒng)，原濃水中所含揮發(fā)組分直接進(jìn)入空氣易造成空氣污染；同時應(yīng)做好防滲透和防溢流處理措施，防止對地下水及土壤的污染；蒸發(fā)塘普遍占地面積較大，造成土地資源浪費(fèi)；此外蒸發(fā)過程中淡水難以回收利用，這些都是蒸發(fā)塘用于高鹽水濃縮需要解決的問題。因此，蒸發(fā)塘技術(shù)雖具有簡單易行等優(yōu)勢，但存在明顯地域限制，在環(huán)保意識日益增強(qiáng)的今天，其可能存在的環(huán)境風(fēng)險限制了進(jìn)一步的應(yīng)用。

 4.2多效蒸發(fā)濃縮

        多效蒸發(fā)是應(yīng)用廣泛的一種蒸發(fā)技術(shù)，它將多個蒸發(fā)器串聯(lián)，前一蒸發(fā)器的二次蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源并冷凝成淡水，每1個蒸發(fā)器稱為一效。在濃鹽水濃縮處理中普遍采用3～4效的連接形式。根據(jù)蒸汽和料液的流動方向的不同可分為并流（順流）、逆流、平流3種形式，典型流程如圖1所示。

        目前多效蒸發(fā)技術(shù)在濃鹽水的濃縮處理過程中應(yīng)用廣泛，具有如下優(yōu)點(diǎn)：分離效果好，可實(shí)現(xiàn)廢水中水與鹽分的徹底分離；自動化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定；蒸汽利用率較高。

        在高鹽度、高COD有機(jī)廢水處理方面，采用2效蒸發(fā)技術(shù)，產(chǎn)水COD約200mg/L，鹽中氯化鈉純度可達(dá)89%以上。利用三效蒸發(fā)器處理高含鹽水，蒸汽消耗比約為0.43，產(chǎn)水電導(dǎo)率≤200μS/cm，可以作為脫鹽水站或循環(huán)水裝置補(bǔ)水利用，廢水整體回收率達(dá)到94.6%以上。多效蒸發(fā)技術(shù)不僅可以有效利用副產(chǎn)蒸汽減少熱量損失，而且基本可以實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。但多效蒸發(fā)技術(shù)同樣存在一定的局限性：首先，通常工業(yè)高鹽廢水伴隨高硬度、高SO42-含量，易在蒸發(fā)器中結(jié)垢并堵塞蒸發(fā)器，因此，需進(jìn)行預(yù)處理和增加清洗次數(shù)，從而增加運(yùn)行成本；其次，高鹽廢水成分復(fù)雜，Cl-含量普遍較高，因此材料耐腐蝕性能要求較高；此外多效蒸發(fā)仍需額外蒸汽提供熱量，對蒸水量較大的低含量的工業(yè)濃鹽水濃縮處理蒸汽消耗量較大，處理成本高。

4.3機(jī)械壓縮再蒸發(fā)濃縮

        機(jī)械壓縮再蒸發(fā)濃縮（MVR）是目前高鹽工業(yè)廢水處理過程較受關(guān)注的濃縮技術(shù)之一。其主要原理是將原水蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽通過機(jī)械再壓縮方式提高蒸汽的溫度、壓力和熱焓，然后進(jìn)入蒸發(fā)器與原水進(jìn)行冷凝換熱，加熱后原水得以蒸發(fā)濃縮，同時又產(chǎn)生二次蒸汽再次壓縮，達(dá)到充分利用系統(tǒng)內(nèi)蒸汽潛熱的目的。典型的MVR流程如圖2所示。

        目前國內(nèi)外已經(jīng)成功將MVR蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用于濃縮制鹽、化工污水處理、食品工業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域，這些成功的案例為該技術(shù)應(yīng)用到濃鹽水濃縮處理打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。作為一種新型的高效節(jié)能蒸發(fā)技術(shù)，MVR系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：啟動后無需消耗蒸汽，結(jié)構(gòu)簡單，公用工程配套少，無需冷凝器，無需循環(huán)冷卻水，運(yùn)行費(fèi)用下降顯著，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量小，占地面積小。然而，MVR技術(shù)的劣勢是大量的電量消耗，同時首次啟動時需要大量蒸汽，多效蒸發(fā)過程存在的結(jié)垢，腐蝕問題依然存在。

5.結(jié)語與展望

        反滲透處理后濃鹽水的濃縮，作為工業(yè)高鹽廢水零排放技術(shù)最后也是最為關(guān)鍵的工序，其技術(shù)適應(yīng)性、成熟度、投資、運(yùn)行能耗等對整體工藝具有直接的重大影響。以多效蒸餾MVR為代表的蒸發(fā)技術(shù)是目前濃縮過程的主流選擇，技術(shù)成熟度相對較高，然而其投資成本大，對較低含量鹽水運(yùn)行能耗高、成本高的劣勢難以克服。

        高效碟管式反滲透DTRO技術(shù)，其高濃縮倍率、綜合性等優(yōu)異性能，將在反滲透濃水的深度濃縮處理工程中具有極為廣闊的應(yīng)用前景。因此大力開發(fā)面向高鹽水濃縮的高效碟管式反滲透DTRO技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鹽與水的高效分離達(dá)到資源回收與零排放目標(biāo)。此外，積極進(jìn)行高效碟管式反滲透DTRO膜技術(shù)在更多行業(yè)的高鹽水濃縮應(yīng)用開發(fā)，進(jìn)而形成多種技術(shù)的高效耦合濃縮系列工藝，以積累運(yùn)行設(shè)計經(jīng)驗(yàn)也尤為重要。