高 艷

（平邑縣環(huán)境監(jiān)控中心，山東 臨沂 273300）

前 言

水是生命體所必需的資源，關系到人類和動植物的生存問題。淡水資源只占地球全部水資源的3%，其中淺層地下水作為可被直接飲用的水資源僅僅是總量的0.0007%[1]。簡而言之，可供人類使用的淡水資源量并不多，而且由于我國人口基數(shù)過大，人均占有水資源量在全世界國家中排名靠后，總的來說是較為缺水的國家之一。

伴隨改革開放，我國走上了飛速發(fā)展的道路，伴隨工業(yè)化的發(fā)展，水的使用量在增加的同時，工業(yè)廢水的排放量也在日益增多，對環(huán)境和人體造成危害。并且，工業(yè)廢水的種類和危害性也在不同程度地提高，這就使得對廢水的處理工作需要更加的細化并進行工藝改進，在保證廢水處理得當?shù)耐瑫r，對廢水處理的效率進行提升，對處理的步驟進行簡化，是實現(xiàn)經(jīng)濟效益的保證[2]。

工業(yè)活動產(chǎn)生的廢水中，當其含有的無機鹽含量超過百分之一時，即成為高含鹽工業(yè)廢水。無機鹽是包括鈉離子、鉀離子、鈣離子，氯離子、硫酸根離子和硝酸根離子等，一般常見于化工工業(yè)如石油化工、煤化化工和電力工業(yè)等。高含鹽廢水不經(jīng)過處理直接排放到外界時，雖然廢水中含有的離子都是微生物生命活動中必需元素，但是過高的濃度會抑制微生物的活動甚至導致微生物的死亡，高濃度的含鹽量和排放廢水量的加大使得污泥活性急速降低，影響生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)平衡能力，對當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)造成嚴重破壞，但經(jīng)過有效的處理之后就可以排放在臨近的海域。

1 高含鹽廢水的處理

常規(guī)對高含鹽的工業(yè)廢水的處理方法主要有三種：生物強化法、反應膜法和熱濃縮法。但當廢水中含鹽量超過百分之二或以上時，傳統(tǒng)的生物法就不再有效。隨著科技的發(fā)展和對污水排放標準的增高，近年來，熱濃縮法包含了多項新的技術，包括機械式蒸汽再壓縮技術（Mechanical vapor recompression）、高級氧化技術（Advanced Oxidation）、正滲透技術（Positive penetration）和對廢水焚燒處理，并且對廢水的處理往往使用到多個處理技術[3]。對高鹽廢水處理的排放標準[4]見下表1：

表1 高鹽廢水處的排放標準Table 1 The discharge standards of high salt wastewater

2 熱濃縮法

熱濃縮法是通過加熱處理來進行濃縮的技術，傳統(tǒng)的熱濃縮包括多級閃蒸（Multi-stage flash evaporation）和多效蒸發(fā)（Multi-effect evaporation）技術。

多級閃蒸技術是污水處理中應用最早的熱處理技術，經(jīng)過長時間的發(fā)展，多級閃蒸技術工藝愈發(fā)成熟完善，被廣泛應用于海水淡化和污水處理中，但多級閃蒸技術的缺點也不容忽視，效率低，耗能大，同時由于結垢等原因，設備更新周期短。多效蒸發(fā)技術是在多級閃蒸技術的基礎上，使用多個蒸發(fā)器，讓蒸汽得以多次利用，提高熱能的使用效率。但在多個蒸發(fā)器提升熱能利用率的同時，多效蒸發(fā)技術的投資成本更高了。

機械式蒸汽再壓縮技術是對蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽進行再壓縮，一般使用空氣壓縮機進行，將二次蒸汽壓縮后，容器中蒸汽的壓力、溫度和熱值會迅速上升，可作為加熱部分對廢水進行蒸汽加熱使用。相比多級閃蒸技術和多效蒸發(fā)技術而言，機械式蒸汽再壓縮技術占地面積小，運行成本低，且二次蒸汽的利用也使得總蒸汽用量減少，較為環(huán)保節(jié)能。

連云港的金橋益海公司使用機械式蒸汽再壓縮技術濃縮淡鹽水，效率達到多級閃蒸技術的20 倍以上[5]。中鹽金壇鹽化有限公司引進機械再壓縮制鹽工藝，相對于多效真空蒸發(fā)制鹽工藝，節(jié)約近25%以上的能耗[6]。在國外，MVR 技術已被廣泛應用于食品化工和制藥等行業(yè)。在國內，MVR 技術在制鹽工業(yè)上已有應用的實例，且節(jié)能效果顯著，但在含鹽廢水處理方面，仍處于研究和試運行階段，主要是由于高含鹽廢水成分較海水復雜，且物理化學性質與海水具有較大的差別。韓東等采用MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)處理含硫酸銨的廢液，通過比較試驗系統(tǒng)與數(shù)值模擬的能耗值，證明采用MVR 技術較多效蒸發(fā)每年可節(jié)省3.58%的運行費用[7]。

機械式蒸汽再壓縮技術在濃縮淡鹽水方面成效頗為顯著，但在含鹽廢水處理方面，應用并不是很廣，主要是因為廢水的復雜性質，對設備的破壞作用較大。最為常見的是，當廢水中鈣離子含量太高，機械式蒸汽再壓縮技術設備運行達到一定時間后，會造成裝置內壁大量結垢，影響設備的穩(wěn)定運行。所以，在應用機械式蒸汽再壓縮技術處理高鹽廢水時，有必要對機械式蒸汽再壓縮技術系統(tǒng)進行水軟化處理，降低結垢離子的含量。同時，設備結垢的程度和部位也與機械式蒸汽再壓縮技術系統(tǒng)設備的材料和制造工藝有關，為了穩(wěn)定運行機械式蒸汽再壓縮技術設備，建議采用有機聚合塑料薄膜制作機械式蒸汽再壓縮技術的蒸發(fā)器[8]。

3 生物強化法

3.1 生物強化技術簡介

生物強化技術是基于生命科學，以基因工程、細胞工程、微生物工程等為手段，兩相綜合交叉，培養(yǎng)微生物菌體增強特定功能的科學系統(tǒng)[9]。向原始菌種群落中引入一種或多種具有對某種危害物具有降解能力的其他微生物菌體，培養(yǎng)微生物使種群密度增加，進而與原始菌體反應，稱為生物強化技術，原始菌體也稱之為受體菌體。通過競爭和重組等等過程，得到一批可以基底為能源的菌體，復制增殖成大的群體部落，達到降解有害物質、改善原有生物菌體體系的效果。

生物強化技術現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應用在工業(yè)處理污水的各個領域如印染、制藥和焦化工業(yè)中。近年來，運用生物增強技術得到的高效脫氧色菌和PVA降解菌處理工藝能夠有效降低印染廢水中的有害物質，且能穩(wěn)定廢水中有害物質的結構和成分，使得印染污水得到有針對性的處理。而焦化工業(yè)領域中，高濃度的氨的存在會抑制微生物的生長，當經(jīng)過初步的脫氨處理后，使用生物強化技術在焦化廢水中引入可提供高降解能力的生物菌體，用來加速苯酚等有機物的快速降解。制藥廢水的主要問題在于量大的同時有害物種類也多，在這種情況下，傳統(tǒng)的化學處理或生物化學處理并不能滿足對制藥廢水的處理要求。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用生物強化技術培養(yǎng)混合菌體投入到制藥廢水，針對性地對有害物質進行降解處理，不僅降解速度得到大幅度提升，降解后的產(chǎn)物穩(wěn)定性也較好，可大量應用在制藥廢水中。簡而言之，生物強化技術已經(jīng)成為污水處理領域重要的一環(huán)[10～12]。

3.2 生物強化技術在高鹽污水處理中的應用

生物強化技術為改變微生物中某些生物酶或者生物酶體系帶來無限的可能，生物酶系統(tǒng)和微生物培養(yǎng)的結合會有效地生物分解或溶解水中的污染成分，使得污水中的有害物和菌群得到釋放，達到改善污水體系的效果。

生物法處理高鹽廢水時，通過基因工程來將選定的某外源基因直接導入到污水的原生菌群中，通過外源基因在污水菌群中的擴散和表達，得到可以穩(wěn)定繁殖和基因穩(wěn)定表達的新細胞體。新細胞體含有的外源基因表達能夠提高難降解的有害物質的溶解，加速其代謝周期，加速有害物質的降解過程，以及加強降解過程的穩(wěn)定性。這種對污水水體基因進行直接處理的基因工程污水處理方法可以通過主觀的判斷和選擇，使其產(chǎn)生更具降解能力的新微生物，并且，外源基因在污水水體菌種內的表達可以按照人類的意愿來加速或降低，有效地控制污水處理的進程。

而此類外源基因既可從環(huán)境選擇中找到比如嗜鹽菌，嗜鹽菌可以在高鹽濃度環(huán)境下進行生命活動，一般發(fā)現(xiàn)在深海環(huán)境中，其細胞液離子濃度高，可以有效抵抗高的無機鹽濃度帶來的脫水作用，也可通過紫外線照射以獲得突變菌株，將突變菌種和原始菌種和受體菌種進行融合育種獲得。李維國[13]等在鹽場篩選培養(yǎng)出一株嗜鹽菌株，使用SBBR 反應器和活性炭吸附技術結合處理工業(yè)高鹽廢水，經(jīng)216h后達到了98%的離子去除率，證明生物強化法和傳統(tǒng)污水處理技術結合的處理方式具有可行性。

生物強化技術在處理污水問題時，由于其優(yōu)越的降解效率，同時具有成本低，操作方便等特點，被大量應用于各個領域中[14]。并且，隨著生命科學和基因工程、微生物工程等的科技的發(fā)展，生物強化技術也愈發(fā)成熟，成本越來越低，操作性也越來越簡單。這種技術的發(fā)展對污水處理無疑是具有重大意義的。

4 膜蒸餾法和電吸附法

4.1 膜蒸餾（Membrane distillation）技術

膜蒸餾興起于21 世紀初期，是以膜兩側的蒸汽壓力差作為驅動力分離水和鹽的技術，類似膜過濾和蒸餾技術的有機結合體[15]。膜蒸餾技術使用的膜大多具有疏水微孔性質，在蒸汽壓力差的驅動下由高溫倉穿到低溫倉冷凝，高溫倉得到濃縮的溶液，低溫倉得到較為純凈的排放水[16]。膜蒸餾技術操作簡單，能量來源廣泛并可以適應大多數(shù)高鹽廢水，但工業(yè)化還不完善。S.Adham[17]和游文婷[18]等采用膜蒸餾技術淡化含鹽廢水，得到的餾分電導率小于10S/cm，可見膜蒸餾技術的廣泛應用場景。但膜蒸餾技術對熱能的消耗巨大，且膜蒸餾裝置對膜的要求很高，成本巨大。

4.2 電吸附除鹽技術（Electric adsorption desalination technology）

電吸附除鹽技術是利用電極自身的電化學性質來去除廢水中的鹽離子和使有機物分解，處理效率高且環(huán)境友好[19]。與蒸餾等技術相比，電吸附除鹽技術主要依賴于電能而不是熱能，能量來源廣泛且能耗較低。與膜蒸餾技術相比，電吸附除鹽技術所用系統(tǒng)不含膜部分，對水質的要求不做限制[20,21]。EST技術可與其他除鹽技術結合，以降低總體運行成本。如應用EST 技術預處理HERO 系統(tǒng)中RO 裝置進水，可提高系統(tǒng)產(chǎn)水率和出水水質，延長膜的使用壽命，降低運行成本。但電吸附除鹽技術對電極的要求很高，需要電極有良好的吸附性且活性維持時間久，現(xiàn)在的技術很難達到這些要求，只能通過頻繁的更換電極來實現(xiàn)，使得電吸附除鹽技術的成本進一步增加[22]。換而言之，EST 技術目前還存在電極吸附容量低、價格昂貴、重復利用性差等缺陷，因此提高電極材料性能及優(yōu)化電吸附模型，將會促進EST技術走向成熟。

5 總結與展望

現(xiàn)如今對高鹽廢水的處理方式多種多樣且處理效率很高，但仍然有很多缺陷和不足，通過有機結合不同的處理方式，可以對污水的處理更加有效徹底。通過不斷對技術的發(fā)展和創(chuàng)新，希望可以實現(xiàn)污染廢水的零排放。