摘" " " 要： 目前，針對高鹽廢水的處理要求越來越嚴格，如何使廢水中的鹽分、有機污染物等進行分離以及資源化回收利用，爭取達到綠色排放，是我們目前需要解決的重要問題。闡述了傳統(tǒng)的物理脫鹽處理技術，從熱法：多級閃蒸、多效蒸發(fā)、機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)（MVR）和膜分離法的研究現狀入手，分析了各工藝的優(yōu)缺點。結合新型電化學脫鹽技術——電滲析和電吸附除鹽技術的研究現狀及應用情況，總結得出兩種電化學脫鹽技術與傳統(tǒng)物理脫鹽技術相比的優(yōu)勢所在，闡述了電吸附法良好的應用前景，并對未來高鹽廢水脫鹽技術的發(fā)展方向進行了展望。

關" 鍵" 詞：高鹽廢水；脫鹽；熱法；電滲析；電吸附

中圖分類號：X703" " " " "文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）06-0907-04

隨著工業(yè)迅速發(fā)展，以含鹽量高且成分復雜為主的高鹽廢水排放造成的水資源污染問題較為嚴重，急需處理。高鹽廢水是指水體中總溶解性固體（TDS）的質量分數大于等于3.5%的廢水[1]，主要來源于化工、制藥、印染等行業(yè)產生的工業(yè)廢水。若直接排入受納水體會使水體含鹽量升高、破壞土壤，影響水生生物和動植物的正常生長、繁殖[2]，同時高濃度的含鹽量也會對后續(xù)污水處理廠生化處理中微生物的生長具有明顯的抑制作用。因此開發(fā)經濟高效的高鹽廢水脫鹽處理技術是我國實現高鹽廢水資源化循環(huán)利用過程中遇到的瓶頸問題。

本文分析了傳統(tǒng)的物理脫鹽處理技術，以及新型電化學脫鹽技術的研究現狀，對各工藝的優(yōu)缺點進行總結，展望了未來高鹽廢水脫鹽處理技術的發(fā)展方向。

1" 物理脫鹽處理技術的研究現狀

物理脫鹽處理技術在國外高鹽廢水處理中主要是熱法和膜分離法，基本的思路是通過物理反應采用低成本、有效的方法將鹽分與水分進行分離、吸附并回收利用。熱法主要包括多級閃蒸（MSF）和多效蒸發(fā)（MED），膜分離法主要是反滲透（RO）[3]。國內最常用的高鹽廢水脫鹽處理技術有多效蒸發(fā)、機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)和膜分離技術。

1.1" 多級閃蒸技術（MSF）處理高鹽廢水的研究現狀

MSF技術發(fā)展始于20世紀50年代，處理過程是將高鹽廢水加熱，隨后依次經過閃蒸室，鹽水在蒸發(fā)降溫的同時逐漸濃縮輸送到結晶器內析出固體混鹽，最后再將蒸汽通過冷凝處理得到淡水[4]。發(fā)展至今，多級閃蒸技術已日臻成熟，具有運行穩(wěn)定、對原料要求低、產水水質高等優(yōu)點。目前多用于海水淡化工程中濃海水的濃縮[5]。莫偉軍等采用自制貫流式多級閃蒸裝置處理5.4 Beˊ的濃海水鹽場鹵水，并探究了維持裝置高效運行的控制條件，證明多級閃蒸工藝濃縮電廠濃海水在技術上是可行的[6]。

雖然MSF技術的技術成熟、設備簡單，但存在能耗較高、設備腐蝕和結垢速度快等現象影響處理效果及后期維護成本。因此，目前研究重點主要為利用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源、解決換熱器結垢問題等，為后期技術的優(yōu)化提供參考依據。Lokk Reinar等通過建立多級閃蒸脫鹽污垢產生模型，研究海水溫度變化時的污垢的附和和去除機理，發(fā)現在海水溫度恒定較高時，污垢率較高；冬季海水溫度較低，鹵水加熱器的運行負荷增加，但較低的污垢率會節(jié)約部分能源[7]。

1.2" 多效蒸發(fā)（MED）處理高鹽廢水的研究現狀

在我國，多效蒸發(fā)是常見的蒸發(fā)方式，在MVR技術發(fā)展成熟之前一直是被廣泛使用的蒸發(fā)、結晶的主導工藝。該技術將多個蒸發(fā)器串聯(lián)起來，將前效蒸發(fā)器的二次蒸汽作為下一效蒸發(fā)器的熱源并冷凝成淡水[8]，如此順序按照效數進行，只需要消耗第一效的蒸汽，將熱能循環(huán)利用，從而降低能耗，具有節(jié)約能源、處理速度快的優(yōu)點。多效蒸發(fā)起初被應用于蔗糖工藝，后來隨著技術的技術的發(fā)展，在煤化工等高鹽廢水處理領域也有了很好的應用。趙文華等采用多效蒸發(fā)工藝處理煤制天然氣項目產生的高含鹽廢水，蒸發(fā)后產品冷凝水中含鹽量僅有130 mg/L， 脫鹽率高達98%，實現了煤化工廢水的零排放[9]。楊貢林等采用多效蒸發(fā)濃縮工藝處理天然氣開采產生的高含鹽氣田廢水，最后得到的NaCl的產品含量達到了97.6%[10]。

有研究發(fā)現，多效蒸發(fā)的脫鹽率與效數有關，效數越多，脫鹽率越高，但熱力損失、能耗成本也隨著效數的增加而增大。張國輝等通過對所提出的LT-MED耦合系統(tǒng)HTHP建立熱力學模型，分析結構參數對系統(tǒng)各性能指標影響，發(fā)現效數增加對造水比GOR有顯著的提升作用，脫鹽率升高[11]。沈勝強等在研究大型低溫多效蒸發(fā)海水淡化裝置傳熱過程的熱力損失隨蒸發(fā)器等數量的變化規(guī)律中發(fā)現總的熱力損失隨著蒸發(fā)數量的增加逐漸增大[12]。因此采用MED技術時需要尋求經濟高效的平衡點，選擇處理成本最經濟的效數。另外，廢水中含有的鹽及其他雜質經過加熱，會使蒸發(fā)器的換熱管表面結垢，造成換熱管腐蝕，導致?lián)Q熱器熱效率降低，因此，如何解決結垢問題是多效蒸發(fā)未來發(fā)展的一個挑戰(zhàn)。

1.3" 機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)（MVR）處理高鹽廢水的研究現狀

MVR系統(tǒng)是20世紀末研發(fā)出來的一種新型高效節(jié)能蒸發(fā)設備，在我國化工以及在后期的廢水處理等領域有廣泛應用，具有操作簡單、運行成本低、能耗較少、占地面積小等優(yōu)點。張旭采用“MVR+結晶器”、“MVR+多效蒸發(fā)”等工藝技術對高鹽廢水進行處理，最后獲得的結晶鹽品質較好[13]。雷頡等針對西他沙星制藥工廠生產的高鹽有機廢水采用“MVR-鐵碳芬頓-厭氧生化組合工藝”進行處理，結果各項指標均達到污水處理廠接納標準[14]。田玲等利用臥式降膜蒸發(fā)裝置對2.5%高鹽廢水的進行中試處理實驗，結果發(fā)現采用中試MVR蒸發(fā)設備能夠實現5.6～11倍的濃縮，減量化效果明顯，且能耗在20.8～25.1 kW·h之間[15]。MVR技術研發(fā)使用后和MSF、MED技術相比熱效率更高且有顯著的節(jié)能效果。廉穎等應用MVR技術對五效蒸發(fā)制硝裝置進行改造，改造后產品綜合能耗從128 kg標煤降為68 kg標煤，可以看出改用MVR技術后提高了熱能利用效率，脫鹽效果更好[16]。但在實際應用MVR技術中設備容易出現泡沫和結垢的現象，需要投加有效的消泡劑及阻垢劑，并定期進行除垢清理。

1.4" 膜分離技術處理高鹽廢水的研究現狀

當前，高鹽廢水處理過程中最常用的膜分離技術是反滲透膜分離技術和納濾膜分離技術，二者對廢水中的鹽離子有很好的的截留效果。

1.4.1" 反滲透膜分離技術

反滲透膜分離技術是利用反滲透膜對廢水中的分子進行過濾，經過濾后清水的回收率通常在65%～82%[17]，對鹽質量分數不大于3%的含鹽廢水，脫鹽率可達96%以上[18]，具有操作簡單，實用性強的優(yōu)點。我國在20世紀70年代末開始引進研究RO技術，因其具有脫鹽凈化方面的優(yōu)勢，在海水、苦咸水淡化，工業(yè)高含鹽廢水處理等領域得到了廣泛應用。陳霞明等使用RO膜對高含鹽模擬廢水進行分離試驗，結果顯示在pH≥5時，對單價和二價鹽的脫鹽率均超過了85%[19]。趙雯等研究兩種反滲透膜在高鹽條件下的分離性能試驗，結果表明，當NaCl質量濃度為1 g/L時，XR與SE的脫鹽率均達到了90%以上，對廢水中的可溶性鹽離子有很好的截流效果[20]。王曉麗等采用反滲透技術對鹽堿地灌洗用水進行脫鹽除堿處理，處理后的鹽水原濃度從7 g/L降到了0.5 g/L，水質達到了灌溉水平，表明反滲透技術可以解決鹽堿地的用水問題[21]。

1.4.2" 納濾膜分離技術

納濾膜可高效使部分低價鹽透過，截流水中二價或多價離子，在高鹽廢水的脫鹽處理中極具優(yōu)勢[22]。目前大多利用納濾膜的離子選擇性，分離高鹽廢水中的Cl-和SO42-，實現鹽分的資源化利用。劉喆等通過以EPTAC季胺化TETA為水相單體、TMC為油相單體制備一種納濾膜，對Na2SO4的截留率高于99.2%，有很高的離子選擇性，具有較高的脫鹽效率[23]。姚敏等對國產納濾膜和進口納濾膜進行綜合評價，結果顯示，國產膜對SO42-的截留率達到了98.5%以上，與進口膜有相同的良好脫鹽效果[17]。潘海如等將經超濾膜組件截流后的超濾產水箱的水經增壓泵進入納濾膜組件單元中，利用南道效應將NaCl與Na2SO4分離，結果在0.6 MPa，pH為5時，硫酸鈉純度達到了98.5%以上，氯化鈉純度達到了94%以上，節(jié)約了后續(xù)蒸發(fā)結晶裝置的處理成品[24]。納濾膜分離技術具有過濾精度高、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點，但膜易堵塞和腐蝕，因此需要定期清洗或更換。

反滲透膜和納濾膜雖然對高鹽廢水中的鹽離子都有較好的截流效果，但二者相比，反滲透膜膜通量對鹽濃度變化更敏感，鹽濃度過高時對反滲透膜的脫鹽效率影響較大[20]，而納濾膜的截流效果較反滲透膜又差一些。因此，目前有研究使用膜組合工藝處理鹽度較高的高鹽廢水。張棟強等采用納濾-反滲透雙膜串級組合工藝，處理NaCl和Na2SO4混合模擬廢水，結果顯示在含鹽量較高的條件下回收得到的氯化鈉其純度可達到97.5%以上，回收效率較高[25]。

2" 電化學脫鹽技術處理高鹽廢水的研究現狀

2.1" 電滲析技術（ED）處理高鹽廢水的研究現狀

電滲析是利用離子交換膜的選擇透過性，在外加電場的作用下，使帶電離子穿過交換膜向陰、陽兩極移動的過程，是一種實現離子分離的新型高效鹽濃縮技術[26]。該技術脫鹽過程沒有相變，占地面積小，與傳統(tǒng)的蒸發(fā)技術相比，處理高鹽度廢水時耗能為7～15 kWh/m3，而蒸發(fā)法中耗能較低的MVR能耗為20～25 kWh/m3 [27]，具有耗能低的優(yōu)點，在高鹽廢水處理方面具有廣泛應用。賽世杰利用電滲析對各組分去除率的研究中，發(fā)現脫鹽率為69.7%時，對一價和二價陰離子的分離效果最好且能耗較低[28]。

目前，為了滿足對廢水和鹽同時回收利用的需求，也有研究將ED工藝優(yōu)化或者與其他工藝進行耦合，來實現對高鹽廢水的資源化利用[29]。田雨等利用優(yōu)化后的電滲析裝置對硫酸鈉高鹽廢水進行電解，結果顯示在27 V電壓下硫酸鈉的最高轉化率達到了95.9%，去除率較高[30]。李興等通過改進電滲析系統(tǒng)，對制藥高鹽廢水進行了深度處理中試，經電滲析處理后，鹽去除率達到了74%，也具有較好的脫鹽效果[31]。郝亞超等通過電滲析耦合反滲透技術（ED-RO）處理高鹽廢水，得到了TDS為185.32 g/L 的濃縮鹽水，通過補加氯化鈉，可達企業(yè)一級精制鹽水標準；得到TDS為10 mg/L的淡水，達到城市雜用水水質[32]。莫恒亮等利用流動電極電吸附（FCDI）與電滲析技術耦合對廢水進行脫鹽，結果顯示，在優(yōu)化條件下兩種技術耦合可連續(xù)穩(wěn)定脫鹽，脫鹽率高達95%[33]。

2.2" 電吸附除鹽技術處理高鹽廢水的研究現狀

作為近些年興起的新型技術，電吸附除鹽技術與蒸發(fā)、反滲透等傳統(tǒng)脫鹽技術相比，具有高效、無二次污染、能耗低等優(yōu)點，是近年來高鹽廢水處理領域的研究熱點。陳兆林等采用電吸附技術對首鋼污水廠二級處理出水進行深度處理研究，結果顯示，在電壓為1.5 V時，除鹽率為82.1%，得到的產水率為73.1%[34]。

目前，針對于電吸附除鹽技術的研究重點為制備優(yōu)質的電極材料，增大電導率，從而增大在高鹽廢水中對帶電離子的吸附效果，提高除鹽率?，F研究中使用較多、性質較優(yōu)的電極材料多為碳納米材料，并在后續(xù)研究中通過對其進行改性優(yōu)化等來增強電吸附的脫鹽性能。武福平等用三種酸對活性炭纖維進行改性處理并驗證其脫鹽性能，結果顯示經HNO3改性處理后的ACF材料，脫鹽率從29.71%提高到了36.76%，證明了改性后增強了ACF的脫鹽性能，可用于處理高鹽廢水[36]。許可利用秸稈制備了蘆葦秸稈基多孔碳材料作為電容去離子吸附技術的電極材料吸附水中的鹽離子，在進行多次吸附-脫附循環(huán)實驗后，脫鹽率保持在92.9%，脫鹽效率高效穩(wěn)定[36]，但目前該技術適用于處理電導率小于5 000 μS/cm的含鹽廢水[37]，對高鹽廢水的處理仍處于實驗室研究階段，離大規(guī)模應用于工業(yè)中還有一段距離。

3" 結論與展望

傳統(tǒng)的物理脫鹽技術在工業(yè)中已有較為成熟的應用體系，具有脫鹽效率高、成本低等優(yōu)點，在高鹽廢水脫鹽處理中應用廣泛，但存在二次污染、設備腐蝕、易結垢、后期維護所需成本較高等缺陷是有待解決的重要問題。新型的電化學技術與傳統(tǒng)的物理脫鹽技術相比，占地面積小、能耗低、且電吸附法沒有二次污染，更契合我國提出的“碳中和”目標，未來在高鹽廢水處理領域有很好的應用前景，但由于兩種電化學處理技術存在電極穩(wěn)定性較差，且成本較高等問題，對于處理鹽度較高的高鹽廢水目前還處于實驗室研究階段，未來研究中可將重點放在開發(fā)高性能的離子交換膜和制備優(yōu)質電極材料，加大對電吸附除鹽技術的研究力度，早日高效大規(guī)模應用在工業(yè)處理中。

將多種脫鹽技術進行耦合聯(lián)用，是未來另一種新的發(fā)展方向，如電滲析與反滲透進行聯(lián)用、MVR和多效蒸發(fā)進行聯(lián)用等，將高鹽廢水處理進一步深化，并從投資成本、是否會造成二次污染、操作難易度、資源化等方面綜合考慮來選取合適的處理方案，使設備長期高效穩(wěn)定的運行，是日后需要長期深入研究的重要問題。

參考文獻：

［1］齊亞兵，張思敬，楊清翠.煤化工高含鹽廢水處理技術研究進展[J].應用化工，2021，50 （08）：2303-2308.

［2］邱立萍，張曉鳳.高鹽廢水處理技術研究及應用進展[J].無機鹽工業(yè)， 2023 ， 55 （02） ： 1-9.

［3］徐藝銘，劉永紅，王寧. 高鹽印染廢水處理技術研究進展[J].應用化工，2020，49 （11）：2859-2863.

［4］SHAH K M， BILLINGE I H， CHEN X， et al. Drivers， challenges， and emerging technologies for desalination of high-salinity brines： A critical review[J]. Desalination， 2022， 538： 115827.

［5］宋瀚文，宋達，張輝，等. 國內外海水淡化發(fā)展現狀[J]. 膜科學與技術，2021，41 （04）：170-176

［6］莫偉軍，郭愛，林福成，等. 高濃度海水多級閃蒸試驗研究[J]. 中國石油和化工標準與質量，2020，40 （07）：57-58.

［7］LOKK R， ALSADAIE S M， MUJTABA I M. Dynamic simulation of once-through multistage flash （MSF-OT） desalination process： Effect of seawater temperature on the fouling mechanism in the heat exchangers[J]. Computers amp; Chemical Engineering， 2021， 155： 107515.

［8］侯超，藺雪軍，陶磊，等. 高鹽、高濃度有機廢水蒸發(fā)特性實驗[J]. 科技導報，2021， 39 （17）：39-44.

［9］趙文華. 多效蒸發(fā)技術在煤化工廢水工程領域的應用[J]. 煤炭加工與綜合利用，2018 （12）：45-48.

［10］楊貢林，許景媛，夏珊. 氣田廢水中高鹽、高鈣的多效蒸發(fā)綜合治理工程技術的應用研究[J].中國井礦鹽，2018，49 （03）：7-10.

［11］張國輝，王厲，崔海蛟，等. 基于低溫多效蒸餾再生的熱源塔熱泵系統(tǒng)構建及其熱力性能分析[J]. 浙江理工大學學報（自然科學版），2021，45 （04）：565-574.

［12］沈勝強，周士鶴，牟興森，等. 大型低溫多效蒸發(fā)海水淡化裝置傳熱過程熱力損失分析[J].化工學報，2014，65（09）：3366-3374.

［13］張旭. 蒸發(fā)結晶工藝在煤化工高鹽廢水零排放中的應用[J]. 現代化工，2021，41 （09）：226-231.

［14］雷頡，鄔容偉，郭勤，等. MVR-鐵碳芬頓-厭氧生化組合工藝處理西他沙星制藥廢水[J]. 水處理技術，2022，48 （07）：136-139.

［15］田玲. MVR蒸發(fā)技術在廢水處理中的應用研究[J]. 工業(yè)水處理，2023 ， 43 （04） ： 144-148..

［16］廉穎，王磊，龔琦，等. 五效蒸發(fā)制硝裝置進行MVR改造的可行性分析[J]. 鹽科學與化工，2019，48 （05）：41-44.

［17］姚敏，于雙恩，金政偉，等. 煤化工含鹽廢水納濾分鹽效果研究[J]. 煤炭加工與綜合利用，2020 （06）：46-50.

［18］白璐，陳武，王凱亮，等. 燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術研究進展[J]. 工業(yè)水處理，2019，39 （04）：16-20.

［19］陳霞明. 高含鹽模擬廢水的納濾膜和反滲透膜脫鹽特性[J]. 中國資源綜合利用，2021，39 （07）：24-27.

［20］趙雯，汪勉，羅超，等. 反滲透膜處理高含鹽廢水影響因素實驗研究[J]. 水處理技術，2018，44 （08）：81-85.

［21］王曉麗，馬世賢，王生輝，等. 反滲透在鹽堿地改良淋洗水處理工程中的應用[J]. 水處理技術，2022，48 （01）：147-149.

［22］王文靜. 高鹽廢水的研究進展探微[J]. 內蒙古煤炭經濟，2020 （17）：180-181.

［23］劉喆，李清泉，鄭宏林，等. 一種可用于高鹽廢水處理的納濾膜研究[J]. 水處理技術，2022，48 （06）：45-49.

［24］潘海如. 某化工高鹽廢水膜分離提取硫酸鈉研究[D]. 安徽建筑大學，2022.

［25］張棟強， 陳彥安， 張晶晶， 等. 納濾-反滲透技術用于高鹽廢水中NaCl的回收[J]. 蘭州理工大學學報， 2021， 47 （03）： 64-69.

［26］王皝瑩， 閆軍營， 蔣晨嘯， 等. 面向“雙碳”目標流程的離子膜電滲析：機遇與挑戰(zhàn)[J]. 過程工程學報，2023 ， 23 （03） ： 337-349..

［27］SUN B， ZHANG M， HUANG S， et al. Limiting concentration during batch electrodialysis process for concentrating high salinity solutions： A theoretical and experimental study[J]. Desalination， 2021， 498： 114793.

［28］賽世杰. 電滲析對高鹽廢水中各組分去除率的試驗研究[J]. 中國環(huán)保產業(yè)， 2021 （12）： 35-39.

［29］朱銘，池勇志，陳富強，等. 高鹽工業(yè)廢水資源化利用領域電滲析技術的研究進展[J]. 工業(yè)水處理，2022，42 （01）：21-28.

［30］田雨，張宇峰，張文娟，等. 雙極膜電滲析電解硫酸鈉高鹽廢水資源化研究[J]. 天津城建大學學報，2020，26 （04）：284-289.

［31］李興，勾芒芒. 改進電滲析深度處理制藥高鹽廢水研究[J].水處理技術，2018，44 （10）：106-109.

［32］郝亞超，張成凱，李亮，等. 利用電滲析和反滲透耦合處理高鹽廢水的研究[J].工業(yè)水處理，2021，41 （03）：44-47.

［33］莫恒亮，唐陽，陳詠梅，等. 流動電極電吸附（FCDI）與電滲析（ED）耦合實現連續(xù)脫鹽技術研究[J]. 現代化工，2019，39（05）：91-95.

［34］陳兆林，孫曉慰，郭洪飛，等. 電吸附技術處理首鋼污水廠二級出水的中試研究[J].中國給水排水，2010，26（09）：115-116.

［35］武福平，駱青虎，張國科，等. 3種酸改性活性炭纖維電吸附脫鹽性能研究[J]. 水處理技術，2019，45 （11）：80-84.

［36］許可. 利用秸稈制備多孔碳電極電化學吸附水中的鹽離子[D].黑龍江大學，2020.

［37］任冰冰. 高含鹽工業(yè)廢水處理技術研究進展[J]. 河南科技，2018 （28）：148-150.

Abstract：" At present， the requirements for the treatment of high-salt wastewater are becoming stricter and stricter. How to separate and recycle the salt and organic pollutants in the wastewater and strive for green discharge is an important problem that we need to solve at present. In this paper， the traditional physical desalting technology was described， and the advantages and disadvantages of each process were analyzed from the research status of thermal processes of multi-stage flash evaporation， multi-effect evaporation， mechanical vapor recompression evaporation （MVR） as well as membrane separation. Combined with the present research situation and application of new electrochemical desalination technologies including electrodialysis technology and electroadsorption desalination technology， the advantages of two electrochemical desalination technologies compared with traditional physical desalination technologies were summarized， the good application prospect of electro-adsorption method was expounded， and the development direction of desalination technology for high-salt wastewater in the future was prospected.

Key words： High salt wastewater; Desalination; Thermal process; Electrodialysis; Electric adsorption