随着工业的快速发展和人口的迅猛增长，环境污染和资源短缺问题日趋严重。目前，我国水环境污染形势非常严峻，国家对污水的排放标准也越来越严格。在《污水综合排放标准》［1］（GB 78— 1996）中，对COD、氨氮等污染物都有严格的排放，但对排放污水中的盐含量没有作性的规定。高含盐废水是指水体中总溶解性固体（TDS）的质量分数大于等于3.5%的废水［2］。主要来源于生活用水、食品加工、冶金、化工、石油和天然气开采等行业。高含盐废水若直接排入水体，会对水生生物、生活用水和工农业用水造成不同程度的危害［3］。若直接排入海洋环境，当环境盐度超过一定范围时，海洋中生物体的生长发育也会受到影响。高浓度的盐含量同时也会抑制处理有机废水的微生物的生长。因此高含盐废水的脱盐处理，具有十分重要的意义［4］。常见的脱盐方法有物理法、化学法［5-6］、生物法。物理法又包括热分离法和膜分离法。化学法包括离子交换法、电渗析法、电去离子法、电吸附法等。

本文从脱盐效率、能耗、工艺成本、适用范围等方面综述了各种废水脱盐处理技术发展历程、工艺原理、优缺点及目前的研究进展。展望了未来

废水脱盐工艺的发展方向。

1物理法

1.1 热分离法

热分离包括蒸发和冷冻两种方法。蒸发法主要包括多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（MED）、机械

热压缩（MVR）以及膜蒸馏（MD）等技术［7-8］。

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.1.1 MSF技术

MSF技术是20世纪50年代发展起来的，该技术是先将原料液加热至一定温度，然后将料液依次通过一系列的压力逐渐降低的容器以实现闪蒸汽化，最后再将蒸汽冷凝收集得到冷凝液［9］。它主要由热回收段、热排放段以及加热段3个单元组成。经过几十年的发展，这项成熟的工艺在20世纪90年代占据了废水脱盐市场近［ ］ 60%的份额。伍联营等 10 通过数学建模研究了3种不同的多级闪蒸装置和发电系统的联合效应，比较了工艺参数变化时几种模型的成本和经济效益。MSF技术存在一些缺点：如操作温度高；设备腐蚀和结垢速度快；能耗高；抗结垢药剂消耗量大；设备耐腐蚀材质价格昂贵。因此投资成本较高。但MSF技术具有工艺成熟、设备简单、预处理简单、产水水质高等优点。它可以与发电厂联合，以充分利用发电厂的热能和余热，这种联合技术是目前研究的热点，而且在许多地区得到了推广应用［11］。

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.1.2 MED技术

 MED技术始于19世纪30年代。MED技术是将加热蒸汽通过蒸发器，使得蒸发器中的溶液升温沸腾，此时产生的二次蒸汽的气压和温度较之初始的蒸汽低，二次蒸汽可以同样利用于下一级蒸发器的蒸发加热，以此类推，即为多效蒸发。早期的 MED技术一直存在设备易腐蚀和结垢的缺陷，严重制约其发展。直到20世纪60年代，低温多效蒸发（LT-MED）技术的出现，才使得这个问题得到一定程度的缓解。LT-MED是在70 ℃以下的温度进行操作，可以极大地减弱设备的结垢和腐蚀问题，同时由于是在低温下进行，可以采用价格低廉的传热材料，节约投资成本。有研究发现［12］，多效蒸发的效数越高，脱盐效果越好，同时效数越高，成本也随之增加，因而需要寻求经济高效的平衡点。同时进料液的温度和浓度也对出水水质有影响。姜凤银［13］运用数学模拟和实验研究相结合的方法，研究了MED技术对油田污水的脱盐处理效果，产水含盐量（w）低于1×10-3， 在系统效数为6效时［，污水处理成本最低，为18.105元/t。de la Calle等 14］设计了一个太阳能驱动的MED设备，并采用数学模型模拟了该设备的运行情况，为以后的进一步优化提供了指导方向。MED技术具有工艺成熟、应用面广、处理快、预处理简单、相对节能等优点。

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.1.3 MVR技术

MVR技术又称机器蒸汽再压缩，它是将蒸发器中产生的二次蒸汽，经过压缩机以提高蒸汽的温度和压力，最后作为加热蒸汽通至蒸发器的加热室。目前人们对于MVR技术的研究，着眼于系统流程、传热过程、控制策略等方面的优化，以期进一步提升效率，降低成本［15］。梁林［16］自行设计了一个两级MVR系统，通过实验和数学模型对比研究了MVR与其他工艺的优缺点，发现与传统三效蒸发法相比可节省能耗75.8%。MVR技术的优点是相比于其他的蒸发工艺，热效率更高，能耗较少，占地面积小。

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.1.4 MD技术

MD技术是一项比较新的分离、提纯及净化技术，它是一个由热驱动的分离过程，从20世纪80年代开始得到迅速的发展。它所使用的介质是疏水微孔膜，膜的热侧为热的待处理溶液，在膜两侧蒸汽压差的作用下，利用膜的疏水性和多孔性，热侧待处理料液中挥发性的组分通过膜到达冷侧冷凝，实现分离［17］。在这个过程中膜仅仅起到一个物理支撑的作用，自身不参加化学反应。其介质膜的膜孔径比诸如反渗透这种传统的膜分离过程的膜孔径大［18］。

随着研究的不断深入，现已开发出直接接触式膜蒸馏（DCMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）、气隙式膜蒸馏（AGMD）和真空膜蒸馏（VMD）等［19］。在膜与冷侧之间存在一层很薄的透过侧，几种MD技术的区别主要体现在冷侧的不同［20］。

MD技术是通过提供汽化所需的潜热来实现特征相变，因此MD过程中能量的利用率是非常重要的因素。刘安军等［21］研究了不同温度条件下的膜通量和能耗，寻求最适宜的操作温度来优化膜通量和能量利用率。MD技术的研究主要集中在几个方面：1）膜材料的优化和制备，寻找具有较好的化学和热力学稳定性、高空隙率和高疏水性的膜材料，以及在现有的膜材料基础上探究改性的可能；

2）传质传热机理的研究和强化，进一步深入研究MD 的传热和传质的机理过程；3）MD过程的操作条件优化，如进料液温度、流速、浓度等；4）能量利用［ ］的优化，如太阳能或低品位能源的开发利用 22 。

MD技术结合了传统蒸发技术和膜分离技术的优点，具有耐腐蚀性强、低温操作、脱盐效果好、抗污染、可利用低温热源等特点［23］。但是迄今为止，MD技术还没有得到大范围的应用，是因为对 MD传质过程的认识程度还远远不够，还没有开发出适用于该技术的比较稳定的膜，热能的利用率偏

低，还有待于开发出成熟实用的MD工艺［24］。

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.1.5 冷冻法

冷冻法是基于在结晶过程中，水分子会排斥杂质的原理，来达到分离提纯的目的。冷冻法广泛用于海水和苦咸水的淡化处理，目前较少应用于工业废水的处理，冷冻法的研究也正在逐渐兴起。冷冻法分为自然冷冻法和人工冷冻法。其中自然冷冻法又分为喷雾冷冻法、缓流冷冻法和单向向下渐进冷冻法［25］。Gao等［26］将喷雾冷冻法用于工业废水的处理，COD去除率及脱盐率均能达到60%以上。人工冷冻法根据冷冻目的的不同又分为人工冷冻浓缩工艺和共晶冷冻结晶工艺。冷冻法与传统工艺相比：对待处理水质没有特殊要求，无需复杂的预处理过程；在低温环境操作，大大降低腐蚀结垢的速率；无需外加物质，没有二次污染；可以充分利用自然冷能，能耗和成本较低。冷冻法有诸多优势，但目前冷冻法用于工业废水处理还处于实验室研究阶段，很多理论和工艺还有待成熟和完善，离工业

应用还有一段距离。

1.2 膜分离法

膜分离是指以人工合成或天然获得的选择透过性膜为介质，通过外界能量、电位差或化学位差为作用力，使混合组分中的溶剂或溶质透过介质膜而另一部分被截留，从而达到提纯、分离、浓缩目的的过程。膜分离的作用对象可以是气相或者液相，推动力可以是浓度差、电位差、压力差或温度差。膜分离法具有占地面积小、操作简单、效率高、维护容易等优点。常见的膜分离法有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）［27］。

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.2.1 MF

MF是以筛网状过滤介质膜为选择透过性膜，在静压差推动力的作用下进行筛分的膜分离过程。MF膜是均匀的多孔薄膜，MF的分离机制主要为筛分，是介于常规过滤和UF之间的一种分离方式［28］。MF膜分离法应用广泛，既可以单独使用，用于杀菌、除颗粒等，也可以与其他膜分离法联合使用，作为其他膜分离过程的预处理方法［29］。

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.2.2 UF

UF的概念起源于20世纪初，直到20世纪70年代才得到较大的发展。UF与NF类似，是在某种推动力的作用下进行的液相分离过程。进水中的小分子在压力的作用下通过选择透过性膜，而大分子和大颗粒物被介质膜阻隔，起到分离的效果［30］。UF 的膜材料通常是不对称的结构，常见的UF膜组件有管式、平板式、卷式、中空纤维式等。目前最成熟、应用最广泛的是中空纤维式UF膜。UF膜可用于水体脱盐、污水的净化和再生回用、医药行业药

品加工制备、食品饮料行业的加工制备等［31］。

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.2.3 NF

   NF起源于20世纪70年代，是以压力差为驱动力的膜分离方法。NF所采用的膜材料的孔径介于UF膜和RO膜之间［32］。NF膜表面通常带有负电荷，具有荷电效应，对二价和多价离子具有较高的截留率，对单价离子的截留率偏低。NF膜常用于有机物大小分子的分离、不同价态离子的分离、盐类的脱除等。NF最早用于水质软化，去除水中的硬度始终是NF技术的主要研究发展方向之一［33］。另外，料液的浓缩、污水中某些物质的去除也是 NF的应用方向。康为清［34］将NF技术用于盐湖卤水镁锂离子的分离，实验装置对Mg2+和SO42-的截留率在95%以上。

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.2.4 RO

RO膜是渗透过程的逆方向，以静压差为推动力，通过选择透过性膜实现溶剂和溶质的分离。与渗透过程自发进行相比，RO过程是非自发进行的，必须具备有高选择性半透膜以及高于溶液渗透压的操作压力这两个条件［35］。RO的研究开始于20 世纪50年代，我国在20世纪70年代末才开始应用到工业领域。目前主要应用于水处理方面，特别是水体脱盐，包括海水和苦咸水淡化、饮用水净化、工业废水处理等。RO也可以和其他技术结合使用来处理市政污水，还可以用于食品饮料的加工、医药用品的制备等方面［36］。

以上几种膜分离方法最主要的区别是所采用的膜材料孔径大小不同，MF膜的孔径在100~10 000 nm，UF膜的孔径为10~100 nm，NF膜的孔径为 1~10 nm，RO膜的孔径在1 nm以下。由于孔径不同，导致分离的对象不同。由于污水成分很复杂，单一的膜分离方法很难满足水处理工艺的要求，可将几种膜分离技术联合使用。双膜法就是根据膜分离工艺的功能以及分离对象的不同，将两种膜分离方法结合使用，以达到更好的水处理效果。许丽华等［37］采用NF+RO双膜法结合石灰混凝法深度处理垃圾渗滤液，出水达到排放要求。潘振江等［38］运用UF+NF的双膜法处理油田采出水，硬度去除率大于97.38%，TDS去除率大于98.12%，SS和COD 的去除率在88%左右，出水水质稳定达标。膜分离工艺的发展方向包括膜材料和传质过程的研究：探索更高效、抗污染的膜材料；优化传质过程和工艺流程，提高产水水质和效率。

2化学法

2.1 离子交换法

离子交换法是通过溶液中的阴阳离子与带有同种电荷的离子交换树脂中的可交换离子进行交换反应，从而脱除原水中盐类的方法。离子交换法的优点是去除率高，设备简易，容易操作。饱和后的交换树脂可以通过酸碱再生，实现重复使用。离子交换法是通过用交换剂和溶液中的离子反应。当溶液中有多种离子需要脱除时，需要使用多种交换剂。因而离子交换法更适用于低浓度、杂质单一的溶液脱盐。该方法用途广泛，在电力、石油化工、电子、食品加工、药品生产等领域都有不错的应用前景［39］。马永香等［40］通过离子交换法对大豆糖蜜上清液进行脱盐，在流速2.6 BV/h、柱体积比1∶2、糖液体积分数30%、溶液pH为7、室温的条件下，脱盐效果最优，脱盐率达94.%。树脂再生过程会消耗大量的酸碱，产生废水，造成二次污染。今后离子交换法的研究重点是制备性能更优越的离子交换树脂，以及优化操作过程和工艺流程。

2.2 电渗析法

电渗析法是由电解技术和渗析技术两部分组成的。电渗析是基于离子交换膜对于阴阳离子的选择透过性，通过外加的直流电场的电场力作用，使水体中的阴阳离子发生定向迁移，从而达到分离、提纯、浓缩的目的。电渗析技术在废水处理、特定离子回收、食品加工和医药制造方面均有广泛的应用［41］。张建友等［42］研究了电渗析法用于大豆酱油脱盐的效果，在电压9 V、流速2.4 cm/s、pH 4.2、电渗析时间50 min的条件下，脱盐效果最为理想，脱盐率达81.6%。操家顺等［43］采用三级三段式电渗析器处理印染废水，废水脱盐率达78.07%，出水电导率为1 500 μS/cm。王郁［44］将电渗析法和活性污泥法结合处理高盐有机废水，脱盐率达92.6%，

COD去除率约85%。

2.3 电吸附法

电吸附法是在正负电极板间施加直流电场，使溶液中带电的微粒在电场力的作用下向电性相反的电极移动，吸附在电极表面，从而达到脱除溶液中离子的目的［45］。当电极吸附饱和后，将电极反接，或撤去外加电场，吸附在电极表面的离子会脱离电极，使电极实现再生。电吸附法作为近些年才兴起的一门技术，由于具有低压、低能耗、常温、高效、易再生、易维护、无二次污染等优点，逐渐成为研究热点［46］。电吸附法的研究重点包括3个方面：一是优质电极材料的制备；二是电吸附过程中传质理论的研究；三是工艺过程和条件的优化。应用于电吸附技术的电极材料要求比表面积高、亲水性好、孔径分布适宜、电导率高、稳定性好。目前较优的电极材料多为碳纳米材料，包括活性炭粉末、碳气凝胶、纳米活性碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。电吸附技术主要用于水体的淡化，以及工业废水的脱盐［47］。目前该技术主要停留在实验室研究阶段，距离大规模工业应用还有一段距离。马爱鹏［48］研究了以活性碳纤维制电极用于电吸附脱盐的实验条件，发现在电压为2 V、极板间距为 1 mm、废水流速为0.56 m/min［ ］时，脱盐效果最佳，脱盐率达90%以上。黄伟 49 采用电吸附法处理提钒高盐废水，发现离子的荷电量越大，吸附效果越好，经改性后的活性炭电极的吸附能力比未改性前提高了46.1%。

3生物法

微生物脱盐燃料电池（MDC）是微生物燃料电池（MFC）的一种。它由阳极室、脱盐室和阴极室3部分组成。阳极室和脱盐室由阴离子交换膜隔开，阴极室和脱盐室由阳离子交换膜隔开。这两个阴阳离子交换膜使得脱盐室中的带电离子分开，离开脱盐室，从而达到盐水脱盐的目的［50］。MDC 不需要外加能量，对构筑物的要求低，在脱盐过程中还能产生部分电能，它的动力来自于阳极的产电微生物氧化阳极室的污染物。该方法目前还处于研究的初期阶段，有待进一步的完善和深入研究。李宇斐［51］研究了连续型和间歇型MDC的脱盐效果，发现连续型的脱盐率为76.2%，间歇型为 46.6%。马丹丹［52］在MDC的基础上设计了微生物电容脱盐燃料电池（MCDC），对模拟盐水的脱盐率为71.75%。Kyle等［53］设计了一个上流式MDC，并分别用模拟盐水和废水进行了脱盐实验，盐水中 NaCl的脱除率达99%，TDS的去除速率分别为7.5 g/ （L·d）（模拟盐水）和5.25 g/（L·d）（废水），该方法无论作为一个单独的脱盐手段，或是其他脱盐工艺的预处理，都具有很大的发展潜力。

4结语与展望

各种脱盐工艺适用的场合、污染水体、规模各不相同。脱盐方法将根据各类水体的水质特点更加精细化。热分离法对进水要求低，但设备易结垢易被腐蚀。膜分离法产水水质好，但对进水要求高，需要复杂的预处理工艺。膜的污染和清洗也是困扰膜工艺多年的问题。化学法能耗低，但会产生二次污染，其中电吸附技术具有比其他方法更清洁、更低能耗、更简便的优势，其脱盐效果也在不断提升。电极材料的研究朝着高比表面积、高比电容、低成本、易工业化的方向发展。

将多种脱盐方法联合应用是未来的发展思路，如将电渗析作为反渗透的预处理、将活性污泥法与膜分离法结合、将膜蒸馏与NF集成等。同时，在大规模工业化的过程中，也要因地制宜，综合考虑场地大小、建设成本、地理环境等因素，比如在干旱多日照地区，可重点发展蒸馏脱盐工艺；在北方地区可重点发展冷冻法脱盐工艺。而如何处理好脱盐处理后浓盐水的安置和排放，也是脱盐工艺日后需要深入探究的问题。下载本文