高盐废水的资源导向型管理：将零液体排放策略与多产品回收相结合

《Desalination》：Resource-oriented management of high-salinity wastewater: Integrating zero-liquid-discharge strategies with multi-product recovery

　　

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  目标产品导向框架重新定义了资源导向的零液排放设计。
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  源特异性高盐废水类别将进水化学组成、杂质与回收路径联系起来。
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  功能集成将分离、转化与产物形成相结合。
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  技术性回收与符合规格的产品回收相区分。
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  产品质量、市场适配性、成本与生命周期影响决定其可行性。

引言

在水资源短缺加剧、排放标准日趋严格以及节能低碳管理需求的驱动下，工业废水的处理与资源化利用日益重要[1]，[2]，[3]。相应地，工业废水管理已从污染控制问题演变为涉及水安全、资源安全和低碳工业转型的系统性挑战[4]，[5]，[6]。高盐废水（HSW）产生于海水淡化、发电、采矿、油气生产、煤化工和石化制造、纺织加工及其他工业活动[7]，[8]。其高溶解盐含量、复杂的化学组成和多变的排放特性使处理和回用更加复杂[7]，[9]。高盐度可抑制生物处理，加剧膜结垢和腐蚀，并增加进一步浓缩所需的能耗[10]，[11]。常规处理常将溶解盐和其他污染物转移至浓缩残余物流中，留下大量下游管理需求。因此，有效的高盐废水管理必须在同一处理系统中同时解决水回收、盐分积累和可回收组分的潜在利用问题[12]，[13]。

零液排放（ZLD）通过膜浓缩、热处理、结晶和最终固体残渣处理为高盐废水管理提供了途径[9]，[14]，[15]，[16]。然而，常规零液排放系统通常主要以实现水回收最大化和液体排放最小化为设计目标，对所得盐类及其他产品的质量、回收率和利用价值考虑不足。当氯化物、硫酸盐、硬度离子、有机化合物和微量污染物未被充分分离时，浓缩和结晶可能产生混合盐或受污染固体，需要进一步纯化或处置[8]，[10]。可回收组分因此可能流失到低价值残渣中，而额外处理则增加了化学品消耗、能源需求和管理成本。尽管如此，零液排放系统固有的浓缩和相分离操作也为资源回收创造了机会。膜浓缩和热浓缩富集溶解组分，选择性分馏和受控沉淀可实现水、盐类和其他产品的序贯回收，末端结晶为处理剩余卤水和残余固体提供了途径[15]，[16]，[17]。这些能力使零液排放成为将资源回收与排放控制相结合的合适平台，前提是分离序列和操作条件围绕目标产品而非仅围绕液体体积减量进行设计。

资源导向零液排放的可行性取决于废水的组成及其可回收产品的要求。富含NaCl和Na₂SO₄的物流可导向选择性盐分馏和结晶，而含有机物的浓缩液则需要控制干扰膜运行或盐纯度的化合物[18]，[19]，[20]，[21]。富含锂及其他关键元素的卤水在目标浓度、竞争离子和分离成本支持回收时，可进行选择性提取和产品精炼[22]，[23]，[24]，[25]。其他含盐侧流可能提供酸/碱再生、营养物回收、有机化合物回收、碳矿化或盐度梯度能量利用的机会[26]，[27]，[28]。这些选项并非必然独立：上游对某一组分的去除或回收会改变后续物流的组成，既可促进也可阻碍下游分离。因此，在确定预处理、浓缩、选择性回收和最终残渣管理的顺序时，必须考虑产品规格、组分分配和杂质转移。在此背景下，产品导向的零液排放设计要求目标产品及其利用需求指导整个处理流程的配置[14]，[29]。

以往的综述已广泛研究了高盐废水处理、膜法和热法零液排放技术、卤水增值以及盐类、金属、化学品和能量的回收[7]，[15]，[22]，[30]，[31]，[32]，[33]。这些研究为了解各回收技术及其应用提供了坚实基础。尽管综合处理配置也已得到研究，但进水组成、上游杂质控制、组分分配、产品规格、下游利用和系统级性能之间的关系尚未在不同资源回收路径中得到一致评估。特别是，回收单元排序对残余卤水组成、额外纯化要求以及整体经济环境性能的影响仍难以比较。当需要额外的能源密集型分离、化学再生或纯化时，较高的产品回收率并不必然减少环境影响。因此，剩余挑战不在于识别更多可回收组分，而在于确定应优先回收哪些产品、如何集成回收操作，以及在何种条件下额外资源价值能证明相关成本和环境负担的合理性。

本综述基于四个相互关联的考量，为高盐废水建立了资源导向零液排放框架：产品驱动的路径选择、组分分配和杂质转移的控制、互补回收工艺的集成以及系统级可行性评估。研究考察了代表性高盐废水来源的组成和资源潜力，随后评估了关键分离和转化技术的功能与局限性。接着评估了六种集成回收路径，涉及水和盐回收、废盐转化为酸/碱及基础化学品、关键元素提取、营养物回收、有机化合物回收以及碳或能量耦合增值。根据进水特性、工艺配置、回收性能和验证水平对代表性研究进行比较，以确定已报道的操作条件和实际约束，而不将个别案例结果视为普适适用阈值。进一步考虑产品质量、经济可行性和生命周期环境影响，以评估额外资源回收是否比替代处理配置提供实际效益。通过将废水组成、工艺集成、产品利用和残渣管理相联系，本综述为在零液排放系统内选择和评估资源回收路径提供了基础。

章节摘要

从废水到资源载体

高盐废水通常具有高溶解盐含量、复杂的离子组成以及工业来源间的强烈变异性。其处理难度不仅取决于盐度，还取决于有机负荷、结垢潜力、微量污染物以及回收产品与下游用途之间的相容性[9]，[15]。在常规零液排放系统中，高盐废水通常通过淡化、浓缩、结晶和最终盐处置进行管理，工艺性能

高盐废水资源回收的关键技术

高盐废水资源回收超越淡化范畴，涉及浓缩、分馏、选择性富集、转化和产品质量控制。在资源导向零液排放中，单元工艺应根据其在回收流程中的功能及其与相邻步骤的相容性进行选择，而非仅依据淡化性能[7]。为便于讨论，主要技术分为五个功能类别：前端浓缩与分馏、深度

典型资源回收路径与工艺集成

实际零液排放系统需要预处理、选择性分离、水回收、卤水浓缩和残渣管理的协调运行。没有单一技术能同时在不同高盐废水物流中实现高水回收率、选择性资源分离、产品纯度和稳定运行[15]，[83]。因此，资源导向零液排放不仅仅需要组合技术相容的工艺。单元操作的顺序应由废水

资源导向零液排放的产品导向评估

第2节概述的设计原则和第4节提出的集成路径需要一致的基准来比较替代回收配置。因此，产品质量、技术经济性能和生命周期影响不仅应被视为回收成功的指标，还应作为选择目标产品和配置处理工艺的标准。只有当物流的质量满足预期

挑战与未来展望

资源导向零液排放可将高盐废水管理从排放控制转变为产品回收，但其实际应用仍受限于资源赋存不确定性、杂质干扰、产品质量不稳定性、材料退化以及实际废水验证不足。未来研究应聚焦于源特异性表征、杂质控制、产品标准匹配、工艺集成和现场规模示范。

结论

高盐废水管理正从常规卤水减量和末端盐处置转向资源导向零液排放。本综述强调，高盐废水不应仅被视为难处理的含盐废物流，而应被视为一种来源依赖的次级资源载体，含有可回收的水、盐类、化学品、关键元素、有机物、营养物、碳酸盐和潜在能量。资源导向零液排放的核心原则不是回收所有可能的组分，而是识别

CRediT作者贡献声明

赵张：写作——审阅与编辑、写作——原稿、方法论、概念化。魏健：写作——审阅与编辑、监督、基金获取。张春辉：写作——审阅与编辑、资源、调查、正式分析。郭壮：写作——审阅与编辑、资源、调查、正式分析。段旭：写作——审阅与编辑、调查。刘凤金：写作——审阅与编辑、调查。高洪杰：写作——审阅与编辑、

利益冲突声明

作者声明，他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争经济利益或个人关系。

致谢

本工作受京津冀区域环境综合治理——国家科技重大专项（编号 2025ZD1203400）资助。

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