循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水處理技術(shù)

我國屬于缺水國家。城市用水中工業(yè)用水占總用水量的60％以上，工業(yè)冷卻水用量占工業(yè)用水總量的70% ～ 80％[1]。因而提高工業(yè)冷卻水的重復(fù)利用率，減少新水的補水量和排污量將是工業(yè)循環(huán)冷卻水處理的首選目標(biāo)[2]。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水的回用是重要的節(jié)水途徑之一[3]，其中排污水的除鹽處理效果是其能否回用的關(guān)鍵。電吸附是近幾年開發(fā)的除鹽新技術(shù)，它通過施加外加電壓形成靜電場，強制離子向帶有相反電荷的電極處移動，對雙電層的充、放電進行控制，改變雙電層處的離子濃度，并使之不同于本體濃度，從而實現(xiàn)對水溶液的除鹽[4-5]。

為解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水除鹽問題，實現(xiàn)排污水回用目標(biāo)，本研究采用電吸附除鹽技術(shù)對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水進行中試試驗，以驗證該技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水除鹽回用的可行性。

1 材料與方法

1．1 試驗所用設(shè)備

電吸附模塊（EMK－4443） 2 個，每個30 對電極； CHL2－30 臥式清水泵2 臺； JMKb－5－A 保安過濾器2 臺； FLECK 砂濾器1 臺。

1．2 試驗水質(zhì)

試驗用水為某氣體廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水，水質(zhì)指標(biāo)見表1，其中堿度和硬度以CaCO3計。

表1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水水質(zhì)指標(biāo)

Tab. 1 Characteristics of sewage discharged from circulating cooling water system

1．3 試驗方法

本試驗裝置處理量為0．5 m3/h，試驗共運行了7 d。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水除鹽工藝流程見圖1。工藝流程包括除鹽和再生2 個流程。

圖1 工藝流程

Fig． 1 Process flow

（1）除鹽流程。原水通過提升泵輸送至保安過濾器，大于10 μm 的殘留固體懸浮物或沉淀物在此道工序被截流，水再被送入電吸附（EST）模塊，水中的溶解性鹽類被吸附，水質(zhì)得到凈化。

（2）再生流程。即電吸附模塊的反沖洗過程，用原水沖洗經(jīng)過短接靜置的模塊，使電極再生。為達到除鹽系統(tǒng)連續(xù)出水的要求，電吸附除鹽系統(tǒng)設(shè)置并聯(lián)的A、B 兩模塊聯(lián)合工作，即A 工作時B 再生，B 工作時A 再生，A、B 兩模塊通過自控裝置按時序工作，以保證連續(xù)出水。

中試設(shè)定電壓45 V，平均每對電極1．5 V；電吸附模塊工作周期設(shè)定為35 min。系統(tǒng)啟動前，先為A 模塊預(yù)通電4 min。電吸附模塊工作過程參數(shù)見表2。

表2 電吸附（EST）模塊工作過程參數(shù)

Tab. 2 Parameters of electrosorb(EST) model during the working process

2 結(jié)果與討論

2．1 電導(dǎo)率去除效果

電導(dǎo)率反映了水中含鹽量的多少，在相同條件下電導(dǎo)率與含鹽量成正比關(guān)系。試驗期間電導(dǎo)率的去除效果見表3。

表3電導(dǎo)率的去除效果

Tab．3  Removal rate of conductivity

原水平均電導(dǎo)率為2 822 μS/cm，產(chǎn)水平均電導(dǎo)率為670 μS/cm，電導(dǎo)率平均去除率為76．3％，除鹽效果非常穩(wěn)定。

2．2 氯離子去除效果

氯離子對鋼鐵特別是不銹鋼材質(zhì)設(shè)備易產(chǎn)生腐蝕，是考察循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水處理效果的重要指標(biāo)。氯離子的去除效果直接決定了回用水的質(zhì)量。本次試驗對氯離子的去除效果見表4。

表4 氯離子的去除效果

Tab．4 Removal rate of chlorineion

原水中氯離子的平均質(zhì)量濃度為229 mg/L，產(chǎn)水中氯離子的平均質(zhì)量濃度為33 mg/L，氯離子的平均去除率為85．6％，氯離子的去除效果略好于其它離子。

2．3 總硬度去除效果

總硬度過高會導(dǎo)致循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備結(jié)垢，也是考察回用水水質(zhì)的重要指標(biāo)。本次試驗對總硬度的去除效果見表5。

原水平均總硬度為1 062 mg/L，產(chǎn)水平均總硬度為234 mg/L，總硬度平均去除率為78．0％，總硬度的去除效果與電導(dǎo)率的去除效果基本一致。

表5 總硬度的去除效果

Tab. 5 Removal rate of total hardness

中試期間，為防止因循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水硬度、堿度之和過高而造成設(shè)備結(jié)垢，在過濾后加鹽酸調(diào)節(jié)pH 值為6 ~ 7。

2．4 鈣離子去除效果

總硬度主要是由鈣、鎂離子構(gòu)成的，鈣離子的濃度能表征水的結(jié)垢趨勢。本次試驗對鈣離子的去除效果見表6。

表6 鈣離子的去除效果

Tab． 6 Removal rate of calcium ion

原水中鈣離子的平均質(zhì)量濃度為316 mg/L，產(chǎn)水中鈣離子的平均質(zhì)量濃度為70 mg/L，鈣離子平均去除率為77.8％，鈣離子的去除效果與總硬度的去除效果基本相同。

2．5 產(chǎn)水率和能耗

根據(jù)水表記錄，中試試驗期間產(chǎn)水量為80．2m3，排水量為25．2 m3，綜合產(chǎn)水率為76．1％。能耗主要發(fā)生在工作時的加電除鹽環(huán)節(jié)，中試期間每天噸產(chǎn)水能耗統(tǒng)計結(jié)果見圖2。

圖2 中試期間每天噸產(chǎn)水能耗統(tǒng)計結(jié)果

Fig. 2 Energy consumption when treating each ton of water in pilot scale test

一般來講，除鹽率越高，能耗越高。累計能耗為106．8 kW·h，平均噸產(chǎn)水能耗為1．33 kW·h。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

電吸附技術(shù)能夠解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水除鹽問題，產(chǎn)水能夠達到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水要求。電吸附技術(shù)與其它除鹽技術(shù)相比，其直接運行費用低，預(yù)處理要求簡單，維護方便，在實際應(yīng)用中具有一定的可行性。