石化廢水中水回用處理技術(shù)

中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)化的大幅推進(jìn)，對(duì)水資源的需求量越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)本就不足的水資源更顯緊張。為了緩解國(guó)內(nèi)水資源的緊缺局面，國(guó)家提出了節(jié)約用水、廢水資源化與回用、水資源的合理利用與保護(hù)3 條應(yīng)對(duì)措施。石油化工作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)具有重要的地位，同時(shí)也是用水大戶(hù)，并且很多石化企業(yè)都是建在干旱或缺水地區(qū)，水資源不足已成為制約這些企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)的因素之一，所以石化企業(yè)推行廢水資源化與回用更是迫在眉睫〔1〕。

電滲析（ED）是以電位差為推動(dòng)力并利用離子交換膜的選擇透過(guò)性將電解質(zhì)從溶液中分離出來(lái)的一種膜分離技術(shù)〔2〕。電滲析技術(shù)的研究始于1903 年的德國(guó)，工業(yè)化始于20 世紀(jì)50 年代，至今已廣泛應(yīng)用于海水淡化、造紙工業(yè)廢水處理、電鍍廢水處理、醫(yī)藥廢水處理和食品工業(yè)的濃縮精制工序〔3〕。

采用電滲析技術(shù)對(duì)某石化污水處理廠達(dá)標(biāo)排放的污水進(jìn)行深度處理中試實(shí)驗(yàn)研究，以驗(yàn)證出水水質(zhì)是否能夠達(dá)到廠內(nèi)循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)廢水資源化與回用做準(zhǔn)備。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原水水質(zhì)和循環(huán)水補(bǔ)水指標(biāo)

該石化污水處理廠采用復(fù)合水解+活性污泥+臭氧氧化池+BAF+高效濾池工藝處理生產(chǎn)、生活廢水，處理后出水水質(zhì)較好，部分指標(biāo)可達(dá)國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。其水質(zhì)和循環(huán)水補(bǔ)水指標(biāo)見(jiàn)表 1〔4, 5〕。

由表 1 可以看出，原水中只有pH、總鐵、總硬度、氯離子和TDS 未達(dá)到循環(huán)水補(bǔ)水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而且其中的pH 和總鐵與循環(huán)水補(bǔ)水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相差很小，所以實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)是降低原水中的總硬度、氯離子和TDS。

1.2 實(shí)驗(yàn)工藝

實(shí)驗(yàn)工藝流程如圖 1 所示。

圖 1 實(shí)驗(yàn)工藝流程

1.3 工藝說(shuō)明

原水即污水處理廠出水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)水箱內(nèi)，由于原水的總硬度較高，需要在調(diào)節(jié)水箱中投加少量的鹽酸調(diào)節(jié)pH，防止結(jié)垢性離子結(jié)晶析出污堵膜脫鹽設(shè)備。調(diào)節(jié)水箱出水由泵增壓（0.2 MPa）進(jìn)入精濾器過(guò)濾（5 μm），以防止顆粒物質(zhì)對(duì)電滲析設(shè)備膜片的影響。精濾器出水進(jìn)入JR－EDR 電滲析脫鹽設(shè)備進(jìn)行脫鹽，該設(shè)備為北京京潤(rùn)新技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司的專(zhuān)利技術(shù)，具有對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求寬泛、抗污染性強(qiáng)、設(shè)備投資低、回水率高等特點(diǎn)，脫鹽設(shè)備產(chǎn)水即為最終產(chǎn)水。工藝前后分別設(shè)1 個(gè)取樣點(diǎn)，定時(shí)取樣檢測(cè)。

1.3.1 JR-EDR 技術(shù)原理

JR-EDR 電滲析除鹽原理如圖 2 所示。在陰極和陽(yáng)極之間交替安裝一系列陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜，并用特制隔板隔開(kāi)，隔板內(nèi)有水流通道。通電后，當(dāng)有水流通過(guò)時(shí)，水中帶正電的離子向陰極移動(dòng)，帶負(fù)電的離子向陽(yáng)極移動(dòng)，此時(shí)由于陰離子不能透過(guò)陽(yáng)膜、陽(yáng)離子不能透過(guò)陰膜，便在各水流通道中交替形成濃水室與淡水室，收集淡水室出水即為產(chǎn)品水。

圖 2 JR-EDR 電滲析除鹽原理 

1.3.2 JR-EDR 脫鹽設(shè)備參數(shù)

JR-EDR 脫鹽設(shè)備參數(shù)：膜材質(zhì)，耐污染型離子交換復(fù)合膜；電極材料，鈦涂釕板式電極；脫鹽率，設(shè)計(jì)系統(tǒng)脫鹽率為50％； 流量，1 m3/h； 產(chǎn)清水量，0.5m3/h。采用頻繁倒極的運(yùn)行方式，可有效解決電滲析設(shè)備濃差極化的問(wèn)題，便于設(shè)備連續(xù)運(yùn)行〔2〕。

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)裝置連續(xù)運(yùn)行5 d，進(jìn)水pH 控制在5~7，電壓控制在40~60 V，每天采樣并測(cè)試3 次，分別測(cè)定總硬度、氯離子和電導(dǎo)率，數(shù)據(jù)取3 次測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值。

2.1 總硬度的去除效果

循環(huán)水系統(tǒng)很容易結(jié)垢，經(jīng)分析，其中的水垢主要是碳酸鈣垢，其次是磷酸鈣垢和硅酸鎂垢。要控制循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)水垢，就必須降低循環(huán)水中的鈣、鎂離子，即降低循環(huán)水的硬度〔6〕。中試實(shí)驗(yàn)中電滲析系統(tǒng)對(duì)原水總硬度的去除效果見(jiàn)圖 3。

圖 3 電滲析系統(tǒng)對(duì)原水總硬度的去除效果

由圖 3 可知，實(shí)驗(yàn)進(jìn)水總硬度較穩(wěn)定，保持在350~400 mg/L，平均值為388.8 mg/L。，經(jīng)頻繁倒極式電滲析脫鹽設(shè)備處理后，出水總硬度整體低于50mg/L，平均值為27.4 mg/L，總硬度去除率整體在90%以上，平均總硬度去除率為93.1%。對(duì)照表 1 可知，出水總硬度大大低于循環(huán)水補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)的150 mg/L。

2.2 氯離子的去除效果

在循環(huán)水重復(fù)使用中為了抑制微生物的滋生，通常會(huì)添加一定量的殺菌劑，而大多殺菌劑溶于水后會(huì)有氯離子產(chǎn)生，氯離子大量存在時(shí)，極易引起金屬管道腐蝕。點(diǎn)蝕便是多由氯離子與鐵形成腐蝕電池引起的，且該反應(yīng)屬于自催化反應(yīng)，如果不注意幾個(gè)月內(nèi)即能穿透金屬管壁〔7〕。循環(huán)水中的氯離子越多腐蝕性越大，所以要降低循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕，必須盡量降低循環(huán)水中的氯離子含量〔8〕。中試實(shí)驗(yàn)中電滲析系統(tǒng)對(duì)原水氯離子的去除效果見(jiàn)圖 4。

圖 4 電滲析系統(tǒng)對(duì)原水氯離子的去除效果

由圖4可知，實(shí)驗(yàn)進(jìn)水中氯離子多在450 mg/L左右，平均值為449 mg/L。經(jīng)頻繁倒極式電滲析脫鹽設(shè)備處理后，出水氯離子均低于50 mg/L，平均值為28.4 mg/L，氯離子去除率比較穩(wěn)定，均大于90%，平均氯離子去除率為93.8%。對(duì)照表1可知，處理后水中氯離子含量?jī)H為循環(huán)水補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)的1/10，完全能夠回用于循環(huán)水系統(tǒng)。

2.3 電導(dǎo)率的去除效果

TDS 是指溶解在水中的無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物的總稱(chēng)，水中的TDS 越大，說(shuō)明水中雜質(zhì)越多。水中的電導(dǎo)率與TDS 呈正比關(guān)系，系數(shù)約為0.7，即水中1 μS/cm 的電導(dǎo)率相當(dāng)于0.7 mg/L 的TDS，所以通常通過(guò)測(cè)試電導(dǎo)率來(lái)估計(jì)TDS〔9〕。當(dāng)循環(huán)水中的電導(dǎo)率＞1 500 μS/cm 時(shí)，系統(tǒng)便開(kāi)始結(jié)垢，且電導(dǎo)率越大結(jié)垢越嚴(yán)重，為防止循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢，必須降低循環(huán)水的電導(dǎo)率〔10〕。中試實(shí)驗(yàn)中電滲析系統(tǒng)對(duì)原水電導(dǎo)率的去除效果見(jiàn)圖 5。

圖 5 電滲析系統(tǒng)對(duì)原水電導(dǎo)率的去除效果

由圖5可知：進(jìn)水電導(dǎo)率比較高且波動(dòng)較大，在1500~2200μS/cm，平均值為1945.7μS/cm，已經(jīng)超過(guò)1 500 μS/cm的結(jié)垢條件。經(jīng)過(guò)頻繁倒極式電滲析脫鹽設(shè)備脫鹽處理后，出水電導(dǎo)率穩(wěn)定在500μS/cm 以下，平均值為302.9 μS/cm，電導(dǎo)率去除率稍低但也都在80%以上，平均電導(dǎo)率去除率為84.6%。將電導(dǎo)率折算為T(mén)DS，則出水TDS 平均為210 mg/L，對(duì)照表 1 可知，其僅為循環(huán)水補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)的1/5，完全符合循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)。

3 運(yùn)行成本分析

運(yùn)行成本主要為水泵及電滲析設(shè)備的電耗和化學(xué)藥品消耗。根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和電表字?jǐn)?shù)折合處理噸水消耗電量約為1.2 kW·h/m3，鑒于水泵流量為1.6 m3/h，而實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)有0.6 t 進(jìn)水分流至污水池，未處理，所以實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際耗電量約為0.7 kW·h/m3；30% 鹽酸的消耗量為0.16 kg/m3。電費(fèi)按0.6元/（kW·h）計(jì)，30%鹽酸按0.8 元/kg 計(jì)，則直接運(yùn)行成本：電費(fèi)＋鹽酸費(fèi)用＝0.42+0.13=0.55 元/t。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4 結(jié)論

采用頻繁倒極式電滲析設(shè)備處理某石化污水處理廠達(dá)標(biāo)排放的污水，5 d 的連續(xù)中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）該方法能有效地降低原水中的總硬度、氯離子和電導(dǎo)率，其去除率分別為93.1% 、93.8%和84.6%，出水總硬度、氯離子和電導(dǎo)率分別僅為27.4、28.4 mg/L 和302.9 μS/cm，完全達(dá)到循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）運(yùn)行成本分析顯示：采用電滲析處理石化污水處理廠出水回用于循環(huán)水補(bǔ)水系統(tǒng)的運(yùn)行成本僅為0.55 元/t，遠(yuǎn)低于自來(lái)水價(jià)格。這說(shuō)明該石化公司采用電滲析技術(shù)處理達(dá)標(biāo)污水回用于循環(huán)水系統(tǒng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均可行，同時(shí)也為其他石化企業(yè)廢水資源化及回用提供了參考。