石化廢水中水回用處理技術(shù)

中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和工業(yè)化的大幅推進(jìn)，對水資源的需求量越來(lái)越大，國內本就不足的水資源更顯緊張。為了緩解國內水資源的緊缺局面，國家提出了節約用水、廢水資源化與回用、水資源的合理利用與保護3 條應對措施。石油化工作為國民經(jīng)濟的支柱產(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，水資源不足已成為制約這些企業(yè)擴大生產(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，工業(yè)化始于20 世紀50 年代，至今已廣泛應用于海水淡化、造紙工業(yè)廢水處理、電鍍廢水處理、醫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)對某石化污水處理廠(chǎng)達標排放的污水進(jìn)行深度處理中試實(shí)驗研究，以驗證出水水質(zhì)是否能夠達到廠(chǎng)內循環(huán)水補水水質(zhì)標準，為后續廢水資源化與回用做準備。

1 實(shí)驗部分

1.1 原水水質(zhì)和循環(huán)水補水指標

該石化污水處理廠(chǎng)采用復合水解+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，部分指標可達國家一級排放標準的要求。其水質(zhì)和循環(huán)水補水指標見(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 未達到循環(huán)水補水的水質(zhì)標準，而且其中的pH 和總鐵與循環(huán)水補水的水質(zhì)標準相差很小，所以實(shí)驗重點(diǎn)是降低原水中的總硬度、氯離子和TDS。

1.2 實(shí)驗工藝

實(shí)驗工藝流程如圖 1 所示。

圖 1 實(shí)驗工藝流程

1.3 工藝說(shuō)明

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

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)，隔板內有水流通道。通電后，當有水流通過(guò)時(shí)，水中帶正電的離子向陰極移動(dòng)，帶負電的離子向陽(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 脫鹽設備參數

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

2 結果與討論

實(shí)驗裝置連續運行5 d，進(jìn)水pH 控制在5~7，電壓控制在40~60 V，每天采樣并測試3 次，分別測定總硬度、氯離子和電導率，數據取3 次測試數據的平均值。

2.1 總硬度的去除效果

循環(huán)水系統很容易結垢，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)水系統結水垢，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)驗中電滲析系統對原水總硬度的去除效果見(jiàn)圖 3。

圖 3 電滲析系統對原水總硬度的去除效果

由圖 3 可知，實(shí)驗進(jìn)水總硬度較穩定，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%。對照表 1 可知，出水總硬度大大低于循環(huán)水補水標準的150 mg/L。

2.2 氯離子的去除效果

在循環(huán)水重復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，且該反應屬于自催化反應，如果不注意幾個(gè)月內即能穿透金屬管壁〔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)驗中電滲析系統對原水氯離子的去除效果見(jiàn)圖 4。

圖 4 電滲析系統對原水氯離子的去除效果

由圖4可知，實(shí)驗進(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定，均大于90%，平均氯離子去除率為93.8%。對照表1可知，處理后水中氯離子含量?jì)H為循環(huán)水補水標準的1/10，完全能夠回用于循環(huán)水系統。

2.3 電導率的去除效果

TDS 是指溶解在水中的無(wú)機鹽和有機物的總稱(chēng)，水中的TDS 越大，說(shuō)明水中雜質(zhì)越多。水中的電導率與TDS 呈正比關(guān)系，系數約為0.7，即水中1 μS/cm 的電導率相當于0.7 mg/L 的TDS，所以通常通過(guò)測試電導率來(lái)估計TDS〔9〕。當循環(huán)水中的電導率＞1 500 μS/cm 時(shí)，系統便開(kāi)始結垢，且電導率越大結垢越嚴重，為防止循環(huán)水系統結垢，必須降低循環(huán)水的電導率〔10〕。中試實(shí)驗中電滲析系統對原水電導率的去除效果見(jiàn)圖 5。

圖 5 電滲析系統對原水電導率的去除效果

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

3 運行成本分析

運行成本主要為水泵及電滲析設備的電耗和化學(xué)藥品消耗。根據實(shí)驗時(shí)間和電表字數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)驗時(shí)有0.6 t 進(jìn)水分流至污水池，未處理，所以實(shí)驗系統實(shí)際耗電量約為0.7 kW·h/m3；30% 鹽酸的消耗量為0.16 kg/m3。電費按0.6元/（kW·h）計，30%鹽酸按0.8 元/kg 計，則直接運行成本：電費＋鹽酸費用＝0.42+0.13=0.55 元/t。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4 結論

采用頻繁倒極式電滲析設備處理某石化污水處理廠(chǎng)達標排放的污水，5 d 的連續中試實(shí)驗結果表明：

（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、氯離子和電導率分別僅為27.4、28.4 mg/L 和302.9 μS/cm，完全達到循環(huán)水補水水質(zhì)標準。

（2）運行成本分析顯示：采用電滲析處理石化污水處理廠(chǎng)出水回用于循環(huán)水補水系統的運行成本僅為0.55 元/t，遠低于自來(lái)水價(jià)格。這說(shuō)明該石化公司采用電滲析技術(shù)處理達標污水回用于循環(huán)水系統在技術(shù)和經(jīng)濟上均可行，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。