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石化废水中水回用处理技术方法

2015-06-23来源:价值中国作者:常治辉

   中国经济的高速发展和工业化的大幅推进,对水资源的需求量越来越大,国内本就不足的水资源更显紧张。为了缓解国内水资源的紧缺局面,国家提出了节约用水、废水资源化与回用、水资源的合理利用与保护3 条应对措施。石油化工作为国民经济的支柱产业具有重要的地位,同时也是用水大户,并且很多石化企业都是建在干旱或缺水地区,水资源不足已成为制约这些企业扩大生产的因素之一,所以石化企业推行废水资源化与回用更是迫在眉睫〔1〕。

   电渗析(ED)是以电位差为推动力并利用离子交换膜的选择透过性将电解质从溶液中分离出来的一种膜分离技术〔2〕。电渗析技术的研究始于1903 年的德国,工业化始于20 世纪50 年代,至今已广泛应用于海水淡化、造纸工业废水处理、电镀废水处理、医药废水处理和食品工业的浓缩精制工序〔3〕。

   采用电渗析技术对某石化污水处理厂达标排放的污水进行深度处理中试实验研究,以验证出水水质是否能够达到厂内循环水补水水质标准,为后续废水资源化与回用做准备。

1 实验部分

1.1 原水水质和循环水补水指标

   该石化污水处理厂采用复合水解+活性污泥+臭氧氧化池+BAF+高效滤池工艺处理生产、生活废水,处理后出水水质较好,部分指标可达国家一级排放标准的要求。其水质和循环水补水指标见表 1〔4, 5〕。

   由表 1 可以看出,原水中只有pH、总铁、总硬度、氯离子和TDS 未达到循环水补水的水质标准,而且其中的pH 和总铁与循环水补水的水质标准相差很小,所以实验重点是降低原水中的总硬度、氯离子和TDS。

1.2 实验工艺

   实验工艺流程如图 1 所示。

图 1 实验工艺流程

1.3 工艺说明

   原水即污水处理厂出水首先进入调节水箱内,由于原水的总硬度较高,需要在调节水箱中投加少量的盐酸调节pH,防止结垢性离子结晶析出污堵膜脱盐设备。调节水箱出水由泵增压(0.2 MPa)进入精滤器过滤(5 μm),以防止颗粒物质对电渗析设备膜片的影响。精滤器出水进入JR-EDR 电渗析脱盐设备进行脱盐,该设备为北京京润新技术发展有限责任公司的专利技术,具有对进水水质要求宽泛、抗污染性强、设备投资低、回水率高等特点,脱盐设备产水即为最终产水。工艺前后分别设1 个取样点,定时取样检测。

1.3.1 JR-EDR 技术原理

   JR-EDR 电渗析除盐原理如图 2 所示。在阴极和阳极之间交替安装一系列阳离子交换膜和阴离子交换膜,并用特制隔板隔开,隔板内有水流通道。通电后,当有水流通过时,水中带正电的离子向阴极移动,带负电的离子向阳极移动,此时由于阴离子不能透过阳膜、阳离子不能透过阴膜,便在各水流通道中交替形成浓水室与淡水室,收集淡水室出水即为产品水。

图 2 JR-EDR 电渗析除盐原理 

1.3.2 JR-EDR 脱盐设备参数

   JR-EDR 脱盐设备参数:膜材质,耐污染型离子交换复合膜;电极材料,钛涂钌板式电极;脱盐率,设计系统脱盐率为50%; 流量,1 m3/h; 产清水量,0.5m3/h。采用频繁倒极的运行方式,可有效解决电渗析设备浓差极化的问题,便于设备连续运行〔2〕。

2 结果与讨论

   实验装置连续运行5 d,进水pH 控制在5~7,电压控制在40~60 V,每天采样并测试3 次,分别测定总硬度、氯离子和电导率,数据取3 次测试数据的平均值。

2.1 总硬度的去除效果

   循环水系统很容易结垢,经分析,其中的水垢主要是碳酸钙垢,其次是磷酸钙垢和硅酸镁垢。要控制循环水系统结水垢,就必须降低循环水中的钙、镁离子,即降低循环水的硬度〔6〕。中试实验中电渗析系统对原水总硬度的去除效果见图 3。

图 3 电渗析系统对原水总硬度的去除效果

   由图 3 可知,实验进水总硬度较稳定,保持在350~400 mg/L,平均值为388.8 mg/L。,经频繁倒极式电渗析脱盐设备处理后,出水总硬度整体低于50mg/L,平均值为27.4 mg/L,总硬度去除率整体在90%以上,平均总硬度去除率为93.1%。对照表 1 可知,出水总硬度大大低于循环水补水标准的150 mg/L。

2.2 氯离子的去除效果

   在循环水重复使用中为了抑制微生物的滋生,通常会添加一定量的杀菌剂,而大多杀菌剂溶于水后会有氯离子产生,氯离子大量存在时,极易引起金属管道腐蚀。点蚀便是多由氯离子与铁形成腐蚀电池引起的,且该反应属于自催化反应,如果不注意几个月内即能穿透金属管壁〔7〕。循环水中的氯离子越多腐蚀性越大,所以要降低循环水系统的腐蚀,必须尽量降低循环水中的氯离子含量〔8〕。中试实验中电渗析系统对原水氯离子的去除效果见图 4。

图 4 电渗析系统对原水氯离子的去除效果

   由图4可知,实验进水中氯离子多在450 mg/L左右,平均值为449 mg/L。经频繁倒极式电渗析脱盐设备处理后,出水氯离子均低于50 mg/L,平均值为28.4 mg/L,氯离子去除率比较稳定,均大于90%,平均氯离子去除率为93.8%。对照表1可知,处理后水中氯离子含量仅为循环水补水标准的1/10,完全能够回用于循环水系统。

2.3 电导率的去除效果

   TDS 是指溶解在水中的无机盐和有机物的总称,水中的TDS 越大,说明水中杂质越多。水中的电导率与TDS 呈正比关系,系数约为0.7,即水中1 μS/cm 的电导率相当于0.7 mg/L 的TDS,所以通常通过测试电导率来估计TDS〔9〕。当循环水中的电导率>1 500 μS/cm 时,系统便开始结垢,且电导率越大结垢越严重,为防止循环水系统结垢,必须降低循环水的电导率〔10〕。中试实验中电渗析系统对原水电导率的去除效果见图 5。

图 5 电渗析系统对原水电导率的去除效果

   由图5可知:进水电导率比较高且波动较大,在1500~2200μS/cm,平均值为1945.7μS/cm,已经超过1 500 μS/cm的结垢条件。经过频繁倒极式电渗析脱盐设备脱盐处理后,出水电导率稳定在500μS/cm 以下,平均值为302.9 μS/cm,电导率去除率稍低但也都在80%以上,平均电导率去除率为84.6%。将电导率折算为TDS,则出水TDS 平均为210 mg/L,对照表 1 可知,其仅为循环水补水标准的1/5,完全符合循环水水质指标。

3 运行成本分析

   运行成本主要为水泵及电渗析设备的电耗和化学药品消耗。根据实验时间和电表字数折合处理吨水消耗电量约为1.2 kW·h/m3,鉴于水泵流量为1.6 m3/h,而实际实验时有0.6 t 进水分流至污水池,未处理,所以实验系统实际耗电量约为0.7 kW·h/m3;30% 盐酸的消耗量为0.16 kg/m3。电费按0.6元/(kW·h)计,30%盐酸按0.8 元/kg 计,则直接运行成本:电费+盐酸费用=0.42+0.13=0.55 元/t。

4 结论

   采用频繁倒极式电渗析设备处理某石化污水处理厂达标排放的污水,5 d 的连续中试实验结果表明:

(1)该方法能有效地降低原水中的总硬度、氯离子和电导率,其去除率分别为93.1% 、93.8%和84.6%,出水总硬度、氯离子和电导率分别仅为27.4、28.4 mg/L 和302.9 μS/cm,完全达到循环水补水水质标准。

(2)运行成本分析显示:采用电渗析处理石化污水处理厂出水回用于循环水补水系统的运行成本仅为0.55 元/t,远低于自来水价格。这说明该石化公司采用电渗析技术处理达标污水回用于循环水系统在技术和经济上均可行,同时也为其他石化企业废水资源化及回用提供了参考。

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