摘要：采用電吸附除鹽工藝對冷軋廢水進行除鹽處理，在電吸附除鹽設(shè)備運行一年之后，再一次對系統(tǒng)出水進行了考核：在電吸附系統(tǒng)平均進水電導(dǎo)率1335µS/cm、進水氯離子平均含量為275mg/L的情況下，電吸附產(chǎn)水電導(dǎo)率平均值為277µS/cm、平均氯離子含量為34.8 mg/L，去除率分別為79.3%和87.3%；平均產(chǎn)水率為78.5%，噸水耗電量為0.55kWh，結(jié)果還表明電吸附技術(shù)還對CODCr有明顯的降解作用，且系統(tǒng)濃水可以實現(xiàn)達標(biāo)排放。

關(guān)鍵詞：電吸附技術(shù) 冷軋廢水 除鹽 鋼鐵行業(yè)

 

Project application of electro-Sorb technology in iron and steel industry

Zhu Guangdong, Guo Hongfei，Sun Xiaowei

(EST Purification Equipment Co., Ltd, Beijing 100176, China)

Abstract: The Electro-Sorb process was used for desalination of cold rolling wastewater, and the Electro-
Sorb equipment has been operated over one year, and the effluent of the system was checked again. The average conductivity
of influent is 1335µS/cm, concentration of chloride is 275mg/L. The results show that the average conductivity of effluent is
277µS/cm, the concentration of chloride is 34.8 mg/L，the removal rate is 79.3% and 87.3% respectively, and the recovery
rate is 78.5%, the power consumption is 0.55kWh/t. The results indicate that the CODCr was degradated obviously by the
Electro-Sorb Technology, and the discharge water of the system is able to reach drainage standard.

Keywords: Electro-Sorb Technology; Cold rolling wastewater; Desalination; Iron and steel industry ;
 

1 背景

隨著地球上淡水資源的日趨匱乏，水資源的合理利用已成當(dāng)下亟待解決的一大難題，是國家經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要一環(huán)，隨著國家相關(guān)政策的陸續(xù)出臺，對企業(yè)的生產(chǎn)成本及可持續(xù)發(fā)展的影響也越來越大。所以尋找一種合適的水處理除鹽技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的污水回用領(lǐng)域顯得尤為重要。目前傳統(tǒng)的除鹽方法主要有反滲透、電滲析、離子交換等[1]。但這些方法對前道預(yù)處理要求普遍較高，尤其是鋼鐵等行業(yè)所產(chǎn)生的廢水成分復(fù)雜，沿用這些傳統(tǒng)的方法勢必對設(shè)備的前期預(yù)處理提出很高的要求，且增加投資和運行成本。電吸附水處理技術(shù)作為一項新興水處理技術(shù)，以其在工業(yè)廢水回用領(lǐng)域獨特的技術(shù)優(yōu)勢，近年來得到了廣泛的關(guān)注。

上海某鋼鐵廠冷軋廢水站改造項目對冷軋堿性含油廢水水進行處理，前處理采用MBR工藝，并采用電吸附除鹽系統(tǒng)對其出水進一步除鹽，使電導(dǎo)率小于1500μS/cm，即達到該鋼廠二類串接水標(biāo)準才能滿足生產(chǎn)回用的目的。經(jīng)過一年多的連續(xù)運行，結(jié)果表明電吸附除鹽設(shè)備運行穩(wěn)定、維護方便、且運行中基本不消耗化學(xué)藥劑，其產(chǎn)品水可以替代新鮮水源，能夠?qū)崿F(xiàn)廢水的重新利用。
 

2 電吸附除鹽技術(shù)基本原理及工藝流程

2.1基本原理

電吸附（electrosorption）除鹽的基本思想是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，對電極的充放電進行控制，改變電極處的離子濃度，并使之不同于本體濃度，從而實現(xiàn)對水溶液的脫鹽。使用一種多孔材料制成的惰性電極，不僅導(dǎo)電性能良好，而且具有很大的比表面積，置于靜電場中時會在其與電解質(zhì)溶液界面處產(chǎn)生很強的雙電層[2]。雙電層的厚度只有1～10nm，卻能儲存大量的電解質(zhì)離子。一旦除去電場，被吸附在電極上的陰陽離子又會脫附出來，并擴散到本體溶液中，使溶液濃度升高，然后再用水把脫附出來的離子沖洗出去，通過這一過程實現(xiàn)電極材料的再生[3]。其工作原理如圖1所示。

圖1 電吸附原理圖

2.2工藝流程

工藝流程分為二個步驟：工作流程，反洗（再生）流程，如圖2所示：

圖2 工藝流程

工作階段：原水池中的水通過提升泵被打入保安過濾器，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。水中溶解性的鹽類被吸附，水質(zhì)被凈化。

再生階段：就是模塊的反沖洗過程（此過程也稱為再生），沖洗經(jīng)過短接靜置的模塊，使電極再生，反洗流程可根據(jù)進水條件以及產(chǎn)水率要求選擇一級反洗、二級反洗、三級反洗或四級反洗。
 

3某鋼鐵廠電吸附系統(tǒng)運行情況

3.1項目概況

某鋼鐵集團冷軋廢水站改造項目對冷軋堿性含油廢水進行處理，前處理采用催化氧化＋生化MBR工藝，MBR工藝出水需進行除鹽，使電導(dǎo)率小于1500μS/cm后，達到二類串接水標(biāo)準滿足生產(chǎn)回用。 該工程于2009年5月順利完成，進入運行階段。該工程的成功實施是我國在冷軋廢水回用處理領(lǐng)域的一大突破。

設(shè)計水源：冷軋堿性含油廢水

處理規(guī)模：150m3/h

產(chǎn)水要求：電導(dǎo)率≤1500us/cm，得水率75%，脫鹽率62.5%

產(chǎn)水用途：生產(chǎn)回用（二類串接水）
 

3.2系統(tǒng)總工藝流程

系統(tǒng)總工藝流程如圖3：

圖-3系統(tǒng)工藝流程
 

3.3設(shè)計參數(shù)

（1）電吸附除鹽設(shè)備進水水質(zhì)

電吸附除鹽設(shè)備處理的廢水為MBR工藝出水，其進水水質(zhì)指標(biāo)：

電導(dǎo)率≤4000μS/cm；CODCr≤70mg/l；懸浮物≤5mg/l；濁度≤5NTU；油≤3mg/L；氯離子≤800mg/l；pH：6~9；溫度5~40℃。

（2）電吸附除鹽模塊

• 數(shù)量：24組，48個
• 清洗周期：正常工作條件下不大于2次/年
• 運行方式：常溫常壓，連續(xù)運行
• 電極壽命：≥5年
• 電極材料：高比表面積（比表面積＞1000m2/g）復(fù)合材料
• 耐受性：抗強酸（98%硫酸，30%鹽酸）、強堿（30%NaOH）
• 極對電壓：1.0~1.5V

3.4考核數(shù)據(jù)分析與討論

系統(tǒng)考核自5月24日上午9時開始，25日下午15時結(jié)束，考核期間，每小時記錄一次系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并于24、 25日分四次對產(chǎn)水取樣，檢測油及氯離子含量。 為驗證模塊對CODCr的去除效果，對原水產(chǎn)水分兩次取樣檢測CODCr的含量，以及濃排水中CODCr 的含量。

（1）在平均進水電導(dǎo)率在1335μS/cm的情況下，平均出水電導(dǎo)率為277μS/cm，電導(dǎo)去除率（即除鹽率）為79.3%，系統(tǒng)產(chǎn)水2873 m3的情況下，反洗水量為788.3 m3，產(chǎn)水率為78.5%。由于進水電導(dǎo)較低，因此模塊所加的電壓只有220V，此時模塊噸水耗電量0.55 KWh。

圖-4進水電導(dǎo)與外供水電導(dǎo)曲線

（2）由于前一處理單元系統(tǒng)來水量較小，不能保證系統(tǒng)在150 m3/h下連續(xù)運行，性能考核期間選取21-24小時階段，將系統(tǒng)的處理量調(diào)整至滿負荷即150 m3/h，在平均進水電導(dǎo)1325μS/cm的情況下，平均出水電導(dǎo)為286μS/cm，電導(dǎo)去除率為78.4%；產(chǎn)水509 m3的情況下，反洗水量為136 m3，產(chǎn)水率為78.9%。模塊噸水耗電量為0.55 KWh，與流量調(diào)節(jié)前運行指標(biāo)基本一致。

從圖-4進水電導(dǎo)與外供水電導(dǎo)曲線上可以看出，系統(tǒng)考核期間外供水電導(dǎo)穩(wěn)定，完全滿足該車間生產(chǎn)用水的要求。

（3）考核期間取電吸附進水及出水，測氯離子及油的含量，結(jié)果如表1，進水氯離子含量平均為275 mg/l，出水為34.8 mg/l，去除率為87.3%，高于79.3%的電導(dǎo)去除率，說明模塊對氯離子具有較高的選擇吸附性[4]；進水中油的含量為2.20 mg/l，出水為2.02 mg/l，降低8.2%，說明油類不會在系統(tǒng)內(nèi)累積。

表1：取樣檢測指標(biāo)統(tǒng)計

取樣	進水氯離子 （mg/l）	出水氯離子 （mg/l）	去除率 %	進水油類 （mg/l）	出水油類 （mg/l）	去除率 %
取樣1#	280	32.0	88.6	2.26	1.97	12.8
取樣2#	278	32.0	88.5	2.20	1.91	13.2
取樣3#	264	39.0	85.2	2.11	2.01	4.7
取樣4#	278	36.0	87.1	2.23	2.18	2.2
平均值	275	34.8	87.3	2.20	2.02	8.2

（4）為驗證模塊對CODCr的去除效果，分兩次取樣檢測模塊進水CODCr分別為16 mg/l 、52 mg/l，模塊出水CODCr為10 mg/l 、16 mg/l，CODCr的去除率分別為37.5%、69.2%，檢測電吸附濃水池排污水的CODCr含量為26 mg/l，以上數(shù)據(jù)表明在該項目中模塊對CODCr有明顯的去除效果，去除不是單純的吸附與脫附過程而是實現(xiàn)了降解，所以濃水CODCr沒有明顯的提高，可以直接達標(biāo)排放。
 

3.5成本分析

由于系統(tǒng)在運行過程中，不使用任何藥劑，所以成本僅為電耗及過濾材料消耗：

（1）電耗：考核期間共耗電1579kWh，產(chǎn)水量2873m3，噸水耗電量為0.55kWh。電費以0.67元/kWh計，噸水處理費用為0.369元。

（2）過濾材料消耗：保安過濾器濾袋使用時間按6天計算，濾袋所需費用為：70元/只*20只*28小時/（6天*24小時），共計272元，噸水處理費用為0.095元。

運行時模塊的噸水處理費用合計為:0.336+0.095=0.464元。
 

3.6考核結(jié)果

• （1）性能考核期間，電吸附系統(tǒng)平均進水電導(dǎo)率1335µS/cm，電吸附產(chǎn)水電導(dǎo)率平均值為277µS/cm，去除率為79.3%；進水氯離子平均含量為275mg/l出水平均氯離子含量為34.8 mg/l，去除率為87.3%；平均產(chǎn)水率為78.5%，噸水耗電量為0.55kWh，完全滿足生產(chǎn)回用要求。
• （2）通過對模塊進出水及濃水CODCr的測定表明，模塊對CODCr有明顯的降解作用，且系統(tǒng)濃水CODCr不超標(biāo)，可以實現(xiàn)達標(biāo)排放。
• （3）通過對模塊進出水油含量的測定表明，模塊對進水油含量指標(biāo)要求很低，且連續(xù)運行時，油不會在模塊內(nèi)實現(xiàn)累積，不影響系統(tǒng)正常運行，即電吸附系統(tǒng)可抗油類污染。
• （4）電吸附系統(tǒng)性能考核期間，電吸附模塊、配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、分析測量儀表和閥門性能良好。
• （5）經(jīng)計算在現(xiàn)有來水情況下，系統(tǒng)的噸水處理成本為0.46元。
   

4總結(jié)

通過實際的工程運行考核結(jié)果表明，電吸附技術(shù)具有如下特點：

• （1） 電吸附產(chǎn)水水質(zhì)比較穩(wěn)定，能夠滿足冶金行業(yè)用于生產(chǎn)回用的要求；
• （2） 由于電吸附技術(shù)在工作過程中只對水里面的陰陽離子做功，只消耗一部分電能，所以其運行成本較低 ，但隨著原水含鹽量的增加其能耗也會相對上升；
• （3） 電吸附技術(shù)對COD有一定的降解作用，由于每個行業(yè)或企業(yè)不同所以其COD的種類也不同，電吸附技術(shù)去除COD的效果也不盡相同，一般在50%左右，而且排放的尾水不濃縮，可以直接達標(biāo)排放；
• （4） 電吸附技術(shù)可以抗擊油類污染；
• （5） 電吸附除鹽系統(tǒng)自動化程度高、運行穩(wěn)定、操作維護方便。

綜上，電吸附除鹽技術(shù)具有廣泛的適應(yīng)性，特別是在鋼鐵行業(yè)，由于其需要處理的水質(zhì)惡劣、成分比較復(fù)雜，水質(zhì)波動較大，尤其是能夠發(fā)揮其抗沖擊性的技術(shù)優(yōu)勢。因此，電吸附技術(shù)作為一項新興的水處理技術(shù)能夠滿足鋼鐵行業(yè)對除鹽技術(shù)的要求。

電吸附技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中的工程應(yīng)用

朱廣東 郭洪飛 孫曉慰

（愛思特凈化設(shè)備有限公司，北京 100176）