電吸附技術(shù)在石化污水回用領(lǐng)域應(yīng)用的研究工作總結(jié)

背景介紹

電吸附除鹽技術(shù)是由常州愛(ài)思特凈化設(shè)備有限公司開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的除鹽技術(shù)。中石化齊魯分公司研究院2003年因?yàn)檫M(jìn)行乙烯含鹽污水回用技術(shù)研究，在進(jìn)行工藝路線選擇時(shí)，針對(duì)乙烯污水處理場(chǎng)外排污水的特點(diǎn)，特別需要一種既耐有機(jī)污染的又具備除鹽功能的技術(shù)，而此時(shí)愛(ài)思特公司剛好開(kāi)發(fā)出電吸附除鹽技術(shù)，已經(jīng)有了初期的工業(yè)化設(shè)備用于引用水處理，并通過(guò)學(xué)術(shù)交流會(huì)的形式對(duì)新技術(shù)進(jìn)行了公布。由此開(kāi)始，我們2個(gè)單位開(kāi)始進(jìn)行3年的友好合作，共同進(jìn)行電吸附技術(shù)在石化污水回用領(lǐng)域應(yīng)用的研究工作，愛(ài)思特公司提供設(shè)備，齊魯研究院進(jìn)行污水處理的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后共同研究、協(xié)商，并對(duì)電吸附工藝進(jìn)行改進(jìn)。從2003年至2005年期間，使用愛(ài)思特公司提供的EMK300、EMK300B、EMK320和EMK400產(chǎn)品，分別對(duì)齊魯石化乙烯污水處理場(chǎng)I、II系列低含鹽生化出水、黃河水和齊魯石化煉油實(shí)業(yè)部二凈化污水處理場(chǎng)生化出水進(jìn)行除鹽試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：采用電吸附除鹽技術(shù)可以將中水和凈水中的鹽含量按需求進(jìn)行去除，并且可以達(dá)到陰、陽(yáng)離子同時(shí)去除，與此同時(shí)電吸附除鹽設(shè)備可以保持長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行�，F(xiàn)將這三年的工作按項(xiàng)目總結(jié)如下：

1、2003年乙烯污水回用脫鹽試驗(yàn)

2003年乙烯污水回用脫鹽試驗(yàn)使用的電吸附模塊的型號(hào)為EMK300和EMK300B。流程為兩級(jí)模塊串聯(lián)，間歇運(yùn)行，處理規(guī)模為1m3/h。第一級(jí)使用EMK300B，有50×6=300對(duì)模塊，第二級(jí)使用EMK300，有50×3=150對(duì)模塊，每對(duì)模對(duì)的尺寸為300×1800mm，因此，模塊的總面積為234m2，單位面積連續(xù)處理水量為2.14L/m2/h。試驗(yàn)全部采用手動(dòng)操作。試驗(yàn)流程見(jiàn)表1：

表1 EMK300B和EMK300模塊串聯(lián)試驗(yàn)結(jié)果

表1的試驗(yàn)結(jié)果表明：采用EMK300B和EMK300模塊串聯(lián)處理乙烯污水（電導(dǎo)率為2500μS/cm，處理水量1m3/h），模對(duì)電壓為1.4V時(shí)除鹽效果明顯；電導(dǎo)率去除率為68%時(shí)，鈣硬的去除率為83.1%，氯離子的去除率為70.4%，硫酸根去除率為81.4%，而且電吸附模塊對(duì)COD有去除能力，去除率可以達(dá)到27.5%，此時(shí)，產(chǎn)水率為66.7%，生產(chǎn)每噸水的電耗為2.7度電。
 

乙烯污水脫鹽試驗(yàn)中存在的問(wèn)題：

• 模塊啟動(dòng)電流過(guò)大，可以達(dá)到110A，電器部分負(fù)荷很大，需要采用較大的變壓器；
• 外接變壓器，間歇式手動(dòng)調(diào)壓，調(diào)壓的準(zhǔn)確度低，電壓調(diào)整時(shí)，電流會(huì)明顯增加，說(shuō)明電耗在明顯增加；
• 短接放電時(shí)，電流過(guò)大，由于放電電流達(dá)到300A以上，發(fā)生過(guò)電器元件過(guò)載的現(xiàn)象，而且此部分能量白白浪費(fèi)掉，增加了單位產(chǎn)水的成本；
• EMK300模塊是方形，反洗時(shí)，頂部常漏水，說(shuō)明模塊承壓能力差；
• EMK300B模塊的電極數(shù)量為300模塊的2.0倍，單獨(dú)使用時(shí)EMK300B模塊的處理效果較EMK300模塊差，事后證明該模塊存在串水現(xiàn)象；
• 由于生化出水電導(dǎo)率過(guò)高（約13000μS/cm），電吸附脫鹽試驗(yàn)所用的原水為自來(lái)水與生化出水的配水，不能完全說(shuō)明證明電吸附模塊抗化工污水污染的能力；
• 電吸附模塊的試驗(yàn)周期較短，能否在工業(yè)應(yīng)用中長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行需要驗(yàn)證。
   

2、2004年煉油污水回用脫鹽試驗(yàn)

2004年煉油污水回用脫鹽試驗(yàn)使用的電吸附模塊的型號(hào)為EMK320。流程為兩級(jí)模塊串聯(lián)，間歇運(yùn)行，處理規(guī)模為1m3/h。每一級(jí)均有59×2=118對(duì)模塊，每對(duì)模對(duì)的尺寸為300×1800mm，因此模對(duì)的總面積為127.44m2，單位面積連續(xù)處理水量為3.92L/m2.h。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

該電吸附脫鹽裝置較2003年使用的有如下幾個(gè)方面的改進(jìn)：

• 電吸附模塊設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體，并增設(shè)加強(qiáng)筋，使模塊具有一定的承壓能力，戰(zhàn)地面積也大大減少；
• 電吸附脫鹽裝置除鹽過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式運(yùn)行；
• 模塊啟動(dòng)時(shí)可以按要求自動(dòng)增加電壓，電路系統(tǒng)中設(shè)置了限流，可避免電流過(guò)大，因此變壓器相對(duì)較��；
• 短接放電采用電阻放電，設(shè)置銅排，有效地避免了電器元件過(guò)載的現(xiàn)象，同時(shí)還可以將模塊中的電盡快放掉；
• 電吸附裝置工作23小時(shí)后，增加0.5小時(shí)的反洗時(shí)間，該部分水可以回到原水池中，不降低產(chǎn)水率。此措施用于降低模塊因連續(xù)工作而產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽積累；
• 電吸附裝置工作若干個(gè)周期時(shí)，將中間水池中的反洗水PH調(diào)至3，在反洗的濃水排放期間內(nèi)使用一次，可有效提高電吸附裝置的工作效率，此措施用于解決電吸附模塊再生是否完全問(wèn)題；
• 設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)行徹底酸洗，用于徹底消除電吸附脫鹽裝置的無(wú)機(jī)鹽積累問(wèn)題。

表2 EMK320模塊串聯(lián)處理煉油污水試驗(yàn)結(jié)果

表2的試驗(yàn)結(jié)果表明：采用EMK320模塊串聯(lián)處理乙烯污水（電導(dǎo)率為1239μS/cm，處理水量1m3/h），模對(duì)電壓為1.31V時(shí)除鹽效果明顯；電導(dǎo)率去除率為76.0%時(shí)，鈣硬的去除率為75.3%，氯離子的去除率為81.6%，硫酸根去除率為83.5%，而且EMK320電吸附模塊對(duì)COD去除能力較好，去除率可以達(dá)到63.0%，此時(shí)，產(chǎn)水率為66.7%，生產(chǎn)每噸水的電耗為1.8度電。

3、2004年黃河水脫鹽試驗(yàn)

2004年黃河水脫鹽試驗(yàn)使用的電吸附模塊與2004年煉油污水回用脫鹽試驗(yàn)使用的是同一塊電吸附模塊，間歇運(yùn)行，處理規(guī)模為1.4m3/h，單位面積連續(xù)處理水量為5.49L/m2.h，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 EMK320模塊串聯(lián)處理黃河水試驗(yàn)結(jié)果

表3的試驗(yàn)結(jié)果表明：采用EMK320模塊串聯(lián)處理黃河水（電導(dǎo)率為976μS/cm，處理水量1.4m3/h），模對(duì)電壓為1.36V時(shí)除鹽效果明顯；電導(dǎo)率去除率為57.6%時(shí)，鈣硬的去除率為62.3%，氯離子的去除率為66.6%，硫酸根去除率為65.8%，由于處理水量增大40%，因此處理效果低于煉油污水，但可以滿足要求，此時(shí)，產(chǎn)水率為75%，生產(chǎn)每噸水的電耗僅為1.01度電。
 

煉油污水和黃河水脫鹽試驗(yàn)中存在的問(wèn)題：

• 單組電吸附模塊每天需要增加半小時(shí)的清洗時(shí)間，操作較為繁瑣，當(dāng)模塊進(jìn)行長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)并投入工業(yè)化時(shí)，需要較大的原水池。
• 電吸附模塊中離子的積累較快，酸洗頻率為3～4天一次，過(guò)于頻繁，不利于工業(yè)應(yīng)用中的長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行。
• 短期放電時(shí)，放電電阻較熱，此部分能量白白浪費(fèi)掉，對(duì)降低產(chǎn)水成本不利。
• 由于二凈化生化出水電導(dǎo)率過(guò)高（約2000μS/cm），預(yù)計(jì)將來(lái)二凈化生化出水電導(dǎo)率為1300μS/cm，電吸附脫鹽試驗(yàn)所用的原水為自來(lái)水與生化出水1：1的配水，不能完全說(shuō)明電吸附脫鹽裝置具有耐煉油污水污染的能力。
• 煉油污水脫鹽試驗(yàn)單組模塊連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間為144h，黃河水脫鹽試驗(yàn)單組模塊連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間為200h，運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較短，而且未能進(jìn)行兩組模塊的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，因此，電吸附模塊能否長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行仍然需要驗(yàn)證。
   

4、2005年煉油污水回用脫鹽試驗(yàn)

4.1 EMK400電吸附模塊簡(jiǎn)介

2005年煉油污水回用脫鹽試驗(yàn)使用的電吸附模塊的型號(hào)為EMK400。由于EMK400電吸附模塊集成技術(shù)上面取得了重大突破，使電吸附核心模塊和整個(gè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和配置上更趨合理，性能有了很大程度的提高，因而帶動(dòng)系統(tǒng)的投資有了較大幅度的下降。另外，在電吸附模塊的運(yùn)行方式上進(jìn)行了改進(jìn)，避免了EMK320模塊的加洗和酸洗，使操作更為簡(jiǎn)單合理，同時(shí)還有利于連續(xù)的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。試驗(yàn)流程為A、B兩組單級(jí)模塊，交替運(yùn)行，連續(xù)產(chǎn)水，規(guī)模為1.4m3/h。A、B兩組模塊均有50×2=100對(duì)模塊模對(duì)的尺寸為600×1800mm，因此，模塊的總面積為216m2，單位面積連續(xù)處理水量為6.48L/m3.h。

4.2 EMK400電吸附模塊的改進(jìn)

• 將過(guò)去的一組模塊間歇生產(chǎn)改為兩組模塊連續(xù)生產(chǎn)，對(duì)于煉油污水（電導(dǎo)率為1500μS/cm），處理規(guī)�？梢赃_(dá)到1.4m3/h以上；
• 改進(jìn)了電吸附模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使核心材料的能力得以充分發(fā)揮，因此減少了模塊的需要量，試驗(yàn)流程也由過(guò)去的兩級(jí)處理改為單級(jí)處理，這對(duì)模塊的再生極為有利，同時(shí)降低了投資；
• 實(shí)現(xiàn)了部分能量回收。將A組模塊再生時(shí)釋放的電能施加給B組模塊，從而實(shí)現(xiàn)部分能量的回收，使模塊工作的耗電量下降，B組模塊得到了預(yù)充電，啟動(dòng)電流大幅度降低，這不僅降低了運(yùn)行成本，而且使供電系統(tǒng)的負(fù)荷大幅度降低，從而降低了配電系統(tǒng)的投資；
• 改進(jìn)了電吸附模塊的供電方式，將過(guò)去的50對(duì)電極施加75V電壓該為100對(duì)電極施加155V電壓，就是將兩個(gè)電阻由并聯(lián)該為串聯(lián)，從而大幅度減少了模塊的工作電流，使供電回路所需的電源、銅排、接觸器及其它輔助材料成本有了較大幅度地降低；
• 將電吸附模塊進(jìn)水的PH值調(diào)到5.8～6.2，可有效地避免電吸附模塊的經(jīng)常性酸洗；
• 每日一次用原水更換中間水池的水，是降低電吸附模塊的積累有效措施之一，從而保證電吸附模塊長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行；
• 每周斷電運(yùn)行兩小時(shí)，也可以有效降低電吸附模塊的積累，為電吸附模塊長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障；
• 通過(guò)采取電能回收時(shí)間內(nèi)工作通水、增加再生靜置時(shí)間、縮短短接排污時(shí)間和短接再生時(shí)間來(lái)有效地提高產(chǎn)水率，并保證出水水質(zhì)不受較大的影響。

4.3 2005年煉油污水回用脫鹽試驗(yàn)情況

2005年煉油污水回用脫鹽試驗(yàn)9月25日開(kāi)始調(diào)試，10月9日8點(diǎn)開(kāi)始連續(xù)運(yùn)行，至11月19日8點(diǎn)的41天（984小時(shí)）時(shí)間里，該設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間為928小時(shí)，約38.7天，其它為停電26小時(shí)、維修18小時(shí)（模塊漏水）、斷電運(yùn)行8小時(shí)、啟動(dòng) 及清洗水池4小時(shí)。由于受煉油廠新原油灌區(qū)排水影響，二凈化車(chē)間排水電導(dǎo)率在2500～5200μS/cm范圍波動(dòng)，因此，在進(jìn)行電吸附脫鹽試驗(yàn)時(shí)只能根據(jù)來(lái)水情況將原水配成電導(dǎo)率為1400μS/cm左右的試驗(yàn)水進(jìn)行脫鹽試驗(yàn)，10月9日至10日14時(shí)采用自來(lái)水與污水服配作為電吸附進(jìn)水，10月10日14時(shí)至11月8日8時(shí)采用電吸附出水與污水復(fù)配作為電吸附進(jìn)水，11月8日8時(shí)至試驗(yàn)結(jié)束的11月19日8時(shí)來(lái)水電導(dǎo)率在1500μS/cm左右，電吸附進(jìn)水全部采用煉油廠二凈化污水進(jìn)行試驗(yàn)。

4.4 EMK400電吸附模塊工作情況

EMK400電吸附模塊工作時(shí)A、B兩組模塊交替運(yùn)行，EMK400電吸附模塊2005年11月9日8：00至16：00工作時(shí)原水與A、B兩組交替工作時(shí)出水電導(dǎo)率（在線電導(dǎo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）的變化情況。

來(lái)水電導(dǎo)率基本保持不變，A、B兩組模塊的出水電導(dǎo)率則呈現(xiàn)規(guī)律性變化，因此，出水經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的停留，可以保持最終出水的連續(xù)和穩(wěn)定。電流和電壓的變化也呈現(xiàn)出了較好的規(guī)律。電流的正負(fù)值表示施加在模塊上電流的正向與反向。

4.5 EMK400電吸附模塊試驗(yàn)結(jié)果

電吸附模塊在試驗(yàn)初期電導(dǎo)率的去除率為58.6%，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)電導(dǎo)率的去除率仍達(dá)到58.4%，期間未對(duì)模塊進(jìn)行酸洗或其它處理措施，由此可以說(shuō)明采取了降低進(jìn)水PH值、每日一次用原水更換中間水池水和每周斷電運(yùn)行兩小時(shí)幾項(xiàng)措施后，電吸附模塊對(duì)污水電導(dǎo)率去除率在連續(xù)運(yùn)行38.7天的時(shí)間里沒(méi)有明顯的下降，說(shuō)明模塊中離子的積累現(xiàn)象已被消除，并且可以保持長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

4.5.1 實(shí)際污水脫鹽試驗(yàn)情況

試驗(yàn)期間對(duì)模塊電壓、產(chǎn)水率進(jìn)行了條件試驗(yàn)。電吸附模塊處理煉油二凈化污水在流量為1.4m3/h、產(chǎn)水率為75%、模對(duì)電壓為1.55V、使用煉油實(shí)際污水進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)（11月8日至18日），氯離子（每日分析數(shù)據(jù)）

采用EMK400電吸附模塊煉油實(shí)際污水時(shí)，來(lái)水電導(dǎo)率基本保持在1500μS/cm左右，在十天的試驗(yàn)時(shí)間里出水電導(dǎo)率也基本保持穩(wěn)定，在630μS/cm左右，電導(dǎo)率的去除率相對(duì)比較穩(wěn)定，在58%左右。由圖子變化及去除率曲線與電導(dǎo)率基本相同，無(wú)明顯變化。由此可以說(shuō)明EMK400電吸附模塊在處理煉油實(shí)際污水時(shí)可以連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

4.5.2 試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

將試驗(yàn)期間各條件下的試驗(yàn)結(jié)果的平均值列于表4，其中1#使用的原水為二凈化污水與EST產(chǎn)水的配水；2#～4#使用的原水全部為二凈化污水。

表4 EMK400單級(jí)模塊處理煉油污水試驗(yàn)結(jié)果

表4的試驗(yàn)結(jié)果表明：采用單級(jí)EMK400模塊處理煉油污水時(shí)，來(lái)水電導(dǎo)率越高則產(chǎn)生每噸水的耗電量越高，而且使用鹽酸和使用硫酸調(diào)PH值時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)的去除率沒(méi)有明顯的變化，因此，對(duì)于氯離子要求較高的回用水質(zhì)，需要使用硫酸調(diào)PH值。
表4的試驗(yàn)結(jié)果表明：采用單級(jí)EMK400模塊處理煉油污水，在產(chǎn)水率為75%、流量為1.4m3/h、使用硫酸調(diào)PH值的情況下，電導(dǎo)率去除率為58.8%，氯離子去除率為61.8%，硫酸根去除率為49.4%，噸水耗電量為1.64度電。如果降低出水水質(zhì)，即電導(dǎo)率去除率為54%的情況下，處理水量可以達(dá)到1.6m3/h，氯離子去除率為59.2%，硫酸根去除率為44.9%，此時(shí)噸水耗電量為1.53度電。
試驗(yàn)中使用硫酸調(diào)PH值時(shí)，對(duì)來(lái)水COD進(jìn)行控制，表4 的試驗(yàn)結(jié)果表明：采用單級(jí)EMK400模塊處理煉油污水時(shí)，雖然來(lái)水COD達(dá)到了52.5mg/L，甚至達(dá)到了77.6mg/L，均沒(méi)有影響到電吸附模塊的脫鹽效果，而且對(duì)COD仍有一定的去除能力，去除率可以達(dá)到30%以上，說(shuō)明EMK400電吸附模塊對(duì)COD具有較好的耐受性。
綜上所述，將2003年至2005年電吸附模塊處理各種污水的試驗(yàn)結(jié)果匯總見(jiàn)表5。

表5 電吸附模塊處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表

在2003年至2005年期間的試驗(yàn)，采用電吸附模塊處理污水取得了如下幾個(gè)方面發(fā)進(jìn)步：

• 電吸附模塊由處理配水到處理實(shí)際污水，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更具代表性。
• 處理水量由間歇式1m3/h到連續(xù)式1.4m3/h，并且可以保證連續(xù)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。
• 電吸附模塊由EMK300升級(jí)到EMK400，單位模對(duì)面積處理水量由2.14L/m2.h提高到6.48L/m2.h，模塊的工作處理效率得以提高，與此同時(shí)，工作流程由兩級(jí)簡(jiǎn)化到一級(jí)，雖然除鹽率下降17.2%，但可以滿足回用要求，因此，大大節(jié)省了電吸附模塊的投資。
• 由過(guò)去的50對(duì)電極施加75V電壓改為100對(duì)電極施加155V電壓，從而大幅度減少了模塊的工作電流，減少了電器方面的投資。建議繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，達(dá)到200對(duì)電極施加310V電壓時(shí)，電器方面的投資還會(huì)降低。
• 產(chǎn)水率由66.7%提高到75%，使該技術(shù)更具實(shí)用性。建議繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)研究，充分利用電吸附模塊的放電電流來(lái)提高產(chǎn)水率，同時(shí)還可以降低噸水電耗量。
• 在相同水質(zhì)的情況下，噸水電耗量下降了25%，提升了電吸附水技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

由此可以可以得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：

• 1.EMK400電吸附除鹽裝置對(duì)有機(jī)物具有較大的耐受性，能夠處理石化污水。
• 2.試驗(yàn)結(jié)果表明：電吸附除鹽方式可以用于石化污水的除鹽，通過(guò)加強(qiáng)控制，EMK400電吸附模塊可以保持長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
• 3.EMK400電吸附除鹽裝置對(duì)于石化行業(yè)污水具有較好的除鹽能力，對(duì)于那些不需要完全除鹽而且要求平衡地去除陰陽(yáng)離子的水質(zhì)來(lái)說(shuō)，電吸附不失為一種較好的選擇。
• 4.EMK400電吸附除鹽裝置對(duì)水質(zhì)的處理效果是可以控制的，在產(chǎn)水率為75%、流量為1.4m3/h、使用硫酸調(diào)PH值的情況下，電導(dǎo)率去除率為58.8%，氯離子去除率為61.8%，硫酸根去除率為49.4%，噸水耗電量為1.64度電。如果降低出水水質(zhì)，即電導(dǎo)率去除率為54%的情況下，處理水量可以達(dá)到1.6m3/h，氯離子去除率為59.2%，硫酸根去除率為44.9%，此時(shí)噸水耗電量為1.53度電。