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电吸附技术在循环冷却水系统排污水处理中的应用
摘要：采用电吸附除盐技术，对循环冷却水系统排污水进行除盐效果中试研究。试验表明电吸附技术对电导率的平均去除率为76.3%，产水率为76.1%，对氯离子、钙离子都有良好的去除效果，产水水质能够达到循环冷却水系统补充水的要求。
关键词：电吸附；循环冷却水；回用水；除盐
中图分类号：X703.1 文献标识码： A 文章编号：1009-2455（2012）05-0071-03
我国属于缺水国家。城市用水中工业用水占总用水量的60％以上，工业冷却水用量占工业用水总量的70% ～ 80％[1]。因而提高工业冷却水的重复利用率，减少新水的补水量和排污量将是工业循环冷却水处理的首选目标[2]。循环冷却水系统排污水的回用是重要的节水途径之一[3]，其中排污水的除盐处理效果是其能否回用的关键。电吸附是近几年开发的除盐新技术，它通过施加外加电压形成静电场，强制离子向带有相反电荷的电极处移动，对双电层的充、放电进行控制，改变双电层处的离子浓度，并使之不同于本体浓度，从而实现对水溶液的除盐[4-5]。
为解决循环冷却水系统排污水除盐问题，实现排污水回用目标，本研究采用电吸附除盐技术对循环冷却水系统排污水进行中试试验，以验证该技术应用于循环冷却水系统排污水除盐回用的可行性。
1 材料与方法
1．1 试验所用设备
电吸附模块（EMK－4443） 2 个，每个30 对电极； CHL2－30 卧式清水泵2 台； JMKb－5－A 保安过滤器2 台； FLECK 砂滤器1 台。
1．2 试验水质
试验用水为某气体厂循环冷却水系统排污水，水质指标见表1，其中碱度和硬度以CaCO3计。
表1 循环冷却水系统排污水水质指标

Tab. 1 Characteristics of sewage discharged from circulating cooling water system
1．3 试验方法
本试验装置处理量为0．5 m3/h，试验共运行了7 d。循环冷却水系统排污水除盐工艺流程见图1。工艺流程包括除盐和再生2 个流程。
图1 工艺流程

Fig． 1 Process flow
（1）除盐流程。原水通过提升泵输送至保安过滤器，大于10 μm 的残留固体悬浮物或沉淀物在此道工序被截流，水再被送入电吸附（EST）模块，水中的溶解性盐类被吸附，水质得到净化。
（2）再生流程。即电吸附模块的反冲洗过程，用原水冲洗经过短接静置的模块，使电极再生。为达到除盐系统连续出水的要求，电吸附除盐系统设置并联的A、B 两模块联合工作，即A 工作时B 再生，B 工作时A 再生，A、B 两模块通过自控装置按时序工作，以保证连续出水。
中试设定电压45 V，平均每对电极1．5 V；电吸附模块工作周期设定为35 min。系统启动前，先为A 模块预通电4 min。电吸附模块工作过程参数见表2。
表2 电吸附（EST）模块工作过程参数

Tab. 2 Parameters of electrosorb(EST) model during the working process
2 结果与讨论
2．1 电导率去除效果
电导率反映了水中含盐量的多少，在相同条件下电导率与含盐量成正比关系。试验期间电导率的去除效果见表3。
表3电导率的去除效果

Tab．3 Removal rate of conductivity
原水平均电导率为2 822 μS/cm，产水平均电导率为670 μS/cm，电导率平均去除率为76．3％，除盐效果非常稳定。
2．2 氯离子去除效果
氯离子对钢铁特别是不锈钢材质设备易产生腐蚀，是考察循环冷却水系统排污水处理效果的重要指标。氯离子的去除效果直接决定了回用水的质量。本次试验对氯离子的去除效果见表4。
表4 氯离子的去除效果

Tab．4 Removal rate of chlorineion
原水中氯离子的平均质量浓度为229 mg/L，产水中氯离子的平均质量浓度为33 mg/L，氯离子的平均去除率为85．6％，氯离子的去除效果略好于其它离子。
2．3 总硬度去除效果
总硬度过高会导致循环冷却水系统设备结垢，也是考察回用水水质的重要指标。本次试验对总硬度的去除效果见表5。
原水平均总硬度为1 062 mg/L，产水平均总硬度为234 mg/L，总硬度平均去除率为78．0％，总硬度的去除效果与电导率的去除效果基本一致。
表5 总硬度的去除效果

Tab. 5 Removal rate of total hardness
中试期间，为防止因循环冷却水系统排污水硬度、碱度之和过高而造成设备结垢，在过滤后加盐酸调节pH 值为6 ~ 7。
2．4 钙离子去除效果
总硬度主要是由钙、镁离子构成的，钙离子的浓度能表征水的结垢趋势。本次试验对钙离子的去除效果见表6。
表6 钙离子的去除效果

Tab． 6 Removal rate of calcium ion
原水中钙离子的平均质量浓度为316 mg/L，产水中钙离子的平均质量浓度为70 mg/L，钙离子平均去除率为77.8％，钙离子的去除效果与总硬度的去除效果基本相同。
2．5 产水率和能耗
根据水表记录，中试试验期间产水量为80．2m3，排水量为25．2 m3，综合产水率为76．1％。能耗主要发生在工作时的加电除盐环节，中试期间每天吨产水能耗统计结果见图2。
图2 中试期间每天吨产水能耗统计结果

Fig. 2 Energy consumption when treating each ton of water in pilot scale test
一般来讲，除盐率越高，能耗越高。累计能耗为106．8 kW·h，平均吨产水能耗为1．33 kW·h。
3 结论
电吸附技术能够解决循环冷却水系统排污水除盐问题，产水能够达到循环冷却水系统的补充水要求。电吸附技术与其它除盐技术相比，其直接运行费用低，预处理要求简单，维护方便，在实际应用中具有一定的可行性。
参考文献：
[1] 韩寒，陈新春，尚海利．电吸附除盐技术的发展及应用[J]．工业水处理，2010，30（2）：20-23．
[2] 鲍其鼐．工业循环水处理面临新挑战[A]． 2008 全国水处理技术研讨会论文集[C]．天津：中国化工学会工业水处理专业委员会，2008．12-43．
[3] 蔡世军，赵新义，王莹莹．循环冷却水节水技术研究进展[J]．工业水处理，2009，29（3）：4-8．
[4] 崔玉川．水的除盐方法与工程应用[M]．北京：化学工业出版社，2009．
[5] 孙晓慰，朱国富．电吸附水处理技术（EST）的原理及构成[J]．工业用水与废水，2002，33（4）：18-20．

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