上海寶鋼冷軋廢水零排放工程
來源：愛思特水(shui)務(wu)科技有(you)限公司(si) 閱讀：13514 更(geng)新時間：2011-11-02 16:12| 詳細信息 | |||||
| 項目名稱 | 上海寶鋼冷軋廢水零排放工程 | ||||
| 建設地點(dian) | 建設起始時間 | 建(jian)設結(jie)束時間(jian) | |||
| 建設性質 | 新建(jian) | 工程投(tou)資 | 廢(fei)水性(xing)質 | ||
| 處理規(gui)模(mo) | 進水(shui)(shui)水(shui)(shui)質 | 出水(shui)水(shui)質 | |||
| 處理(li)工藝 | 電吸附 | 運(yun)行費用 | 承(cheng)包(bao)范圍 | ||
工(gong)程說明(ming)
1 背景
隨著(zhu)地(di)球(qiu)上淡水資源的(de)(de)(de)(de)(de)日(ri)趨匱乏，水資源的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)理利用(yong)(yong)(yong)已成當下亟待(dai)解決(jue)的(de)(de)(de)(de)(de)一大(da)難題，是國家(jia)經濟可(ke)持續(xu)發展(zhan)戰略(lve)的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)一環，隨著(zhu)國家(jia)相關政策(ce)的(de)(de)(de)(de)(de)陸續(xu)出(chu)(chu)臺，對企業(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)成本及(ji)可(ke)持續(xu)發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)影響也越來越大(da)。所以(yi)尋找一種合(he)適的(de)(de)(de)(de)(de)水處(chu)(chu)理除鹽(yan)技術(shu)，并(bing)廣泛應用(yong)(yong)(yong)于各行(xing)業(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)污水回用(yong)(yong)(yong)領域顯得尤為(wei)重要(yao)。目前(qian)傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)除鹽(yan)方(fang)法主要(yao)有反滲(shen)透、電滲(shen)析、離(li)子交換(huan)等[1]。但這些方(fang)法對前(qian)道預(yu)處(chu)(chu)理要(yao)求普遍較高，尤其是鋼鐵(tie)等行(xing)業(ye)所產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)廢(fei)水成分(fen)復(fu)雜，沿用(yong)(yong)(yong)這些傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法勢必對設備的(de)(de)(de)(de)(de)前(qian)期預(yu)處(chu)(chu)理提出(chu)(chu)很高的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求，且增加投資和運行(xing)成本。電吸附水處(chu)(chu)理技術(shu)作為(wei)一項新(xin)興水處(chu)(chu)理技術(shu)，以(yi)其在工(gong)業(ye)廢(fei)水回用(yong)(yong)(yong)領域獨特(te)的(de)(de)(de)(de)(de)技術(shu)優勢，近年來得到了廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)關注。
上海某(mou)鋼(gang)鐵(tie)廠(chang)冷(leng)軋廢水(shui)(shui)站改造(zao)項目(mu)(mu)對(dui)冷(leng)軋堿(jian)性(xing)含油廢水(shui)(shui)水(shui)(shui)進行(xing)處理(li)，前處理(li)采(cai)用(yong)(yong)MBR工藝，并采(cai)用(yong)(yong)電吸附除鹽(yan)系(xi)統對(dui)其出水(shui)(shui)進一步除鹽(yan)，使電導率(lv)小(xiao)于1500μS/cm，即達(da)到該鋼(gang)廠(chang)二(er)類(lei)串接水(shui)(shui)標準才能滿足(zu)生產回用(yong)(yong)的目(mu)(mu)的。經過一年多的連續運(yun)(yun)行(xing)，結果表明電吸附除鹽(yan)設備運(yun)(yun)行(xing)穩定、維護方便(bian)、且(qie)運(yun)(yun)行(xing)中基本(ben)不消耗(hao)化學(xue)藥劑(ji)，其產品(pin)水(shui)(shui)可以替代(dai)新(xin)鮮水(shui)(shui)源，能夠實現廢水(shui)(shui)的重新(xin)利用(yong)(yong)。
2 電吸附除鹽技術基本原理及工藝流程
2.1基本(ben)原(yuan)理
電(dian)(dian)(dian)吸(xi)附（electrosorption）除鹽(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)基本思想是(shi)通過施加(jia)(jia)外加(jia)(jia)電(dian)(dian)(dian)壓形成靜(jing)電(dian)(dian)(dian)場，強制(zhi)離(li)(li)子向帶有(you)相反電(dian)(dian)(dian)荷的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)極(ji)處移動，對(dui)電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)充放(fang)電(dian)(dian)(dian)進行控制(zhi)，改變電(dian)(dian)(dian)極(ji)處的(de)(de)(de)(de)離(li)(li)子濃(nong)度(du)(du)，并使(shi)之不(bu)同于本體濃(nong)度(du)(du)，從而實(shi)現(xian)對(dui)水溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)脫鹽(yan)(yan)。使(shi)用一種(zhong)多孔材(cai)料(liao)制(zhi)成的(de)(de)(de)(de)惰(duo)性(xing)電(dian)(dian)(dian)極(ji)，不(bu)僅導電(dian)(dian)(dian)性(xing)能(neng)良好(hao)，而且具有(you)很大的(de)(de)(de)(de)比表面積(ji)，置于靜(jing)電(dian)(dian)(dian)場中(zhong)時會在(zai)其(qi)與電(dian)(dian)(dian)解(jie)質溶(rong)(rong)液(ye)界面處產生很強的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)電(dian)(dian)(dian)層[2]。雙(shuang)電(dian)(dian)(dian)層的(de)(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)只有(you)1～10nm，卻能(neng)儲(chu)存(cun)大量的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)解(jie)質離(li)(li)子。一旦(dan)除去電(dian)(dian)(dian)場，被吸(xi)附在(zai)電(dian)(dian)(dian)極(ji)上的(de)(de)(de)(de)陰陽離(li)(li)子又(you)會脫附出(chu)(chu)(chu)來(lai)，并擴散(san)到本體溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)，使(shi)溶(rong)(rong)液(ye)濃(nong)度(du)(du)升高(gao)，然后(hou)再用水把脫附出(chu)(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)離(li)(li)子沖洗出(chu)(chu)(chu)去，通過這一過程實(shi)現(xian)電(dian)(dian)(dian)極(ji)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)再生[3]。其(qi)工作原理(li)如(ru)圖1所示。
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圖1 電吸附(fu)原理圖
2.2工藝(yi)流程
工(gong)藝流程(cheng)(cheng)分為二個步(bu)驟：工(gong)作流程(cheng)(cheng)，反洗(xi)（再生）流程(cheng)(cheng)，如圖2所示(shi)：
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圖(tu)2 工藝流程(cheng)
工作階段：原水(shui)(shui)池(chi)中(zhong)的(de)水(shui)(shui)通過(guo)(guo)提升泵(beng)被(bei)(bei)打入保安過(guo)(guo)濾器，固體(ti)懸浮(fu)物或沉淀(dian)物在此道(dao)工序被(bei)(bei)截(jie)流，水(shui)(shui)再被(bei)(bei)送入電吸附（EST）模塊。水(shui)(shui)中(zhong)溶解性的(de)鹽類被(bei)(bei)吸附，水(shui)(shui)質被(bei)(bei)凈化。
再生(sheng)(sheng)階段：就是模塊(kuai)的反(fan)(fan)沖洗(xi)(xi)(xi)(xi)過程（此過程也稱為再生(sheng)(sheng)），沖洗(xi)(xi)(xi)(xi)經過短接靜置的模塊(kuai)，使電(dian)極再生(sheng)(sheng)，反(fan)(fan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)流程可根據進水條件(jian)以及產水率要(yao)求(qiu)選擇一(yi)級反(fan)(fan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)、二級反(fan)(fan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)、三級反(fan)(fan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)或(huo)四(si)級反(fan)(fan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)。
3某鋼鐵廠電吸附系統運行情況
3.1項目概況
某鋼鐵集團冷(leng)(leng)軋廢(fei)水站改造項目(mu)對冷(leng)(leng)軋堿性含油廢(fei)水進(jin)行(xing)處理，前處理采用催化氧化＋生化MBR工藝，MBR工藝出水需進(jin)行(xing)除鹽，使電導率小于1500μS/cm后，達(da)到二類串接水標準(zhun)滿足(zu)生產回(hui)用。 該(gai)工程(cheng)于2009年(nian)5月順利完成，進(jin)入運行(xing)階段。該(gai)工程(cheng)的成功實施是我國在(zai)冷(leng)(leng)軋廢(fei)水回(hui)用處理領域的一大突破。
設計水(shui)源(yuan)：冷軋堿性含油(you)廢水(shui)
處理規模：150m3/h
產水(shui)要求：電導率≤1500us/cm，得水(shui)率75%，脫鹽率62.5%
產(chan)水用(yong)途：生產(chan)回用(yong)（二類串接水）
3.2系統總工藝(yi)流程
系統總工藝流(liu)程如圖(tu)3：
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圖-3系統工藝流(liu)程
3.3設計參數
（1）電吸附除鹽設備(bei)進水水質
電吸附除鹽設(she)備處理的廢水(shui)為(wei)MBR工藝出水(shui)，其進(jin)水(shui)水(shui)質指標：
電導(dao)率(lv)≤4000μS/cm；CODCr≤70mg/l；懸浮物≤5mg/l；濁(zhuo)度≤5NTU；油≤3mg/L；氯離子≤800mg/l；pH：6~9；溫(wen)度5~40℃。
（2）電吸附除鹽模塊
數量：24組，48個
清(qing)洗周期：正常工作條(tiao)件下不大于2次/年(nian)
運行(xing)方式：常(chang)溫常(chang)壓，連續運行(xing)
電(dian)極壽(shou)命：≥5年
電極(ji)材料(liao)(liao)：高(gao)比表面(mian)積(ji)（比表面(mian)積(ji)＞1000m2/g）復合(he)材料(liao)(liao)
耐(nai)受性：抗強(qiang)(qiang)酸(suan)（98%硫酸(suan)，30%鹽酸(suan)）、強(qiang)(qiang)堿（30%NaOH）
極(ji)對電(dian)壓：1.0~1.5V
3.4考(kao)核數據(ju)分析與討論
系(xi)統考核自5月24日上午(wu)9時開始，25日下午(wu)15時結(jie)束，考核期間，每小時記錄一次(ci)系(xi)統的運行數據，并于24、 25日分(fen)四次(ci)對(dui)(dui)產水(shui)(shui)取樣(yang)，檢(jian)測油及氯離子含量(liang)。 為驗(yan)證模塊對(dui)(dui)CODCr的去除效果，對(dui)(dui)原水(shui)(shui)產水(shui)(shui)分(fen)兩次(ci)取樣(yang)檢(jian)測CODCr的含量(liang)，以(yi)及濃排水(shui)(shui)中CODCr 的含量(liang)。
（1）在平(ping)(ping)均(jun)進水(shui)電導率在1335μS/cm的(de)情況下，平(ping)(ping)均(jun)出(chu)水(shui)電導率為277μS/cm，電導去除率（即(ji)除鹽率）為79.3%，系統產(chan)水(shui)2873 m3的(de)情況下，反(fan)洗水(shui)量為788.3 m3，產(chan)水(shui)率為78.5%。由于進水(shui)電導較低，因(yin)此模(mo)塊(kuai)所(suo)加(jia)的(de)電壓(ya)只(zhi)有220V，此時(shi)模(mo)塊(kuai)噸水(shui)耗電量0.55 KWh。
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圖-4進水(shui)電導與外供(gong)水(shui)電導曲線(xian)
（2）由于前(qian)一處(chu)(chu)理(li)單元系統(tong)來水(shui)(shui)量較小(xiao)(xiao)，不能保證(zheng)系統(tong)在(zai)150 m3/h下連(lian)續運行，性能考核期間選取21-24小(xiao)(xiao)時階段，將系統(tong)的處(chu)(chu)理(li)量調整(zheng)至滿負荷即150 m3/h，在(zai)平(ping)均進水(shui)(shui)電(dian)導(dao)(dao)1325μS/cm的情況(kuang)下，平(ping)均出水(shui)(shui)電(dian)導(dao)(dao)為(wei)286μS/cm，電(dian)導(dao)(dao)去除率為(wei)78.4%；產水(shui)(shui)509 m3的情況(kuang)下，反洗(xi)水(shui)(shui)量為(wei)136 m3，產水(shui)(shui)率為(wei)78.9%。模塊(kuai)噸水(shui)(shui)耗電(dian)量為(wei)0.55 KWh，與(yu)流量調節前(qian)運行指標基(ji)本一致。
從圖(tu)-4進水電導(dao)與外供(gong)水電導(dao)曲線上可以看出，系統(tong)考核期(qi)間外供(gong)水電導(dao)穩定，完全(quan)滿足該(gai)車(che)間生產(chan)用水的要求。
（3）考核期間取(qu)電吸(xi)(xi)附進(jin)水及出水，測氯(lv)(lv)離(li)子及油(you)的含(han)量，結果如表1，進(jin)水氯(lv)(lv)離(li)子含(han)量平均為(wei)275 mg/l，出水為(wei)34.8 mg/l，去(qu)除率為(wei)87.3%，高于(yu)79.3%的電導去(qu)除率，說明模塊(kuai)對氯(lv)(lv)離(li)子具有較高的選擇吸(xi)(xi)附性(xing)[4]；進(jin)水中油(you)的含(han)量為(wei)2.20 mg/l，出水為(wei)2.02 mg/l，降低8.2%，說明油(you)類不會在系統(tong)內(nei)累積。
表1：取樣(yang)檢測指標統計
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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% |
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取樣(yang)1# |
280 |
32.0 |
88.6 |
2.26 |
1.97 |
12.8 |
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取樣(yang)2# |
278 |
32.0 |
88.5 |
2.20 |
1.91 |
13.2 |
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取樣(yang)3# |
264 |
39.0 |
85.2 |
2.11 |
2.01 |
4.7 |
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取樣4# |
278 |
36.0 |
87.1 |
2.23 |
2.18 |
2.2 |
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平均值 |
275 |
34.8 |
87.3 |
2.20 |
2.02 |
8.2 |
（4）為(wei)(wei)驗證模(mo)塊對CODCr的(de)去(qu)除效(xiao)(xiao)果(guo)，分(fen)兩次取樣檢測模(mo)塊進水CODCr分(fen)別為(wei)(wei)16 mg/l 、52 mg/l，模(mo)塊出(chu)水CODCr為(wei)(wei)10 mg/l 、16 mg/l，CODCr的(de)去(qu)除率分(fen)別為(wei)(wei)37.5%、69.2%，檢測電吸(xi)(xi)附(fu)濃水池排污水的(de)CODCr含量(liang)為(wei)(wei)26 mg/l，以(yi)上數(shu)據表明(ming)在(zai)該項目中(zhong)模(mo)塊對CODCr有明(ming)顯(xian)的(de)去(qu)除效(xiao)(xiao)果(guo)，去(qu)除不是(shi)單純的(de)吸(xi)(xi)附(fu)與脫附(fu)過程而(er)是(shi)實現(xian)了降解，所以(yi)濃水CODCr沒(mei)有明(ming)顯(xian)的(de)提高，可以(yi)直接達標排放。
3.5成本分析
由于(yu)系統在運行過(guo)程中(zhong)，不使用任何藥(yao)劑(ji)，所以成(cheng)本僅(jin)為(wei)電耗(hao)及過(guo)濾(lv)材料消(xiao)耗(hao)：
（1）電耗：考核期(qi)間共耗電1579kWh，產水量2873m3，噸水耗電量為(wei)0.55kWh。電費(fei)以0.67元(yuan)/kWh計，噸水處理費(fei)用為(wei)0.369元(yuan)。
（2）過濾(lv)材料消耗(hao)：保安(an)過濾(lv)器(qi)濾(lv)袋使用時間(jian)按6天計算，濾(lv)袋所需費用為(wei)：70元(yuan)/只*20只*28小(xiao)(xiao)時/（6天*24小(xiao)(xiao)時），共(gong)計272元(yuan)，噸水處理(li)費用為(wei)0.095元(yuan)。
運行(xing)時模塊的噸水處理費用合計為(wei):0.336+0.095=0.464元。
3.6考核(he)結果
（1）性(xing)能考核期間，電(dian)(dian)吸附系統(tong)平(ping)(ping)均(jun)(jun)進水(shui)電(dian)(dian)導率1335µS/cm，電(dian)(dian)吸附產水(shui)電(dian)(dian)導率平(ping)(ping)均(jun)(jun)值為(wei)277µS/cm，去(qu)除率為(wei)79.3%；進水(shui)氯離子(zi)平(ping)(ping)均(jun)(jun)含(han)量為(wei)275mg/l出水(shui)平(ping)(ping)均(jun)(jun)氯離子(zi)含(han)量為(wei)34.8 mg/l，去(qu)除率為(wei)87.3%；平(ping)(ping)均(jun)(jun)產水(shui)率為(wei)78.5%，噸水(shui)耗(hao)電(dian)(dian)量為(wei)0.55kWh，完全滿(man)足生產回用要求。
（2）通(tong)過(guo)對模塊(kuai)進出(chu)水(shui)及濃水(shui)CODCr的測定(ding)表明，模塊(kuai)對CODCr有明顯的降解作用，且系統濃水(shui)CODCr不超標，可以實現達(da)標排放。
（3）通過對模(mo)塊(kuai)進出水油(you)(you)含量(liang)的(de)測定表明，模(mo)塊(kuai)對進水油(you)(you)含量(liang)指(zhi)標要求很(hen)低，且連續運行時，油(you)(you)不會(hui)在模(mo)塊(kuai)內實現累(lei)積，不影響系統正常運行，即電吸附系統可(ke)抗油(you)(you)類污(wu)染。
（4）電吸附系統(tong)性(xing)能(neng)考(kao)核期間(jian)，電吸附模塊、配電系統(tong)、控制系統(tong)、分析(xi)測量儀(yi)表和閥門性(xing)能(neng)良好(hao)。
（5）經(jing)計(ji)算在(zai)現有來水(shui)情況(kuang)下(xia)，系統(tong)的噸水(shui)處(chu)理成本為0.46元。
4總結
通過實(shi)際的工程運行(xing)考核結果表(biao)明，電(dian)吸附技術具有如下特點：
（1） 電吸附產水水質比較(jiao)穩(wen)定，能夠滿足(zu)冶金行業(ye)用(yong)于(yu)生產回用(yong)的要(yao)求；
（2） 由于電吸(xi)附(fu)技(ji)術在工作(zuo)過程中只對(dui)水(shui)里面的陰陽離(li)子做(zuo)功，只消耗一部分電能(neng)，所以其運(yun)行成(cheng)本較低 ，但隨著(zhu)原水(shui)含鹽量的增加其能(neng)耗也會相對(dui)上升；
（3） 電吸(xi)附技(ji)術對COD有(you)一(yi)定(ding)的降(jiang)解作用(yong)，由于(yu)每個(ge)行業或企業不同所以其COD的種類也不同，電吸(xi)附技(ji)術去除COD的效果(guo)也不盡相(xiang)同，一(yi)般在(zai)50%左(zuo)右，而(er)且(qie)排放(fang)的尾水不濃縮，可以直接達(da)標排放(fang)；
（4） 電吸附技術可以抗擊油(you)類污(wu)染；
（5） 電吸附除鹽系統(tong)自動化程度高(gao)、運行(xing)穩定、操作維護方便。
綜上，電吸附(fu)除鹽(yan)技(ji)(ji)術具有廣泛的(de)適應(ying)性，特別是在鋼鐵行(xing)業，由(you)于其需要處(chu)理(li)的(de)水質惡(e)劣(lie)、成分比較(jiao)復(fu)雜，水質波動較(jiao)大，尤(you)其是能夠發(fa)揮其抗沖(chong)擊性的(de)技(ji)(ji)術優(you)勢。因此，電吸附(fu)技(ji)(ji)術作為一項新(xin)興的(de)水處(chu)理(li)技(ji)(ji)術能夠滿足鋼鐵行(xing)業對(dui)除鹽(yan)技(ji)(ji)術的(de)要求。
參考文獻
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[2] B. E. 康維(陳艾等譯(yi)). 電(dian)化學超級電(dian)容器—科學原理及技(ji)術應用[M]. 北京: 化學工(gong)業(ye)出版(ban)社, 2005
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