莫廣付

(保定鈔票紙業(yè)有限公司，河北 保定，071071)

目前，大部分制漿造紙企業(yè)的廢水都采用傳統(tǒng)的一級(jí)沉淀、二級(jí)生化處理的工藝進(jìn)行處理。盡管在生化處理過(guò)程中可以去除大部分可降解的化合物，但是隨著GB3544—2008標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，傳統(tǒng)的二級(jí)生化處理技術(shù)已經(jīng)難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求[1］。華北地區(qū)缺水嚴(yán)重，對(duì)制漿造紙廢水深度處理技術(shù)進(jìn)行研究以重復(fù)利用水資源非常重要。制漿造紙廢水深度處理方法主要有混凝、吸附、生物處理、膜分離、高級(jí)氧化及生態(tài)處理等技術(shù)[2-3］。

由于處理方法和效率的不同，生產(chǎn)的可回用水的水質(zhì)也有區(qū)別，尤其是隨著造紙廢水深度處理技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高了回用水質(zhì)量，也帶來(lái)了不易處理的濃水問(wèn)題。目前濃水處理方法主要有熱法、膜蒸餾法、反滲透 (RO)膜法+熱法、RO膜法+水膜除塵 (電廠、鋼廠等)、fenton氧化法等[4-5］，有的處理方法現(xiàn)在還不成熟，有的方法應(yīng)用處理成本太高，制約了深度處理技術(shù)在造紙廢水中的應(yīng)用。另外中水反復(fù)回用，水中離子產(chǎn)生積累，影響生產(chǎn)中的電位平衡。所以需要研究出一種可行的去離子處理方法。

電吸附技術(shù) (ElectrosorbTechnology，簡(jiǎn)稱EST)，又稱電容性除鹽技術(shù)，是20世紀(jì)60年代開(kāi)始興起的一項(xiàng)水處理技術(shù)。基本原理是基于電化學(xué)中的雙電層理論，利用帶電電極表面的電化學(xué)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)水中帶電粒子的去除、有機(jī)物的分解等目的[6-7］。實(shí)驗(yàn)多對(duì)海水淡化、工業(yè)原料成分分離等進(jìn)行研究[8-9］，還沒(méi)有開(kāi)展電吸附技術(shù)應(yīng)用于造紙廢水處理的研究報(bào)道。本試驗(yàn)利用電吸附技術(shù)除鹽的特性，與超濾膜、(超濾膜+反滲透膜)(以下簡(jiǎn)稱雙膜法)組合試驗(yàn)，對(duì)超濾膜、雙膜法處理產(chǎn)生的不同水質(zhì)進(jìn)行電吸附處理進(jìn)行研究，研究探索電吸附技術(shù)在造紙廢水深度處理回用中的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)裝置和儀器

保安過(guò)濾器為全自動(dòng)過(guò)濾器，濾徑為150 μm，流量為5 m3/h。

超濾膜為天津膜天膜公司生產(chǎn)的PVDF UOF-4C超濾膜，過(guò)濾孔徑為0.03 μm(30 nm)，處理能力為3 t/h。

反滲透裝置為陶氏公司試驗(yàn)機(jī)。

電吸附裝置為常州愛(ài)斯特公司的專利產(chǎn)品，處理能力為500 L/h。

整套試驗(yàn)裝置為全自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。水源為二沉池出水。

試驗(yàn)地點(diǎn):某公司污水處理場(chǎng)預(yù)處理站。

1.2 性能檢測(cè)

COD檢測(cè)依照GB11914—1989化學(xué)需氧量的測(cè)定-重鉻酸鹽法測(cè)定。

電導(dǎo)率檢測(cè)依照GB/T 11007—2008電導(dǎo)率儀試驗(yàn)方法測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)方案

為了探索電吸附技術(shù)在造紙廢水中的應(yīng)用，試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為兩種:①電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水;②電吸附技術(shù)處理雙膜法的濃水。設(shè)計(jì)的電吸附試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 電吸附試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3.1 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水

電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水流程見(jiàn)圖1。

1.3.2 電吸附技術(shù)處理雙膜法的濃水

電吸附技術(shù)處理雙膜法的濃水流程見(jiàn)圖2。

2 結(jié)果和討論

2.1 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水

圖1 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水流程圖

圖2 電吸附技術(shù)處理雙膜法濃水流程圖

利用電吸附技術(shù)去除離子的特點(diǎn)對(duì)超濾膜產(chǎn)水進(jìn)行處理，測(cè)試了電吸附技術(shù)對(duì)超濾膜產(chǎn)水CODCr、TDS的去除率及對(duì)電導(dǎo)率的降低。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

2.1.1 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水對(duì)CODCr去除率的影響

圖3所示為電吸附技術(shù)對(duì)超濾膜產(chǎn)水CODCr去除率的影響。從表2和圖3可以看出，電吸附技術(shù)對(duì)超濾膜產(chǎn)水CODCr有較高的去除率，產(chǎn)水CODCr去除率達(dá)42.3%，最高可達(dá)72%。電吸附排水CODCr去除率達(dá)42.8%，最高達(dá)50.6%。因此，電吸附技術(shù)對(duì)超濾膜產(chǎn)水CODCr有較好的去除效果。電吸附產(chǎn)水可直接回用于生產(chǎn)，排水由于不增加CODCr含量不用再處理可直接排放。廢水回收率高達(dá)75%以上，處理工藝流程簡(jiǎn)單，無(wú)二次污染，廢水中僅含高濃度離子，無(wú)CODCr升高的現(xiàn)象。

圖3 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水對(duì)CODCr去除率的影響

從表2可以看出，電吸附技術(shù)處理后的產(chǎn)水和排水的CODCr值均低于其進(jìn)水水質(zhì)。排水CODCr平均值40.8 mg/L，達(dá)到CODCr排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.2 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水對(duì)電導(dǎo)率和TDS的影響

超濾膜對(duì)鹽沒(méi)有去除效果，除鹽主要在電吸附段。圖4為電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水對(duì)電導(dǎo)率和TDS的影響。從表2和圖4可以看出，超濾膜產(chǎn)水電導(dǎo)率在908 μS/cm，電吸附產(chǎn)水電導(dǎo)率在232 μS/cm，離子去除率達(dá)到74.4%。電吸附技術(shù)對(duì)TDS的去除率為75%。電吸附排水的電導(dǎo)率為1533 μS/cm。電吸附產(chǎn)水的電導(dǎo)率為232 μS/cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于公司生產(chǎn)用自來(lái)水550 μS/cm左右的水平，達(dá)到了軟化水的作用，避免回用于生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生結(jié)垢及離子積累的現(xiàn)象。

表2 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水試驗(yàn)結(jié)果

圖4 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水對(duì)電導(dǎo)率和TDS的影響

2.2 電吸附技術(shù)處理雙膜法的濃水

利用電吸附技術(shù)去除離子的特點(diǎn)對(duì)雙膜法濃水進(jìn)行處理，測(cè)試了電吸附技術(shù)對(duì)雙膜法濃水CODCr、TDS的去除率及對(duì)電導(dǎo)率的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2.2.1 電吸附技術(shù)對(duì)雙膜法濃水CODCr的去除

電吸附技術(shù)對(duì)雙膜法濃水CODCr的去除率見(jiàn)表3和圖5。從表3和圖5可以看出，雙膜法濃水CODCr含量高，電吸附技術(shù)處理后對(duì)CODCr有一定去除效果，CODCr去除率平均達(dá)58.8%。電吸附排水CODCr去除率達(dá)到48.7%。

2.2.2 電吸附技術(shù)處理雙膜法濃水對(duì)電導(dǎo)率和TDS的影響

電吸附技術(shù)處理雙膜法濃水對(duì)電導(dǎo)率和TDS的影響結(jié)果見(jiàn)表4和圖6。由表4和圖6可以看出，電吸附技術(shù)處理雙膜法濃水對(duì)降低電導(dǎo)率和去除TDS有較好的效果，對(duì)電導(dǎo)率和TDS降低效果分別達(dá)到72.1%和72.3%。

從試驗(yàn)結(jié)果綜合比較來(lái)看，雙膜法濃水經(jīng)電吸附技術(shù)處理后，電導(dǎo)率降低72.1%，TDS去除效果明顯，電導(dǎo)率平均值為652.2 μS/cm，TDS為410.4 mg/L，接近市政自來(lái)水水平 (556 μS/cm，417 mg/L)。剩余約25%的電吸附排水，由于其含鹽量太高，無(wú)法進(jìn)一步回用，這部分水經(jīng)電吸附技術(shù)處理后 (見(jiàn)表4)，其CODCr普遍降低至60 mg/L左右。

表3 電吸附技術(shù)處理雙膜法濃水對(duì)CODCr去除率的影響

圖5 電吸附技術(shù)對(duì)雙膜法濃水CODCr去除率的影響

表4 電吸附技術(shù)處理雙膜法濃水對(duì)電導(dǎo)率和TDS的影響

圖6 電吸附技術(shù)處理雙膜法濃水對(duì)電導(dǎo)率和TDS的影響

2.3 機(jī)理分析

當(dāng)待處理的超濾膜產(chǎn)水和雙膜法濃水 (簡(jiǎn)稱水樣)從電吸附裝置一端進(jìn)入由陰陽(yáng)電極形成的通道，最終從另一端流出，水樣中帶有極性的離子或有機(jī)物受到電場(chǎng)作用吸附在電極板上，儲(chǔ)存在電極表面所形成的雙電層中。隨著水樣中帶電粒子在電極表面濃縮，通道水中溶解鹽類、膠體顆粒及其他帶電物質(zhì)的濃度大大降低，從而實(shí)現(xiàn)水樣的除鹽、去硬、淡化及凈化。從試驗(yàn)結(jié)果看出，超濾膜產(chǎn)水和雙膜法濃水經(jīng)過(guò)電吸附裝置處理后，電導(dǎo)率降低，TDS含量下降，CODCr得到去除。

3 成本討論

根據(jù)資料顯示，若RO濃水的TDS≤3000 mg/L，RO膜法處理RO濃水的運(yùn)行壓力在2.0 MPa左右，則噸水運(yùn)行費(fèi)在1.3～1.8元范圍內(nèi);若RO濃水的TDS在3000～7000 mg/L，RO膜法處理RO濃水的運(yùn)行壓力在2.0～2.5 MPa，則噸水運(yùn)行費(fèi)在1.5～2.2元范圍內(nèi)。膜蒸餾工藝處理RO濃水，處理規(guī)模在10 t/h，噸水運(yùn)行費(fèi)用在5～8元 (能耗、化學(xué)品消耗)。采用熱法處理RO濃水，1 t蒸汽可產(chǎn)水8～10 t淡水，若蒸汽價(jià)格以100～160元/t計(jì)算，則噸水運(yùn)行費(fèi)用為10～16元。從工藝上講，RO濃水處理達(dá)標(biāo)排放是可行的，但處理成本較高。

電吸附工藝處理雙膜法濃水，如果不考慮折舊成本和人工，運(yùn)行成本只有電費(fèi)，不加任何化學(xué)藥劑，經(jīng)測(cè)算，噸水處理電耗為1.86 kWh，電費(fèi) 0.56元/kWh，運(yùn)行成本為0.56×1.86=1.04元。

4 結(jié)論

采用電吸附技術(shù)深度處理造紙廢水，不僅可以降低電導(dǎo)率、TDS，而且可以去除部分CODCr，在處理過(guò)程中不添加化學(xué)藥品，是一個(gè)比較理想的造紙廢水深度處理技術(shù)。

4.1 電吸附裝置處理超濾膜產(chǎn)水，對(duì)CODCr有較好的去除效果，對(duì)離子含量有更加顯著的去除率，高達(dá)74.4%，產(chǎn)水水質(zhì)可用于生產(chǎn)，排水不用再處理可直接排放。廢水回收率達(dá)75%以上，處理工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)方便，無(wú)二次污染。

4.2 電吸附裝置處理 (超濾膜+反滲透膜)(簡(jiǎn)稱雙膜法)濃水，CODCr去除率達(dá)到58.8%，電導(dǎo)率降低了72.1%，TDS去除率達(dá)到72.3%。

4.3 試驗(yàn)過(guò)程中，電吸附技術(shù)除鹽效果比較穩(wěn)定，去除率高達(dá)70%以上，且在去除CODCr方面有一定的效果。

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