摘要：介紹電吸附技術(shù)和雙膜技術(shù)原理及工藝特點，在水源情況相同、回用目的相同、環(huán)境影響相同的條件下對比兩種水處理技術(shù)的優(yōu)缺點。通過綜合考慮項目規(guī)模、回用要求、建設(shè)用地、資金周轉(zhuǎn)、運行成本等因素，提出選用何種技術(shù)，建議將達標污水源、取水設(shè)施、輸水設(shè)施、配套設(shè)施等因素也作為參考。

關(guān)鍵詞：電吸附技術(shù) 雙膜技術(shù) 達標污水 循環(huán)冷卻水

傳統(tǒng)除鹽技術(shù)成熟，使用廣泛，經(jīng)驗豐富，主要方法有蒸餾法、離子交換法和電滲析法，但這些技術(shù)存在工藝復(fù)雜、運行維護工作量大和污染環(huán)境等缺點，正逐步被新興除鹽技術(shù)所替代。新興除鹽技術(shù)工藝簡單、運行維護方便、環(huán)境友好，主要方法有電吸附技術(shù)和反滲透技術(shù)。反滲透技術(shù)在石油化工企業(yè)已有廣泛的應(yīng)用，例如應(yīng)用在中國石化廣州石化分公司化工污水處理回用工程、在中國石油哈爾濱石化化工污水處理回用工程中。電吸附技術(shù)在太原化學(xué)工業(yè)集團公司廢水回用提質(zhì)工程、中國石化齊魯分公司煉油廢水回用工程等項目中得以應(yīng)用。

1 電吸附技術(shù)和反滲透技術(shù)簡介

1.1 電吸附技術(shù)

電吸附技術(shù)除鹽的基本原理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，對雙電層的充放電進行控制，改變雙電層處的離子濃度，并使之不同于本體濃度，從而實現(xiàn)對水溶液的除鹽［1］。電吸附技術(shù)采用材料要求導(dǎo)電性能良好，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。雙電層厚度只有1～10 nm，卻能吸引大量的電解質(zhì)離子，并儲存一定的能量。一旦除去電場，吸引的離子被釋放到本體溶液中，溶液中濃度升高，通過這一過程去除離子，如圖1 所示。

圖1 電吸附除鹽原理

1.2 反滲透技術(shù)

反滲透（RO）技術(shù)是利用壓力差為動力的膜分離過濾技術(shù)，其孔徑小至納米級。在一定的壓力下，H2O 分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質(zhì)無法透過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區(qū)分開來，因此反滲透可以高質(zhì)量的產(chǎn)水。

2 除鹽工藝比較

對電吸附技術(shù)與雙膜技術(shù)進行比較，其比較依據(jù)是市政達標污水400m3 /h（一級A 標準，電導(dǎo)率3 800 μS /cm）、產(chǎn)水水質(zhì)達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)（GB /T 19923—2005）》循環(huán)冷卻水標準。比較的內(nèi)容包括工藝流程、工藝進水要求、工藝產(chǎn)水效果、投資費用、占地面積、運行管理等項目。

2.1 進水要求

1）電吸附技術(shù)進水較低。電吸附技術(shù)對污水中有機物含量（以化學(xué)需氧量COD 計量）要求較低，進入電吸附模塊的污水COD 一般低于60 mg/L 即可；電吸附技術(shù)對污水濁度要求較低。由于電吸附除鹽裝置采用通道式結(jié)構(gòu)（通道寬度為毫米級），因此不易堵塞，進入電吸附模塊的污水的濁度一般小于51 mg /L。電吸附除鹽裝置采用特殊的惰性材料為電極，還可抗一定程度的油類污染。

2）雙膜技術(shù)進水要求較高。雙膜技術(shù)要求有嚴格的預(yù)處理，需要保證污水COD 低于30 mg /L、污染指數(shù)小于3、大腸菌群小于3 個/L 等要求、清洗周期不小于3 個月等。通常采用前置深度處理工藝進一步降低污水中的有機物含量，或者將深度處理工藝設(shè)置在污水處理站工藝流程末端。在進水要求方面，雙膜技術(shù)比電吸附技術(shù)嚴格。

2.2 工藝流程比較

1）電吸附技術(shù)流程比較簡單。市政達標污水經(jīng)過濾后再經(jīng)電吸附模塊除鹽處理即可直接回用。電吸附工藝除了采用硫酸作模塊酸洗再生用藥劑外，無需投加其他藥劑。電吸附再生時排放的濃鹽水由于有機物濃度（COD）達到排放標準，因此可以直接排放。圖2 為電吸附技術(shù)流程簡圖，圖中數(shù)字為小時水量，產(chǎn)水率按75%計［1］。

圖2 電吸附技術(shù)流程［2］

2）雙膜技術(shù)工藝流程比較復(fù)雜。雙膜技術(shù)前需設(shè)置預(yù)處理進一步降低污染物，預(yù)處理可以采用曝氣生物濾池等工藝，以確保污水達到雙膜技術(shù)的需求，如采用曝氣生物濾池工藝還需為之配套設(shè)置曝氣風(fēng)機系統(tǒng)、污泥處置系統(tǒng)等附加設(shè)施。反滲透產(chǎn)生的濃鹽水（COD 值100～200 mg /L）需經(jīng)過化學(xué)氧化工藝處理后方可排放。

圖3 雙膜技術(shù)除鹽工藝流程［3］

圖3 為雙膜技術(shù)工藝流程簡圖，圖中數(shù)字為小時水量。電吸附技術(shù)流程比雙膜技術(shù)工藝流程簡單。

2.3 工藝產(chǎn)水效果

1）電吸附技術(shù)產(chǎn)水效果達到標準。電吸附技術(shù)產(chǎn)水水質(zhì)達到循環(huán)冷卻水補充水要求。通常，電吸附技術(shù)產(chǎn)水電導(dǎo)率在600～1 000 μS /cm，或者總?cè)芙庑怨腆w低于800 mg /L。

2）雙膜技術(shù)產(chǎn)水效果達到標準，但堿度過低。電吸附技術(shù)產(chǎn)水水質(zhì)達到循環(huán)冷卻水補充水要求。通常，雙膜技術(shù)產(chǎn)水電導(dǎo)率在50～200μS /cm，或者總?cè)芙庑怨腆w低于150 mg /L。

3）工藝產(chǎn)水效果方面電吸附技術(shù)可達到回用水標準，雙膜技術(shù)可達到回用水標準，但易造成循環(huán)冷卻水處理運行成本的提高。

2.4 投資費用

處理規(guī)模為400m3 /h 的裝置，電吸附技術(shù)產(chǎn)水300 m3 /h，項目總投資為2 980 萬元，雙膜技術(shù)產(chǎn)水280m3 /h，項目總投資為2 103 萬元。電吸附技術(shù)與雙膜技術(shù)投資費用比較見表1。

表1 電吸附技術(shù)與雙膜技術(shù)投資費用比較萬元

注：1）總投資包含工藝設(shè)備、土建設(shè)施、電氣設(shè)備、自控設(shè)備以及供水設(shè)備費用，不包括供水管網(wǎng)投資費用。

2）雙膜技術(shù)除鹽工藝中的超濾膜和反滲透膜的設(shè)計規(guī)模已按照前文所述產(chǎn)水混兌方案選取。

在除鹽本身投資費用方面，雙膜技術(shù)比電吸附技術(shù)低，但是相應(yīng)的配套處理設(shè)施方面雙膜技術(shù)比電吸附工藝投資大。

2.5 占地面積

電吸附技術(shù)除鹽工藝的占地面積比較小，約為2 400m2；雙膜技術(shù)除鹽工藝占地面積約為3 200m2，雙膜技術(shù)占地面積中未考慮深度處理設(shè)施和濃鹽水處理設(shè)施，在占地面積方面電吸附技術(shù)比雙膜技術(shù)小一些。

2.6 運行管理

電吸附技術(shù)與雙膜技術(shù)均已實現(xiàn)完全計算機程序控制，操作簡單，操作工人一般情況下僅需值守即可。電吸附技術(shù)年直接運行成本352 萬元，總運行成本598 萬元，單位產(chǎn)水直接運行成本1.47元/t，單位產(chǎn)水完全成本2.49 元/t；雙膜技術(shù)年直接運行成本571 萬元，總運行成本830 萬元，單位產(chǎn)水直接運行成本2.55 元/t，單位產(chǎn)水運行成本3.70 元/t。電吸附技術(shù)與雙膜技術(shù)運行成本比較見表2。

表2 電吸附技術(shù)與雙膜技術(shù)運行成本比較

在運行管理方面，電吸附技術(shù)與雙膜技術(shù)均可實現(xiàn)計算機程控，操作簡便，電吸附技術(shù)比雙膜技術(shù)運行成本低。

2.7 除鹽處理工藝綜合比較

除鹽處理工藝的工藝流程、工藝進水要求、工藝產(chǎn)水效果、投資費用、占地面積、運行管理綜合比較見表3。

表3 電吸附技術(shù)和雙膜技術(shù)綜合比較

從表3 可以發(fā)現(xiàn)，電吸附技術(shù)與雙膜技術(shù)有著各自的優(yōu)勢，電吸附技術(shù)的優(yōu)勢在單位產(chǎn)水運行成本上低于雙膜技術(shù)工藝（低約1.21 元/t），年運行成本可節(jié)約232 萬元，3 年多時間即可收回投資差價，占地面積可節(jié)約25%。雙膜技術(shù)工藝的優(yōu)勢是工藝單元總投資低于電吸附技術(shù)（低約877萬元）。

3 結(jié)束語

利用市政達標污水生產(chǎn)再生工業(yè)用水是緩解水資源短缺的一項有力舉措，電吸附技術(shù)和雙膜技術(shù)均可滿足利用市政達標污水生產(chǎn)再生工業(yè)用水項目的需求。該文的比較是建立在水源情況相同、回用目的相同、環(huán)境影響相同的基礎(chǔ)上。具體項目應(yīng)用過程中，選擇哪一項技術(shù)，建議根據(jù)項目規(guī)模、回用要求、建設(shè)用地、資金周轉(zhuǎn)、運行成本等因素綜合考慮，除上述主要因素外，建議將下列因素也作為參考：市政達標污水源、取水設(shè)施、輸水設(shè)施、配套設(shè)施等。

參考文獻

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［2］黃斌，潘咸峰，孫曉慰，等. 電吸附組合工藝在煉油污水回用中的研究與應(yīng)用［J］. 環(huán)境工程，2009，27（6）：6.

［3］仝志明. 雙膜工藝回用煉油廢水長期穩(wěn)定運行經(jīng)驗總結(jié)［J］.現(xiàn)代化工， 2007，27（增刊2）：434.

作者簡介：黃政， 男， 1974 年10 月出生，工程師，1997 年畢業(yè)于同濟大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)。

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