電吸附技術(shù)在造紙廢水深度處理中的應(yīng)用

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)的一級沉淀、二級生化處理的工藝進行處理。盡管在生化處理過程中可以去除大部分可降解的化合物，但是隨著GB3544—2008標準的頒布實施，傳統(tǒng)的二級生化處理技術(shù)已經(jīng)難以達到排放標準要求[1］。華北地區(qū)缺水嚴重，對制漿造紙廢水深度處理技術(shù)進行研究以重復(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，也帶來了不易處理的濃水問題。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，簡稱EST)，又稱電容性除鹽技術(shù)，是20世紀60年代開始興起的一項水處理技術(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)特性來實現(xiàn)水中帶電粒子的去除、有機物的分解等目的[6-7］。實驗多對海水淡化、工業(yè)原料成分分離等進行研究[8-9］，還沒有開展電吸附技術(shù)應(yīng)用于造紙廢水處理的研究報道。本試驗利用電吸附技術(shù)除鹽的特性，與超濾膜、(超濾膜+反滲透膜)(以下簡稱雙膜法)組合試驗，對超濾膜、雙膜法處理產(chǎn)生的不同水質(zhì)進行電吸附處理進行研究，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

1.1 試驗裝置和儀器

保安過濾器為全自動過濾器，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機。

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

整套試驗裝置為全自動連續(xù)運行。水源為二沉池出水。

試驗地點:某公司污水處理場預(yù)處理站。

1.2 性能檢測

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

電導(dǎo)率檢測依照GB/T 11007—2008電導(dǎo)率儀試驗方法測定。

1.3 試驗方案

為了探索電吸附技術(shù)在造紙廢水中的應(yīng)用，試驗方案設(shè)計為兩種: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)計的電吸附試驗參數(shù)見表1。

表1 電吸附試驗設(shè)計參數(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)去除離子的特點對超濾膜產(chǎn)水進行處理，測試了電吸附技術(shù)對超濾膜產(chǎn)水CODCr、TDS的去除率及對電導(dǎo)率的降低。試驗結(jié)果見表2。

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

圖3所示為電吸附技術(shù)對超濾膜產(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)對超濾膜產(chǎn)水CODCr有較高的去除率，產(chǎn)水CODCr去除率達42.3%，最高可達72%。電吸附排水CODCr去除率達42.8%，最高達50.6%。因此，電吸附技術(shù)對超濾膜產(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75%以上，處理工藝流程簡單，無二次污染，廢水中僅含高濃度離子，無CODCr升高的現(xiàn)象。

圖3 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水對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值均低于其進水水質(zhì)。排水CODCr平均值40.8 mg/L，達到CODCr排放標準要求。

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

超濾膜對鹽沒有去除效果，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，離子去除率達到74.4%。電吸附技術(shù)對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，遠遠低于公司生產(chǎn)用自來水550 μS/cm左右的水平，達到了軟化水的作用，避免回用于生產(chǎn)時產(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)水試驗結(jié)果

圖4 電吸附技術(shù)處理超濾膜產(chǎn)水對電導(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)去除離子的特點對雙膜法濃水進行處理，測試了電吸附技術(shù)對雙膜法濃水CODCr、TDS的去除率及對電導(dǎo)率的影響。試驗結(jié)果見表3。

2.2.1 電吸附技術(shù)對雙膜法濃水CODCr的去除

電吸附技術(shù)對雙膜法濃水CODCr的去除率見表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CODCr有一定去除效果，CODCr去除率平均達58.8%。電吸附排水CODCr去除率達到48.7%。

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

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

從試驗結(jié)果綜合比較來看，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，無法進一步回用，這部分水經(jīng)電吸附技術(shù)處理后 (見表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CODCr去除率的影響

圖5 電吸附技術(shù)對雙膜法濃水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)處理雙膜法濃水對電導(dǎo)率和TDS的影響

2.3 機理分析

當待處理的超濾膜產(chǎn)水和雙膜法濃水 (簡稱水樣)從電吸附裝置一端進入由陰陽電極形成的通道，最終從另一端流出，水樣中帶有極性的離子或有機物受到電場作用吸附在電極板上，儲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，從而實現(xiàn)水樣的除鹽、去硬、淡化及凈化。從試驗結(jié)果看出，超濾膜產(chǎn)水和雙膜法濃水經(jīng)過電吸附裝置處理后，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濃水的運行壓力在2.0 MPa左右，則噸水運行費在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濃水的運行壓力在2.0～2.5 MPa，則噸水運行費在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，噸水運行費用在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，若蒸汽價格以100～160元/t計算，則噸水運行費用為10～16元。從工藝上講，RO濃水處理達標排放是可行的，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，運行成本只有電費，不加任何化學(xué)藥劑，經(jīng)測算，噸水處理電耗為1.86 kWh，電費 0.56元/kWh，運行成本為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，在處理過程中不添加化學(xué)藥品，是一個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CODCr有較好的去除效果，對離子含量有更加顯著的去除率，高達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75%以上，處理工藝流程簡單，運行維護方便，無二次污染。

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

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

[1]WANG Xiao-cong GUO Xiao-wei，HU wen-fei，et al Lei.Advanced Treatment of Pulping and Papermaking Waster Water[J］.China Pulp＆ Paper，2012，31(12):45.王小聰，郭曉偉，胡文斐，等.制漿造紙廢水深度處理研究[J］.中國造紙，2012，31(12):45.

[2]YAO Jun.Research and Development on StatμS of Wasterwater Deep Treatment Technology[J］.Total Corrosion Control，2013，27(4):40.姚 軍.廢水深度處理技術(shù)研究的現(xiàn)狀和發(fā)展[J］.全面腐蝕控制，2013，27(4):40.

[3]ZHAO Deng，ZHANG An-long，LUO qing.New Technology of Advanced Treating Papermaking IndμStry Waasterwater[J］. Heilongjiang Pulp ＆ Paper，2012(3):36.趙 登，張安龍，羅 清.制漿造紙廢水深度處理新技術(shù)[J］.黑龍江造紙，2012(3):36.

[4]MO Li-huan，ZHOU Zhi-ming，WANG Yu-feng.Advanced Treatment of Pulping Effuent by Ultrasonic Strengthened Fenton Process[J］.China Pulp ＆ Paper，2012，31(1):23.莫立煥，周志明，王玉峰.超聲波強化Fenton試劑深度處理制漿中段廢水[J］.中國造紙，2012，31(1):23.

[5]GUO Rui-li，SHI Yu，WANG Zeng-zhang.Reseach Development on Organics Removal in Reverse Osmosis Cencentrates[J］.Technology of Water Treatment，2013，39(4):1.郭瑞麗，石 玉，王增長.反滲透濃水中有機物去除的研究進展[J］.水處理技術(shù)，2013，39(4):1.

[6]LI Yong-hui.Application of Electrosorb Technology in Treatment ofSewage Discharged from Circulating Cooling Water System[J］.IndμStrial Water＆Wastewater，2012，43(5):71.李永輝.電吸附技術(shù)在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水處理中的應(yīng)用[J］.工業(yè)用水與廢水，2012，43(5):71.

[7]SUN Xiao-wei，ZHU Guo-fu.Electro-absorption technology and EST equipment[J］.Industrial Water Treatment 2002，22(8):1.孫曉慰，朱國富.電吸附水處理技術(shù)及設(shè)備[J］.工業(yè)水處理，2002，22(8):1.

[8]ZHANG Guo-zhen，LI Na，WU Fu-ping，et al.Electric adsorption treatment study on refinery reverse osmosis condensed water desalination[J］.Technology Of Water Treatment，2102，38(8):88.張國珍，李 娜，武福平，等.電吸附法處理煉化反滲透濃水脫鹽研究[J］.水處理技術(shù)，2012，38(8):88.

[9]CHEN Zhao-lin，SONG Cun-yi，SUN Xiao-wei，et al.Progress in the reseach on the electrosorption desalination technology and its application[J］.Industrial Water Treatment，2011(4):11.陳兆林，宋存義，孫曉慰，等.電吸附除鹽技術(shù)的研究與應(yīng)用進展[J］.工業(yè)水處理，2011(4):11.