背景介绍

电吸附除盐技术是由常州爱思特净化设备有限公司开发的具有自主知识产权的除盐技术。中石化齐鲁分公司研究院2003年因为进行乙烯含盐污水回用技术研究，在进行工艺路线选择时，针对乙烯污水处理场外排污水的特点，特别需要一种既耐有机污染的又具备除盐功能的技术，而此时爱思特公司刚好开发出 电吸附除盐技术，已经有了初期的工业化设备用于引用水处理，并通过学术交流会的形式对新技术进行了公布。由此开始，我们2个单位开始进行3年的友好合作， 共同进行电吸附技术在石化污水回用领域应用的研究工作，爱思特公司提供设备，齐鲁研究院进行污水处理的试验，发现问题后共同研究、协商，并对电吸附工艺进 行改进。从2003年至2005年期间，使用爱思特公司提供的EMK300、EMK300B、EMK320和EMK400产品，分别对齐鲁石化乙烯污水处 理场I、II系列低含盐生化出水、黄河水和齐鲁石化炼油实业部二净化污水处理场生化出水进行除盐试验，试验结果表明：采用电吸附除盐技术可以将中水和净水 中的盐含量按需求进行去除，并且可以达到阴、阳离子同时去除，与此同时电吸附除盐设备可以保持长周期稳定运行。现将这三年的工作按项目总结如下：

1、2003年乙烯污水回用脱盐试验

2003年乙烯污水回用脱盐试验使用的电吸附模块的型号为EMK300和EMK300B。流程为两级模块串联，间歇运行，处理规模为 1m3/h。第一级使用EMK300B，有50×6=300对模块，第二级使用EMK300，有50×3=150对模块，每对模对的尺寸为 300×1800mm，因此，模块的总面积为234m2，单位面积连续处理水量为2.14L/m2/h。试验全部采用手动操作。试验流程见表1：

表1  EMK300B和EMK300模块串联试验结果

表1的试验结果表明：采用EMK300B和EMK300模块串联处理乙烯污水（电导率为2500μS/cm，处理水量1m3/h），模对电 压为1.4V时除盐效果明显；电导率去除率为68%时，钙硬的去除率为83.1%，氯离子的去除率为70.4%，硫酸根去除率为81.4%，而且电吸附模 块对COD有去除能力，去除率可以达到27.5%，此时，产水率为66.7%，生产每吨水的电耗为2.7度电。 

乙烯污水脱盐试验中存在的问题：

• 模块启动电流过大，可以达到110A，电器部分负荷很大，需要采用较大的变压器；
• 外接变压器，间歇式手动调压，调压的准确度低，电压调整时，电流会明显增加，说明电耗在明显增加；
• 短接放电时，电流过大，由于放电电流达到300A以上，发生过电器元件过载的现象，而且此部分能量白白浪费掉，增加了单位产水的成本；
• EMK300模块是方形，反洗时，顶部常漏水，说明模块承压能力差；
• EMK300B模块的电极数量为300模块的2.0倍，单独使用时EMK300B模块的处理效果较EMK300模块差，事后证明该模块存在串水现象；
• 由于生化出水电导率过高（约13000μS/cm），电吸附脱盐试验所用的原水为自来水与生化出水的配水，不能完全说明证明电吸附模块抗化工污水污染的能力；
• 电吸附模块的试验周期较短，能否在工业应用中长期连续运行需要验证。

2、2004年炼油污水回用脱盐试验

2004年炼油污水回用脱盐试验使用的电吸附模块的型号为EMK320。流程为两级模块串联，间歇运行，处理规模为1m3/h。每一级均有 59×2=118对模块，每对模对的尺寸为300×1800mm，因此模对的总面积为127.44m2，单位面积连续处理水量为3.92L/m2.h。试 验结果见表2。

该电吸附脱盐装置较2003年使用的有如下几个方面的改进：

• 电吸附模块设计成长方体，并增设加强筋，使模块具有一定的承压能力，战地面积也大大减少；
• 电吸附脱盐装置除盐过程实现了自动和手动两种方式运行；
• 模块启动时可以按要求自动增加电压，电路系统中设置了限流，可避免电流过大，因此变压器相对较小；
• 短接放电采用电阻放电，设置铜排，有效地避免了电器元件过载的现象，同时还可以将模块中的电尽快放掉；
• 电吸附装置工作23小时后，增加0.5小时的反洗时间，该部分水可以回到原水池中，不降低产水率。此措施用于降低模块因连续工作而产生的无机盐积累；
• 电吸附装置工作若干个周期时，将中间水池中的反洗水PH调至3，在反洗的浓水排放期间内使用一次，可有效提高电吸附装置的工作效率，此措施用于解决电吸附模块再生是否完全问题；
• 设备运行一段时间后进行彻底酸洗，用于彻底消除电吸附脱盐装置的无机盐积累问题。

 表2  EMK320模块串联处理炼油污水试验结果

表2的试验结果表明：采用EMK320模块串联处理乙烯污水（电导率为1239μS/cm，处理水量1m3/h），模对电压为1.31V时 除盐效果明显；电导率去除率为76.0%时，钙硬的去除率为75.3%，氯离子的去除率为81.6%，硫酸根去除率为83.5%，而且EMK320电吸附 模块对COD去除能力较好，去除率可以达到63.0%，此时，产水率为66.7%，生产每吨水的电耗为1.8度电。

3、2004年黄河水脱盐试验

2004年黄河水脱盐试验使用的电吸附模块与2004年炼油污水回用脱盐试验使用的是同一块电吸附模块，间歇运行，处理规模为1.4m3/h，单位面积连续处理水量为5.49L/m2.h，试验结果见表3。

表3  EMK320模块串联处理黄河水试验结果

表3的试验结果表明：采用EMK320模块串联处理黄河水（电导率为976μS/cm，处理水量1.4m3/h），模对电压为1.36V时 除盐效果明显；电导率去除率为57.6%时，钙硬的去除率为62.3%，氯离子的去除率为66.6%，硫酸根去除率为65.8%，由于处理水量增大 40%，因此处理效果低于炼油污水，但可以满足要求，此时，产水率为75%，生产每吨水的电耗仅为1.01度电。 

炼油污水和黄河水脱盐试验中存在的问题：

• 单组电吸附模块每天需要增加半小时的清洗时间，操作较为繁琐，当模块进行长周期运转并投入工业化时，需要较大的原水池。
• 电吸附模块中离子的积累较快，酸洗频率为3～4天一次，过于频繁，不利于工业应用中的长周期连续运行。
• 短期放电时，放电电阻较热，此部分能量白白浪费掉，对降低产水成本不利。
• 由于二净化生化出水电导率过高（约2000μS/cm），预计将来二净化生化出水电导率为1300μS/cm，电吸附脱盐试验所用的原水为自来水与生化出水1：1的配水，不能完全说明电吸附脱盐装置具有耐炼油污水污染的能力。
• 炼油污水脱盐试验单组模块连续运行的时间为144h，黄河水脱盐试验单组模块连续运行的时间为200h，运行时间相对较短，而且未能进行两组模块的连续运行试验，因此，电吸附模块能否长周期连续运行仍然需要验证。

4、2005年炼油污水回用脱盐试验 

4.1  EMK400电吸附模块简介

2005年炼油污水回用脱盐试验使用的电吸附模块的型号为EMK400。由于EMK400电吸附模块集成技术上面取得了重大突破，使电吸附 核心模块和整个系统在结构和配置上更趋合理，性能有了很大程度的提高，因而带动系统的投资有了较大幅度的下降。另外，在电吸附模块的运行方式上进行了改 进，避免了EMK320模块的加洗和酸洗，使操作更为简单合理，同时还有利于连续的长周期运转。试验流程为A、B两组单级模块，交替运行，连续产水，规模 为1.4m3/h。A、B两组模块均有50×2=100对模块模对的尺寸为600×1800mm，因此，模块的总面积为216m2，单位面积连续处理水量 为6.48L/m3.h。

4.2  EMK400电吸附模块的改进

• 将过去的一组模块间歇生产改为两组模块连续生产，对于炼油污水（电导率为1500μS/cm），处理规模可以达到1.4m3/h以上；
• 改进了电吸附模块的结构设计，使核心材料的能力得以充分发挥，因此减少了模块的需要量，试验流程也由过去的两级处理改为单级处理，这对模块的再生极为有利，同时降低了投资；
• 实现了部分能量回收。将A组模块再生时释放的电能施加给B组模块，从而实现部分能量的回收，使模块工作的耗电量下降，B组模块得到了预充电，启动电流大幅度降低，这不仅降低了运行成本，而且使供电系统的负荷大幅度降低，从而降低了配电系统的投资；
• 改进了电吸附模块的供电方式，将过去的50对电极施加75V电压该为100对电极施加155V电压，就是将两个电阻由并联该为串联，从而大幅度减少了模块的工作电流，使供电回路所需的电源、铜排、接触器及其它辅助材料成本有了较大幅度地降低；
• 将电吸附模块进水的PH值调到5.8～6.2，可有效地避免电吸附模块的经常性酸洗；
• 每日一次用原水更换中间水池的水，是降低电吸附模块的积累有效措施之一，从而保证电吸附模块长时间的稳定运行；
• 每周断电运行两小时，也可以有效降低电吸附模块的积累，为电吸附模块长时间的稳定运行提供保障；
• 通过采取电能回收时间内工作通水、增加再生静置时间、缩短短接排污时间和短接再生时间来有效地提高产水率，并保证出水水质不受较大的影响。

4.3  2005年炼油污水回用脱盐试验情况

2005年炼油污水回用脱盐试验9月25日开始调试，10月9日8点开始连续运行，至11月19日8点的41天（984小时）时间里，该设 备连续运行的时间为928小时，约38.7天，其它为停电26小时、维修18小时（模块漏水）、断电运行8小时、启动 及清洗水池4小时。由于受炼油厂新原油灌区排水影响，二净化车间排水电导率在2500～5200μS/cm范围波动，因此，在进行电吸附脱盐试验时只能根 据来水情况将原水配成电导率为1400μS/cm左右的试验水进行脱盐试验，10月9日至10日14时采用自来水与污水服配作为电吸附进水，10月10日 14时至11月8日8时采用电吸附出水与污水复配作为电吸附进水，11月8日8时至试验结束的11月19日8时来水电导率在1500μS/cm左右，电吸 附进水全部采用炼油厂二净化污水进行试验。

4.4  EMK400电吸附模块工作情况

EMK400电吸附模块工作时A、B两组模块交替运行，EMK400电吸附模块2005年11月9日8：00至16：00工作时原水与A、B两组交替工作时出水电导率（在线电导监测数据）的变化情况。

来水电导率基本保持不变，A、B两组模块的出水电导率则呈现规律性变化，因此，出水经过一段时间的停留，可以保持最终出水的连续和稳定。电流和电压的变化也呈现出了较好的规律。电流的正负值表示施加在模块上电流的正向与反向。

4.5  EMK400电吸附模块试验结果

电吸附模块在试验初期电导率的去除率为58.6%，试验结束时电导率的去除率仍达到58.4%，期间未对模块进行酸洗或其它处理措施，由此 可以说明采取了降低进水PH值、每日一次用原水更换中间水池水和每周断电运行两小时几项措施后，电吸附模块对污水电导率去除率在连续运行38.7天的时间 里没有明显的下降，说明模块中离子的积累现象已被消除，并且可以保持长时间的连续稳定运行。

4.5.1  实际污水脱盐试验情况

试验期间对模块电压、产水率进行了条件试验。电吸附模块处理炼油二净化污水在流量为1.4m3/h、产水率为75%、模对电压为1.55V、使用炼油实际污水进行试验时（11月8日至18日），氯离子（每日分析数据）

采用EMK400电吸附模块炼油实际污水时，来水电导率基本保持在1500μS/cm左右，在十天的试验时间里出水电导率也基本保持稳定， 在630μS/cm左右，电导率的去除率相对比较稳定，在58%左右。由图子变化及去除率曲线与电导率基本相同，无明显变化。由此可以说明EMK400电 吸附模块在处理炼油实际污水时可以连续稳定运行。

4.5.2  试验结果总结

将试验期间各条件下的试验结果的平均值列于表4，其中1#使用的原水为二净化污水与EST产水的配水；2#～4#使用的原水全部为二净化污水。 

表4  EMK400单级模块处理炼油污水试验结果

表4的试验结果表明：采用单级EMK400模块处理炼油污水时，来水电导率越高则产生每吨水的耗电量越高，而且使用盐酸和使用硫酸调PH值时，各项指标的去除率没有明显的变化，因此，对于氯离子要求较高的回用水质，需要使用硫酸调PH值。

表4的试验结果表明：采用单级EMK400模块处理炼油污水，在产水率为75%、流量为1.4m3/h、使用硫酸调PH值的情况下，电导率去除率 为58.8%，氯离子去除率为61.8%，硫酸根去除率为49.4%，吨水耗电量为1.64度电。如果降低出水水质，即电导率去除率为54%的情况下，处 理水量可以达到1.6m3/h，氯离子去除率为59.2%，硫酸根去除率为44.9%，此时吨水耗电量为1.53度电。

试验中使用硫酸调PH值时，对来水COD进行控制，表4 的试验结果表明：采用单级EMK400模块处理炼油污水时，虽然来水COD达到了52.5mg/L，甚至达到了77.6mg/L，均没有影响到电吸附模块 的脱盐效果，而且对COD仍有一定的去除能力，去除率可以达到30%以上，说明EMK400电吸附模块对COD具有较好的耐受性。

综上所述，将2003年至2005年电吸附模块处理各种污水的试验结果汇总见表5。

表5  电吸附模块处理实验结果汇总表

在2003年至2005年期间的试验，采用电吸附模块处理污水取得了如下几个方面发进步：

• 电吸附模块由处理配水到处理实际污水，使试验数据更具代表性。
• 处理水量由间歇式1m3/h到连续式1.4m3/h，并且可以保证连续长周期稳定运行。
• 电吸附模块由EMK300升级到EMK400，单位模对面积处理水量由2.14L/m2.h提高到6.48L/m2.h，模块的工作处理 效率得以提高，与此同时，工作流程由两级简化到一级，虽然除盐率下降17.2%，但可以满足回用要求，因此，大大节省了电吸附模块的投资。
• 由过去的50对电极施加75V电压改为100对电极施加155V电压，从而大幅度减少了模块的工作电流，减少了电器方面的投资。建议继续进行技术改进，达到200对电极施加310V电压时，电器方面的投资还会降低。
• 产水率由66.7%提高到75%，使该技术更具实用性。建议继续进行技术研究，充分利用电吸附模块的放电电流来提高产水率，同时还可以降低吨水电耗量。
• 在相同水质的情况下，吨水电耗量下降了25%，提升了电吸附水技术的竞争能力。

由此可以可以得到以下几个方面的结论：

• 1.EMK400电吸附除盐装置对有机物具有较大的耐受性，能够处理石化污水。
• 2.试验结果表明：电吸附除盐方式可以用于石化污水的除盐，通过加强控制，EMK400电吸附模块可以保持长时间的连续稳定运行。
• 3.EMK400电吸附除盐装置对于石化行业污水具有较好的除盐能力，对于那些不需要完全除盐而且要求平衡地去除阴阳离子的水质来说，电吸附不失为一种较好的选择。
• 4.EMK400电吸附除盐装置对水质的处理效果是可以控制的，在产水率为75%、流量为1.4m3/h、使用硫酸调PH值的情况下，电 导率去除率为58.8%，氯离子去除率为61.8%，硫酸根去除率为49.4%，吨水耗电量为1.64度电。如果降低出水水质，即电导率去除率为54%的 情况下，处理水量可以达到1.6m3/h，氯离子去除率为59.2%，硫酸根去除率为44.9%，此时吨水耗电量为1.53度电。