电吸附技术在焦化废水处理中的应用 6页

电吸附技术在焦化废水处理中的应用摘要采用常州爱思特净化设备有限公司的电吸附技术，在昆明钢铁控股有限公司煤焦化公司安宁分公司生化车间，对其焦化废水进行深度除盐处理试验研究，原水平均电导率为4599µS/cm；产水平均电导为1376µS/cm，平均去除率为70.10%；吨水电耗为2.28kWh/t；产水率为75%。在试验过程中设备运行稳定、维护较简单，前期预处理要求较低，产水水质较稳定。结果表明，电吸附技术能够满足处理焦化废水的要求。关键词：电吸附技术焦化废水除盐电导率Applicationofelectro-SorbtechnologyinCokingwastewatertreatingKeywords:Electro-SorbTechnology;Cokingwastewater;Desalination;Conductivity;1背景昆明钢铁控股有限公司始建于1939年2月，总部位于春城昆明西南32公里的安宁市境内，占地面积约为10平方公里，是国家特大型工业企业，云南省最大的钢铁联合生产基地，也是省内第一个销售收入突破100亿元的云南省属工业企业。总资产达245亿元，净资产80亿元。2005年销售收入名列中国企业500强第218位。具备年产600万吨钢的综合生产能力，是一个集钢铁冶金、矿业开发、机械制造、建筑安装、房地产·开发、水泥建材、物流运输等为一体的企业集团。昆钢响应国家“节能减排”号召，由昆钢水净化科技有限公司及爱思特（北京）净化设备有限公司共同合作，利用“电吸附除盐设备”对昆钢的焦化废水进行深度除盐处理，验证其除盐效果，从而证明该技术用于该类水质除盐的可行性和技术优势。2试验原理电吸附（electrosorption）除盐的基本思想是通过施加外加电压形成静电场，强制离子向带有相反电荷的电极处移动UnRegistered，对电极的充放电进行控制，改变电极处的离子浓度，并使之不同于本体浓度，从而实现对水溶液的脱盐。由于碳材料，如活性炭和炭气凝胶等制成的电极，不仅导电性能良好，而且具有很大的比表面积，置于静电场中时会在其与电解质溶液界面处产生很强的双电层。双电层的厚度只有1～10nm，却能吸引大量的电解质离子。一旦除去电场，吸引的离子被释放到本体溶液中，溶液浓度升高，通过这一过程实现电极材料的再生，其原理如图1所示。1n功能性电极材料（负极）进水出水功能性电极材料（正极）图1电吸附原理图工艺流程分为二个步骤：工作流程，反洗流程。如图2所示：工作流程再生流程再生泵EST模块净水工作泵原水箱净水箱保安过滤器电吸附模块再生出水图2工艺流程工作流程：原水池中的水通过提升泵被打入保安过滤器，固体悬浮物或沉淀物在此道工序被截流，水再被送入电吸附（EST）模块。水中溶解性的盐类被吸附，水质被净化。反洗流程：就是模块的反冲洗过程，即在电吸附模块工作结束之后先对其进行短接放电，待短接电流很小或基本放电完成时，再生水泵开始工作，使水反向进入模块进行冲洗，使电极再生，反洗流程可根据进水条件以及产水率要求选择一级反洗、二级反洗、三级反洗或四级反洗。电吸附除盐工艺的优点UnRegistered（1）耐受性好，运行成本低核心部件使用寿命长（实际工程连续运行已达5年以上），避免了因更换核心部件而带来的运行成本的提高。该技术属于常压操作，能耗比较低，其主要的能量消耗在于使离子发生迁移，并通过控制电压使电极表面不发生极化现象。（2）水利用率高EST技术可以大大提高水的利用率，一般情况下水的利用率可以达到75%以上。（3）无二次污染电吸附技术不需任何化学药剂来进行水的处理，从而避免了二次污染问题。电吸附系统所排放的浓水系来自于原水，系统本身不产生新的排放物。（4）操作及维护简便由于电吸附系统不采用膜类元件，因此对原水预处理的要求不高，而且即使在预处理上出一些问题也不会对系统造成不可修复的损坏。铁、锰、余氯、有机物、钙、镁等对系统几乎没有什么影响。在停机期间也无需对核心部件作特别保养。系统采用计算机控制，自动化程度高，对操作者的技术要求较低。2n3试验设备本试验采用的主要设备如下：3l电吸附模块：型号EMK400，1套，规模0.3~8m/h，常州爱思特公司生产；l电吸附控制柜一套；l精密过滤器：Φ200×1200×5芯，精度5µm，2套（1套备用）3l水泵：流量2m/h，扬程18m，功率0.37kW，3台3l水箱：0.5m，3个4数据与分析本次试验自2010年3月21日起正式运行10天，每天取样3次，每次分别取原水、产水及反洗水水样各一个。检测指标为电导、pH、COD、总碱度、总硬度、氯离子、硫酸根等指标，并提出水质分析报告单，数据分析如下。4.1电导率水的电导率与其所含的无机酸、碱、盐的量有一定关系。在一定的浓度范围之内，电导率随浓度的增大而增大，因此常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。本试验对电导的去除效果如下图所示。100500090)cm400080/us70/(去除率3000原水电导率60产水电导率50去除率/%20004030原水及产水电导率10002010000.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.5UnRegistered试验日期/天图3电吸附系统对电导率去除效果从以上的运行结果看，原水和产水的电导率均波动不是很大，原水平均电导率为4599µS/cm；产水平均电导为1376µS/cm，平均去除率为70.10%。3n4.2硬度1000100原水硬度90090产水硬度)800去除率80L/mg70070/(去除率6006050050/%4004030030原水及产水硬度2002010010000.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.5试验日期/天图4原水、产水的硬度的去除效果从图4可以看出，原水的硬度平均值为560.10mg/L，平均产水硬度为192.06mg/L，去除率分别达到了65.71%。4.3氯离子60010055090)500L80/450mg70/(400去除率6035030050原水氯化物浓度/%250产水氯化物浓度40200去除率30原水及产水氯化物15020100UnRegistered1050000.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.5试验日期/天图5氯离子浓度及去除率的变化情况由图可知，电吸附原水和产水的氯离子浓度相对还比较稳定，原水的氯离子平均浓度为403.16mg/L，产水平均值是112.52mg/L，平均去除率达到了72.09%。可见由于离子特性不同电吸附对氯离子的去除效果要略高与其它离子。4n4.4硫酸根15001001400第一阶段第二阶段)90L/1300120080mmol1100/(701000去除率浓度900602-4800２－原水ＳＯ浓度50700４/%ＳＯ２－600产水ＳＯ４浓度40500去除率3040030020原水及产水20010100000.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.5试验日期/天图6原水及产水硫酸根浓度的变化情况由上图可以看出，在进水硫酸根浓度平均为1173.32mgl/L的情况下，产水的平均浓度为367.86mg/L，去除率为70.79%，可见电吸附对硫酸根的去除效果与电导率的去除效果基本相同。4.5COD100140原水产水/(mg/L)120浓水80浓度100COD60/%80去除率6040产水及浓水、40原水20UnRegistered20去除率0012345678试验日期/天图7COD浓度及去除率的变化情况从图8可以看出电吸附技术对焦化废水中COD的去处率还是比较高的，在原水平均浓度为78.5mg/L时，产水为45.5mg/L，去除率达到了42.4%。但是所排放的浓水的COD也要高于原水，根据电吸附技术去除COD的机理可知，对于该种焦化废水中一部分的COD可能是被吸附掉，而另一部分是被降解掉的。4.6吨水电耗及产水率试验总共进行10天（最后两天由于水样没有化验），每天的耗电量及产水情况如下表所5n示：表2每天的耗电及产水情况日期3月3月3月3月3月3月3月3月21日22日23日24日25日26日27日28日吨水电耗kWh/t3.203.202.482.121.601.761.762.12注：模块吨水电耗是电吸附模块实际所消耗的电能与产水量的比值。由上表可以看出在试验过程中，电吸附系统的吨水电耗波动相对较大，平均值为2.28kWh/t.。根据电吸附原理可知，其所消耗的电能与原水和产水的电导率（含盐量）与直接的关系，所以在运行过程中波动较大。实验过程中除了运行电压稍有不同外其它参数均一致，即在工作和反洗流量一样的情况下，其每周期工作时间为30分钟，反洗10分钟，所以产水率=工作时间*100%/（工作时间+反洗时间）=30*100%/(30+10)=75%5结论本试验采用常州爱思特净化设备有限公司的电吸附除盐设备，在在昆明钢铁控股有限公司煤焦化公司安宁分公司生化车间，对其经过微波处理之后的出水进行深度除盐处理试验研究，历时10天。考察的主要指标的变化情况如下：原水平均电导率为4599µS/cm；产水平均电导为1376µS/cm，平均去除率为70.10%；原水的硬度平均值为560.10mg/L，平均产水硬度为192.06mg/L，去除率分别达到了65.71%；原水的氯离子平均浓度为403.16mg/L，产水平均值是112.52mg/L，平均去除率达到了72.09%；在进水硫酸根浓度平均为1173.32mgl/L的情况下，产水的平均浓度为367.86mg/L，去除率为70.79%；在原水平均浓度为78.5mg/L时，产水为45.5mg/L，去除率达到了42.4%；吨水电耗分别为2.28kWh/t；产水率均为75%。从上述实验结果来看，在试验过程中设备运行稳定、维护较简单，前期预处理要求较低，产水水质较稳定。由此可见，电吸附技术基本上能够满足处理焦化废水的要求。UnRegistered6