电吸附技术在造纸废水深度处理中的应用

莫广付

(保定钞票纸业有限公司，河北 保定，071071)

目前，大部分制浆造纸企业的废水都采用传统的一级沉淀、二级生化处理的工艺进行处理。尽管在生化处理过程中可以去除大部分可降解的化合物，但是随着GB3544—2008标准的颁布实施，传统的二级生化处理技术已经难以达到排放标准要求[1］。华北地区缺水严重，对制浆造纸废水深度处理技术进行研究以重复利用水资源非常重要。制浆造纸废水深度处理方法主要有混凝、吸附、生物处理、膜分离、高级氧化及生态处理等技术[2-3］。

由于处理方法和效率的不同，生产的可回用水的水质也有区别，尤其是随着造纸废水深度处理技术的推广应用，提高了回用水质量，也带来了不易处理的浓水问题。目前浓水处理方法主要有热法、膜蒸馏法、反渗透 (RO)膜法+热法、RO膜法+水膜除尘 (电厂、钢厂等)、fenton氧化法等[4-5］，有的处理方法现在还不成熟，有的方法应用处理成本太高，制约了深度处理技术在造纸废水中的应用。另外中水反复回用，水中离子产生积累，影响生产中的电位平衡。所以需要研究出一种可行的去离子处理方法。

电吸附技术 (ElectrosorbTechnology，简称EST)，又称电容性除盐技术，是20世纪60年代开始兴起的一项水处理技术。基本原理是基于电化学中的双电层理论，利用带电电极表面的电化学特性来实现水中带电粒子的去除、有机物的分解等目的[6-7］。实验多对海水淡化、工业原料成分分离等进行研究[8-9］，还没有开展电吸附技术应用于造纸废水处理的研究报道。本试验利用电吸附技术除盐的特性，与超滤膜、(超滤膜+反渗透膜)(以下简称双膜法)组合试验，对超滤膜、双膜法处理产生的不同水质进行电吸附处理进行研究，研究探索电吸附技术在造纸废水深度处理回用中的应用。

1 试验

1.1 试验装置和仪器

保安过滤器为全自动过滤器，滤径为150 μm，流量为5 m3/h。

超滤膜为天津膜天膜公司生产的PVDF UOF-4C超滤膜，过滤孔径为0.03 μm(30 nm)，处理能力为3 t/h。

反渗透装置为陶氏公司试验机。

电吸附装置为常州爱斯特公司的专利产品，处理能力为500 L/h。

整套试验装置为全自动连续运行。水源为二沉池出水。

试验地点:某公司污水处理场预处理站。

1.2 性能检测

COD检测依照GB11914—1989化学需氧量的测定-重铬酸盐法测定。

电导率检测依照GB/T 11007—2008电导率仪试验方法测定。

1.3 试验方案

为了探索电吸附技术在造纸废水中的应用，试验方案设计为两种:①电吸附技术处理超滤膜产水;②电吸附技术处理双膜法的浓水。设计的电吸附试验参数见表1。

表1 电吸附试验设计参数

1.3.1 电吸附技术处理超滤膜产水

电吸附技术处理超滤膜产水流程见图1。

1.3.2 电吸附技术处理双膜法的浓水

电吸附技术处理双膜法的浓水流程见图2。

2 结果和讨论

2.1 电吸附技术处理超滤膜产水

图1 电吸附技术处理超滤膜产水流程图

图2 电吸附技术处理双膜法浓水流程图

利用电吸附技术去除离子的特点对超滤膜产水进行处理，测试了电吸附技术对超滤膜产水CODCr、TDS的去除率及对电导率的降低。试验结果见表2。

2.1.1 电吸附技术处理超滤膜产水对CODCr去除率的影响

图3所示为电吸附技术对超滤膜产水CODCr去除率的影响。从表2和图3可以看出，电吸附技术对超滤膜产水CODCr有较高的去除率，产水CODCr去除率达42.3%，最高可达72%。电吸附排水CODCr去除率达42.8%，最高达50.6%。因此，电吸附技术对超滤膜产水CODCr有较好的去除效果。电吸附产水可直接回用于生产，排水由于不增加CODCr含量不用再处理可直接排放。废水回收率高达75%以上，处理工艺流程简单，无二次污染，废水中仅含高浓度离子，无CODCr升高的现象。

图3 电吸附技术处理超滤膜产水对CODCr去除率的影响

从表2可以看出，电吸附技术处理后的产水和排水的CODCr值均低于其进水水质。排水CODCr平均值40.8 mg/L，达到CODCr排放标准要求。

2.1.2 电吸附技术处理超滤膜产水对电导率和TDS的影响

超滤膜对盐没有去除效果，除盐主要在电吸附段。图4为电吸附技术处理超滤膜产水对电导率和TDS的影响。从表2和图4可以看出，超滤膜产水电导率在908 μS/cm，电吸附产水电导率在232 μS/cm，离子去除率达到74.4%。电吸附技术对TDS的去除率为75%。电吸附排水的电导率为1533 μS/cm。电吸附产水的电导率为232 μS/cm，远远低于公司生产用自来水550 μS/cm左右的水平，达到了软化水的作用，避免回用于生产时产生结垢及离子积累的现象。

表2 电吸附技术处理超滤膜产水试验结果

图4 电吸附技术处理超滤膜产水对电导率和TDS的影响

2.2 电吸附技术处理双膜法的浓水

利用电吸附技术去除离子的特点对双膜法浓水进行处理，测试了电吸附技术对双膜法浓水CODCr、TDS的去除率及对电导率的影响。试验结果见表3。

2.2.1 电吸附技术对双膜法浓水CODCr的去除

电吸附技术对双膜法浓水CODCr的去除率见表3和图5。从表3和图5可以看出，双膜法浓水CODCr含量高，电吸附技术处理后对CODCr有一定去除效果，CODCr去除率平均达58.8%。电吸附排水CODCr去除率达到48.7%。

2.2.2 电吸附技术处理双膜法浓水对电导率和TDS的影响

电吸附技术处理双膜法浓水对电导率和TDS的影响结果见表4和图6。由表4和图6可以看出，电吸附技术处理双膜法浓水对降低电导率和去除TDS有较好的效果，对电导率和TDS降低效果分别达到72.1%和72.3%。

从试验结果综合比较来看，双膜法浓水经电吸附技术处理后，电导率降低72.1%，TDS去除效果明显，电导率平均值为652.2 μS/cm，TDS为410.4 mg/L，接近市政自来水水平 (556 μS/cm，417 mg/L)。剩余约25%的电吸附排水，由于其含盐量太高，无法进一步回用，这部分水经电吸附技术处理后 (见表4)，其CODCr普遍降低至60 mg/L左右。

表3 电吸附技术处理双膜法浓水对CODCr去除率的影响

图5 电吸附技术对双膜法浓水CODCr去除率的影响

表4 电吸附技术处理双膜法浓水对电导率和TDS的影响

图6 电吸附技术处理双膜法浓水对电导率和TDS的影响

2.3 机理分析

当待处理的超滤膜产水和双膜法浓水 (简称水样)从电吸附装置一端进入由阴阳电极形成的通道，最终从另一端流出，水样中带有极性的离子或有机物受到电场作用吸附在电极板上，储存在电极表面所形成的双电层中。随着水样中带电粒子在电极表面浓缩，通道水中溶解盐类、胶体颗粒及其他带电物质的浓度大大降低，从而实现水样的除盐、去硬、淡化及净化。从试验结果看出，超滤膜产水和双膜法浓水经过电吸附装置处理后，电导率降低，TDS含量下降，CODCr得到去除。

3 成本讨论

根据资料显示，若RO浓水的TDS≤3000 mg/L，RO膜法处理RO浓水的运行压力在2.0 MPa左右，则吨水运行费在1.3～1.8元范围内;若RO浓水的TDS在3000～7000 mg/L，RO膜法处理RO浓水的运行压力在2.0～2.5 MPa，则吨水运行费在1.5～2.2元范围内。膜蒸馏工艺处理RO浓水，处理规模在10 t/h，吨水运行费用在5～8元 (能耗、化学品消耗)。采用热法处理RO浓水，1 t蒸汽可产水8～10 t淡水，若蒸汽价格以100～160元/t计算，则吨水运行费用为10～16元。从工艺上讲，RO浓水处理达标排放是可行的，但处理成本较高。

电吸附工艺处理双膜法浓水，如果不考虑折旧成本和人工，运行成本只有电费，不加任何化学药剂，经测算，吨水处理电耗为1.86 kWh，电费 0.56元/kWh，运行成本为0.56×1.86=1.04元。

4 结论

采用电吸附技术深度处理造纸废水，不仅可以降低电导率、TDS，而且可以去除部分CODCr，在处理过程中不添加化学药品，是一个比较理想的造纸废水深度处理技术。

4.1 电吸附装置处理超滤膜产水，对CODCr有较好的去除效果，对离子含量有更加显著的去除率，高达74.4%，产水水质可用于生产，排水不用再处理可直接排放。废水回收率达75%以上，处理工艺流程简单，运行维护方便，无二次污染。

4.2 电吸附装置处理 (超滤膜+反渗透膜)(简称双膜法)浓水，CODCr去除率达到58.8%，电导率降低了72.1%，TDS去除率达到72.3%。

4.3 试验过程中，电吸附技术除盐效果比较稳定，去除率高达70%以上，且在去除CODCr方面有一定的效果。

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