频繁倒极电渗析技术在循环水系统的应用

董祥德 ,王炳春,曾庆波

(1.潍坊亚星化学股份有限公司，山东 潍坊 261000;2.山东省海洋化工科学研究院，山东 潍坊 262737)

循环凉水系统在工业生产中广泛采用。循环水系统就功能来说，首先要实现降温的目的。在运行过程中，要防止循环水结垢和氯离子对设备和管道的腐蚀，除了在循环水中加入缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂外，还要控制阴阳离子的浓度，即控制一定的浓缩倍数。常规的方法是对循环水系统进行排污，即排放钙离子、氯离子含量较高的循环水。根据补水水质的不同，各企业控制的浓缩倍数不同。循环水系统除正常蒸发损失外，为控制浓缩倍数而排放水，造成水资源的极大浪费。我国北方地区水资源缺乏，在可预见的未来，自来水水质会越来越差，水资源会越来越紧张。回收循环水系统排污水，提高循环水的利用率，具有非常重要的经济和社会效益。

1 循环水处理运行现状

潍坊亚星化学股份有限公司(以下简称“潍坊亚星”)现有6座循环水站。总循环量在25 000 m3/h以上，每年循环水系统排污水，如控制浓缩倍数为3，有1/3的补充水外排。大量水的外排，造成水资源的极大浪费。

为除去循环水中的盐分，节约循环水，潍坊亚星做了大量调研工作，也对一些节水技术进行了试验，如电化学法水处理等技术。电化学法水处理技术的工作原理是利用电化学反应，将水中的Ca2+、Mg2+以固体沉淀的形式除去，降低循环水的硬度。单程Ca2+、Mg2+的去除率在10%左右，但阴离子Cl-无法去除。循环水中高含量的Cl-会对设备和管道造成腐蚀。

在广泛调研的基础上，潍坊亚星采用了山东省某公司研发的频繁倒极电渗析技术进行循环水的处理。

2 频繁倒极电渗析技术

频繁倒极电渗析技术是在电渗析技术的基础上进行了完善和改进。电渗析是利用直流电为驱动力进行脱盐和浓缩，阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐淡化和浓缩两个系统。当向隔室通入盐水后，在直流电场作用下，阳离子向负极迁移，并只能通过阳离子交换膜；阴离子向正极迁移，只能通过阴离子交换膜：从而使淡室中的盐水被淡化，浓室中的盐水被浓缩。一般情况下，淡水作为产水被回收利用，浓水作为废水排掉[1]。

电渗析法没有类似常规离子交换树脂制水的再生操作，可大量减少再生剂用量。但常规电渗析法在运行过程中易在电极和离子膜上产生和累积钙、镁的碳酸盐污垢，由于结垢问题，不能长周期运行，此技术发展速度缓慢，未得到推广。

频繁倒极电渗析的原理和电渗析法基本相同。只是在运行过程中，每隔一定时间(一般为15～20 min)，正负电极极性相互倒换一次，因此称其为频繁倒极电渗析。它能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，以确保离子交换膜效率的长期稳定性及淡水的水质和水量。它的出现是电渗析技术的一次重大突破。其最大的优点在于：水回收率高(可达85%～95%),能耗低,除盐率可高达95%,离子交换膜抗污染能力强，使用寿命长达4年以上。此技术可用在食品脱盐、工艺废水脱盐、工业无离子水制备等领域[2],在反渗透法无离子水制备中浓水的回收应用中取得了良好的效果，在循环水处理中也取得了良好效果。

3 试验结果

通过前期的调研，本着技术可行、经济合理的原则，为控制技术和投资决策风险，采用该技术对现有循环水的外排水进行了试验，试验结果如表1所示(设定回收率80%)。

表1 循环水处理试验结果

4 运行情况

根据小试结果，认为此技术处理效果比较理想，用于回收循环水的排污水是可行的。潍坊亚星决定在一座4 000 m3/h循环量的凉水塔进行试用。此凉水塔现状为：温差在8～10 ℃，每天有500 m3外排水。按照进水量31 m3/h，回收率为80%进行项目设计,设计参数如下：进水水量31 m3/h，进水电导率3 000～3 500 μS/cm，进水硬度(以碳酸钙计)≤800 mg/L,淡水出水量25 m3/h,淡水电导率≤1 000 μS/cm,淡水硬度(以碳酸钙计)≤150 mg/L,淡水中Cl-质量浓度≤200 mg/L。

循环水电渗析除盐项目从2016年10月19日开始试运行，从试运行效果看，达到了设计要求，循环水的硬度、Cl-等指标都有较大程度的降低，循环水水质得到明显改善。运行工艺参数如下：原水流量22 t/h,浓水外排量4 t/h,淡水回用量18 t/h;原水电导率2 150 μS/cm，淡水电导率700 μS/cm，浓水电导率11 000 μS/cm;原水硬度(以碳酸钙计)515 mg/L，淡水硬度(以碳酸钙计)117 mg/L;原水中Cl-质量浓度318 mg/L，淡水中Cl-质量浓度113 mg/L。能源、物料消耗如下：回收水量12 960 m3/月，运行总电压407 V，运行总电流17.8 A,阻垢剂25 kg/月,亚硫酸钠12 kg/月,盐酸6 t/月。

在试运行过程中，由于设计进水量为31 m3/h，受生产装置不能停车的影响，暂时的进水口开口较小，实际进水量22 m3/h。连续运行3天后，循环水水质明显变好，接近自来水水质，因此，频繁倒极电渗析装置采用间歇运行的方式进行。

4 效果评价

按年均运行330天、每天24 h计，频繁倒极电渗析装置运行费用：设备折旧费0.4元/(t·水)，药剂费0.1元/(t·水)，电费[以0.65元/(kW·h)计]0.78元/(t·水)。合计总运行费用1.28元/(t·水)。潍坊亚星工业用水综合水价格5.6元/m3，因此，频繁倒极电渗析装置收益为4.32元/(t·水)，每天回收水400 m3计，每年收益57万元。

[1] 朱琳.EDI技术在电厂水处理中的运用[C].全国火电100 MW级机组技术协作会第五届年会论文集，2006:354-358.

[2] 王冲，杨建军，刘振宁，等.长庆油田第二净化厂EDI水处理装置运行分析[J].投资与合作，2013(9)：257-258.