摘要：西北某炼油厂4套敞开式循环水系统冷却塔易混入空气中的灰尘杂质，并滋生细菌、藻类等，导致循环水水质变差。该厂采用旁流过滤技术净化循环水水质，且旁流过滤器反冲水水量大，回收利用很有必要。本文采用电气浮法和混凝法+电气浮法进行了废水处理试验。试验结果表明：静态电气浮法和动态电气浮法在不加入介质调节电导率、电流为1.1A(即电流密度为0.016A/cm2)、pH值为5.5、电极间距为5mm、气浮时间大于40min的试验条件下，可使废水处理后达到回用的基本要求；根据电压、电流和动态电气浮法所能处理的最大流量(157.1mL/min)，可计算出电气浮法每吨水电耗约1kW·h；试验结果显示，电气浮法+混凝法处理的工艺效果不好，反而使处理过程复杂化；动态电气浮法试验能使出水达到回用要求且杀菌能力强，避免回用后细菌在循环水系统内繁殖而影响正常生产。
关键词循环水旁流过滤器反冲水电气浮
1·前言
石化、电力等高耗水工业系统循环冷却水的用量占工厂总用水量的80%以上[1]。敞开式循环水系统冷却塔暴露在空气中，冷却过程可将空气中杂质带入循环冷却水系统，引起细菌、藻类繁殖，导致循环水质变差。为此，通常添加水质稳定剂来防止腐蚀和结垢，但设备腐蚀穿孔、油类泄漏等问题仍时有发生，不但对正常生产造成严重影响[2，3]，泄漏的油类还会使循环水质更加恶化。为保证循环水水质稳定和避免油类泄漏影响生产，循环水系统常应用旁流过滤技术[4，5](以下简称“旁滤”)来净化水质。西北某炼油厂4套循环水系统旁流过滤器反冲洗水采用间断排水。因瞬间排水量大，排放频繁，所以总排放水量很大。该企业为耗水大户，回收利用这些反冲水很有必要。
然而，这些反冲水浊度高、含油高，经过简单沉淀难以回用，也难以达标排放。尤其夏天温度高促使细菌大量繁殖，刮风等天气使得空气中颗粒污染物增大的情况下，水质更加恶化。若要将这些反冲水回用于循环冷却水系统，首先要去除悬浮物、石油类，其次要保证硬度和其他离子浓度达标。
2·旁流过滤反冲水处理工艺选择
国内外关于过滤器反冲水的处理工艺主要有化学混凝-沉淀、气浮、电化学法、化学氧化、生化法、膜分离法等。Eades A等[6]、Florian G[7]和Brugger A[8]的实验表明，使用溶气气浮、超滤、微滤工艺可有效净化自来水厂过滤器反冲水。然而，工业供水系统过滤器反冲排水回用虽然要去除悬浮物和细菌等，但不必像饮用水一样考虑严格的卫生安全性。
电气浮技术在杀菌去浊方面有独特的优势，使用惰性电极可避免阳离子溶入而影响回用腐蚀率的增加。有研究表明[9，10]，电气浮投加混凝剂有利于悬浮物去除。孙根山[11]指出，使用电气浮设备处理铁路含油废水取得了较好效果，出水COD可在30mg/L，油可达5mg/L以下。本文采用电气浮法和混凝-电气浮进行了废水处理试验。
3·试验部分
电气浮试验装置如图1所示。电极为选择惰性石墨电极，其他设备包括混凝搅拌器、哈那牌浊度仪、国家标准方法COD测定全套装置、吉林北光牌红外测油仪、旋转腐蚀挂片实验仪器等。
废水水样在夏天温度高、反冲废水水质最差的时候取得。水样主要水质指标见表1。
3．1影响电气浮处理效果的因素
采用阴、阳石墨电极(16.5cm×4cm)2块，在2L烧杯中进行静态实验。
首先，考察电导率对电气浮处理的影响。实验中采用投加电解质(NaCl)来调节电导率，观察水样浊度变化。极距为5mm，pH值为6.3，气浮时间为60min，电流为1.1A。实验结果如图2所示。
从图2可以看出，投加电解质增大电导率有利于电气浮过程，但对电极间电压影响不大。当电导率增加到一定程度后，浊度变化不再明显。不加电解质电气浮60min后，浊度可降至10FTU左右。投加电解质会增加投入，使工艺复杂化，因此下一步试验不投加电解质，不调节电导率。设电导率为3.04μS/cm，极距为5mm，电流为1.1A，考察pH值对电气浮处理的影响(见图3)。
从图3可以看出，pH值对电气浮处理效果影响很大，当pH值为5.5时，电气浮40min后剩余浊度降至5FTU左右；40min为较合适的电气浮时间。设电导率为3.04μS/cm，极距为5mm，pH值为5.5，考察电流密度对电气浮处理的影响(见图4)。
从图4可以看出，电流越大，即电流密度越大，浊度去除效果越好。在40min后，1.1A的电流(电流密度0.016A/cm2)和更高电流时的效果接近，此时电极间电压11V，因此0.016A/cm2为最佳电流密度。设电导率为3.04μS/cm，pH值为5.5，电流为1.1A，考察极距对电气浮处理的影响(见图5)。由图5可以看出，电极间距对浊度去除影响比较复杂，5mm的间距浊度去除效果最好，10mm的间距去除效果最差，分析可能是因为电极间距变化会引起电流效率的变化，从而导致气泡数量的变化；电极间距也会引起电极间液体流动特征的变化，使得所产生的气泡和颗粒碰撞机会增加。5mm电极间距时，气泡数量多，在电极间形成一个液体流道，使容器中所有液体能很快和气泡接触，颗粒物去除速度加快。
通过上述试验可以看出，电气浮处理废水水样的最佳实验条件为：可不加介质调节电导率，电流为1.1A(即电流密度为0.016A/cm2)，pH值为5.5，电极间距为5mm，气浮时间大于40min。
3．2混凝与电气浮组合试验
水中胶体粒双电层使水溶液稳定，颗粒难以沉淀。混凝剂可以有效破坏这种双电层，使颗粒聚集沉降。在电场的作用下这些粒子也会偶极化，偶极化的粒子由于电荷的作用会相互吸引聚集，电极产生的气泡和这些粒子附着，使其上浮去除，这就是电气浮法的基本原理[12]。
进行试验考察混凝、电气浮两种作用是否相互增强。对废水水样通直流电一段时间后，再投加混凝剂，考察处理效果；投加混凝剂后进行电气浮试验，考察效果。电气浮法试验在上述最佳条件下进行。混凝试验条件为：PAC投加量为80%，PAM投加量为2mg/L。试验结果见表2。
从表2可以看出，电气浮和混凝在处理废水水样方面，没有明显的相互促进作用。在电气浮-混凝试验中，电气浮的通电过程虽然有改变胶体颗粒双电层结构的作用，但是通电后投加最佳混凝剂量1/2的混凝剂仍然不能达到单纯混凝沉淀或者单纯电气浮的效果，因此可认为通电后再加混凝剂的方法意义不大。而投加混凝剂后再进行电气浮，经过1h仍然不能达到较好的净化效果，其原因可能是混凝剂破坏了颗粒的双电层，并使胶体聚集变成大絮体，但是直流电场又会破坏这些絮体，颗粒的吸附架桥、网捕作用不能发挥，因此这种方法既不能达到单纯混凝沉淀的效果，也不能达到单纯电气浮的效果。研究表明[13]，气泡的多少、大小、水流状态等影响气泡和颗粒的碰撞概率以及去除效果，因此进行动态电气浮试验。
3．3动态电气浮试验
在上述静态电气浮的最佳条件下进行动态电气浮试验，在5L烧杯中放入石墨电极，动态进水，每10min取样测指标，根据所测浊度调节流量。从试验结果(见图6)可以看出，190min之前流量为45.2mL/min，处理后废水的浊度、油含量、COD值都很低，均能满足回用要求。废水流量在190min时增加到157.1mL/min，出水浊度就会接近5FTU，出水COD也会迅速提高，但仍然不超过30mg/L，因此此流量为一个极限流量。
4·结论
静态电气浮和动态电气浮试验都可使废水处理后达到回用的基本要求。根据电压、电流和动态电气浮所能处理的最大流量简单计算，电气浮每吨水电耗约1kW·h。电气浮前先混凝对净化这种废水没有效果，不能缩短气浮时间，也不能使出水水质变好。先通电气浮一定时间后再加混凝剂的方法效果也不好，反而使工艺复杂化。动态电气浮法试验处理过程比沉淀试验更接近实际，能使出水达到回用要求且杀菌能力强，避免回用后细菌在循环水系统内繁殖而影响正常生产。
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