随着国家对炼化企业外排水水量及水质要求的日趋严格，很多炼化企业开始将循环水的旁流水处理由简单的机械过滤升级为深度水处理，以便在减少外排水的同时还能提高水的利用率。深度水处理技术极大地改善了循环水系统整体水质条件，为稳定与提高浓缩倍率创造了条件，具有很好的应用前景。其中电化学和频繁倒极电渗析（EDR）组合工艺技术在不少石化企业得到应用，给企业带来了巨大的经济效益和社会效益^〔1〕。

中海油某炼化公司现有1座12 000 m³/h敞开式循环冷却水系统，其循环水场设置了1套旁流系统。该旁流系统由两套机械过滤器（一用一备）组成，处理规模为120 m³/h，过滤器产水回用于循环水系统，用来反冲洗旁流系统的废水（反冲洗废水）则排入污水处理场进行处理。随着循环水浓缩倍数的增加，循环水系统中的浊度、生物黏泥、氯离子等指标也大幅升高，特别是在夏季时，循环水系统蒸发量加大，氯离子质量浓度经常超过700 mg/L的控制指标，从而导致各装置水冷器发生泄漏。每当泄漏发生时都需要用大量新鲜水去置换，同时也要加大药剂的投加量。因此，该炼化企业为了可持续发展，对循环水系统进行了开源节水与改善循环水水质的整改。其在2016年2月至2016年7月对旁流系统进行了升级，有效提高了循环水水质。改造后的工艺采用MBR（膜生物反应器）与EDR相结合的方法，将10 m³/h旁滤反冲洗废水和10 m³/h清净废水(包括雨水和污水场合格排水)进行深度处理。深度处理后的15 m³/h产出水直接进入循环水补水系统，5 m³/h浓水排入污水处理场。

工程采用MBR与EDR组合工艺，其中MBR装置处理规模为500 m³/d，采取连续运行方式，回收率≥95%；EDR装置处理规模为500 m³/d，采取连续运行方式，除盐率70%~80%，回收率75%。

进水由循环水反冲洗废水和清净废水两部分构成，两种废水水量各占50%，设计进出水水质如表 1所示。出水满足《石油化工污水再生利用设计规范》（SH 3173—2013）要求。

采用MBR与EDR组合工艺，工艺流程见图 1。

本工程旁滤装置采用卧式自动排污过滤器（原有设备）设计，具有结构简单、自动反冲洗、处理水量大、使用寿命长等特点。旁流水通过细小的石英砂滤料层，能够将循环水中的悬浮杂质以及部分有机物、胶体截留在滤料层中，从而降低循环水的浊度和色度^〔2〕。

MBR是基于传统活性污泥工艺发展延伸出来的一种新型废水生化处理技术。它是通过超滤膜组件进行固液分离，并将所截留的活性污泥、大分子物质保留在曝气池中。膜组件相当于常规生化处理中的二沉池，直接浸没在活性污泥中。随着曝气池中活性污泥浓度的增大、停留时间的延长，有利于消化细菌繁殖，提高了生化反应速率，减少了剩余污泥量。在改造后的工艺中，循环水旁滤反冲洗废水（10 m³/h）和清净废水（10 m³/h）经过格栅预过滤后直接进入MBR装置中进行生化处理。

经过MBR处理后的废水，通过增压泵依次进入活性炭吸附器、杀菌系统、精密过滤器和EDR装置进行脱盐处理。EDR脱盐系统具有连续自清洁特征，通过周期性改变直流电压的极性来实现浓水水流与淡水水流的周期性切换，克服了普通电渗析在运行过程中容易出现的污堵、结垢、电流效率下降的问题。另外，EDR脱盐技术具有对废水中离子选择透过的特性，可以将废水中的硬度、碱度、氯离子、钙离子去除75%~85%，产水水质可以达到规定的技术指标。

采用图 2所示控制系统。

整个系统设计为一键式开启和一键式停车。正常工况下的控制系统采用自动控制运行与监控的模式，系统通过PLC/DCS输入模块、智能传感器和物联网技术对现场设备运行状态进行实时监测，将采集到的全装置数据上传并存储在数据平台，通过部署在无人操作平台上的一键开停车及平稳运行软件包，将操作指令及检测结果反馈至控制系统。

异常分析平台会实时监控并发现设备、工艺、回路、巡检以及信息安全异常，与无人操作平台紧密耦合，通过机器学习实现典型异常的智能、自动处理；同时，异常分析平台会发出异常提醒，将专家检查结果反馈至异常分析平台，指导人工手动检修。如遇到不能自动处理的异常情况，或控制系统出现问题，可采用人工接管操作方式对设备进行操作。

通过控制系统对各个工艺单元进行协调，并将电导率、流量、压力、温度、电压、电流、电动阀门和加药泵、供水泵、直流电源以及中间水箱高低液位实行一体化联锁管理。

预过滤设计进水流量为25 m³/h，采用两级格栅过滤，一级格栅栅距为1~3 mm，二级格栅栅距为0.5~ 1 mm。

MBR装置采用一体式（浸没式）设计，整套装置由4组膜组件构成，膜组件型号为BC-100F-C100-UP150（进口），膜材质为聚醚砜（PES），膜孔径大约为0.05 μm，有效面积为400 m²/组。曝气池尺寸为8 m×8 m×4 m（超高0.5 m），容积为200 m³。平面布置所需池容积为52.8 m³，曝气需求量为640 m³/h。

提升泵型号为WQ2130-204，出水口径50 mm，流量23 m³/h，扬程13 m，功率1.5 kW。抽吸泵型号为ZVI150-20-15，出水口径50 mm，流量25 m³/h，扬程12 m，功率2.2 kW。反洗泵型号为KCZ50/200C，出水口径50 mm，流量18 m³/h，扬程10 m，功率2.2 kW。鼓风机型号为125-15，流量10~12 m³/min，压强9.8~58.8 kPa，功率15 kW。在运行中将曝气池内溶解氧和气水比分别控制在1.5~2.0 mg/L和（1∶15）~（1∶30），活性污泥质量浓度控制在10~11 g/L，在线化学清洗周期40~50 d。

供水泵型号为KQL80/125-5.5/2，出水口径80 mm，流量35 m³/h，扬程22 m，功率5.5 kW。化学清洗泵型号为CDL20-2，出水口径50 mm，流量22 m³/h，扬程22 m，功率2.2 kW。

活性炭吸附装置罐体材质采用不锈钢SS316L，设计尺寸为D 1 600 mm× 3 150 mm，压强 < 0.6 MPa，填料高度1.5 m，活性炭（果壳）粒径0.7~2 mm，处理规模20~30 m³/h，过滤滤速10~15 m/h，反冲洗周期7~ 9 d，反洗强度10~12 L/（m²·s），反洗时间约为5~ 8 min，滤料更换周期10~12月。

精密过滤器壳体材质采用不锈钢SS316L，设计进水配水方式为多孔板出水形式，椭圆封头集水。其尺寸为D 500 mm×1 000 mm，压强 < 0.6 MPa；装填滤芯30支（D 63 mm×1 000 mm），过滤精度1~5 μm，材质PP，产水量25 m³/h，滤芯更换周期4~6月。

EDR脱盐装置主要由膜堆、极区、夹紧装置和控制器四部分构成^〔3〕。EDR脱盐系统采用三级三段设计，设备型号为DSA-IV-3×3，尺寸为800 mm× 1 600 mm×1 500 mm。膜堆由300对阴阳离子交换膜和600张隔板、2张端电极、2张共电极板等组成。电极材质选择钛丝涂钌，钛丝直径为3 mm。整流器型号为TSCH-100A/180V，采用无级调压硅整流器电源，频繁自动倒换电极。EDR脱盐装置设计除盐率为70%~80%，产水量15 m³/h，回收率75%，在线化学清洗周期50~60 d，离线清洗周期12~14月。

改造前该循环水场因水质恶化导致的泄漏每年平均发生9次，改造后2017年下降到3次，2019年至今下降到每年1~2次，为企业节约了大量置换用新鲜水。

该项目从2016年7月开始至2021年3月已累计稳定运行35 000多h（按照7 500 h/a计算）。运行期间，EDR运行电压100 V，运行电流50 A，能耗约0.37 kW·h/m³，进水电导率平均1 660 μS/cm，出水电导率平均336 μS/cm，浓水电导率平均3 180 μS/cm，倒换电极周期1 700 s，出水流量15 m³/h，浓水流量5 m³/h，极水流量4 m³/h，除盐率79.76%，系统回收率75%。实测EDR水质情况见表 2。

从表 2可知，EDR出水水质满足《石油化工污水再生利用设计规范》（SH 3173—2013）要求。

针对循环水中常见的细菌和生物黏泥现象，在精密过滤器之前设置了一套在线自动加药杀菌系统；杀菌方式采取自动分析并对EDR系统投加非氧化性杀菌剂，以增强对细菌及生物黏泥的控制。该系统能够有效延缓或减少细菌和黏泥对离子交换膜的污染，自动调整并保持适宜的浓缩倍数及循环水电导率，提高设备工作效率、延长设备使用寿命、减少运行成本。

在炼化企业循环水运行过程中，工艺物料泄漏是最常遇到的。虽然每次泄漏事件结束后，都会对EDR装置进行在线冲洗和化学清洗，以减轻泄漏对离子交换膜的损害。但是从拆解膜堆中发现，漏油和有机物对EDR系统造成的伤害很大，特别是对阴离子交换膜损伤更严重。因此每年都要更换60%~70%的阴离子交换膜和少量阳离子交换膜，以恢复装置的脱盐性能。针对此问题，需对废水进行实时监控，如发生工艺物料泄漏，控制系统发出异常提醒，及时采取人工措施，减低对EDR系统的冲击。

该项改造工程总投资为146.50万元。工程运行费用主要包括MBR和EDR及其他设备的动力费、EDR本体能耗费用、维护费用（离子交换膜更换、滤料和滤芯更换）和化学药剂费等。其中每年更换阴膜210张、阳膜30张、极膜6张，阴膜、阳膜、极膜单价分别为100、100、300元，更换活性炭1.5 t、PP滤芯80支，活性炭、PP滤芯单价分别为6 000元/t、40元/支，全年产水量为15×7 500=112 500 m³。可以计算出离子交换膜更换费用为0.23元/m³，滤料、滤芯更换费用为0.11元/m³。MBR动力能耗、EDR动力能耗、EDR本体能耗分别为0.86、0.37、0.37 kW·h/m³，电价按照0.85元/（kW·h）计算，折合运行费用分别为0.73、0.32、0.32元/m³。另外化学药剂费约0.09元/m³，其他配件折合运行费用0.05元/m³。以上合计运行费用1.87元/m³（不含折旧费和人工费）。

项目从2016年7月开始至2021年3月已累计稳定运行35 000 h（按照7 500 h/a计算），共产出高品质再生水525 000 m³（按照15 m³/h计算）。以新鲜水价3.5元/m³计，改造后共节约新鲜水费183.75万元。

工程实践表明，釆用“MBR与EDR”组合工艺深度处理循环水旁滤反洗废水和清净废水是切实有效、可行的。废水深度处理工程项目的投用，给炼化企业开源节水起到了非常好的示范作用。随着膜技术的进步与环保法规的日益完善，膜法水处理技术在节水减排工作中具有非常好的应用前景。

（1）MBR与EDR组合工艺深度处理循环水旁滤反洗废水和清净废水运行稳定、出水水质良好，其中总碱度64.34 mg/L、总硬度37.11 mg/L、氯离子40.40 mg/L、COD 27.37 mg/L。工程运行费用为1.95元/t，EDR在线化学清洗周期为50~60 d，离线清洗周期为12~14月。

（2）EDR虽然在废水深度处理中具有一定的实用性，但是膜污染仍是影响EDR在炼化企业推广应用的最主要因素。