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化工污水电渗析实验研究及工艺设计方案的确定

文档作者：杨海燕1　周文凡2 文档来源： 1. 中国石油独山子石化分公司研究院 2. 中国石油独山子石化分公司科技信息处		更新日期： 2026年10月10日	点击数：
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上一篇： AICD控水工艺效果评价新方法

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全面腐蚀控制
第37卷第05期 2023年05月3
专 论
Monograph
技术
化工污水电渗析实验研究
及工艺设计方案的确定
杨海燕1　周文凡2
（1. 中国石油独山子石化分公司研究院，新疆 克拉玛依 833699；2. 中国石油独山子石化
分公司科技信息处，新疆 克拉玛依 833699）
摘 要：针对公司污水处理系统中水水质控制及脱盐单元的运行问题，开展了清净废水系统
超滤产水、含盐污水提标外排污水电渗析工艺中试试验及效果分析，并根据公司实际情况，制定
了净化水联合车间电渗析工艺设计方案。
关键词：超滤产水　提标外排污水　电渗析　工艺设计方案
中图分类号：TE973 文献标识码：A DOI：10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2023.05.003.07
Experimental Research on Chemical Dialysis of Chemical Wastewater
and Determination of Process Design Scheme
YANG Hai-yan1, ZHOU Wen-fan2
(1. Anticorrosion Research Center, Dushanzi Petrochemical Branch Research Institute of PetroChina,
Dushanzi, Karamay 833699, China; 2. Science And Technology Information Deparment，PetroChina,
Dushanzi Petrochemical Company, Karamay 833699, China)
Abstract: Aiming at the problems of water quality control and desalination unit operation in the
company’s sewage treatment system, a pilot test and effect analysis of the ultrafiltration water produced
by the purified wastewater system and the electrodialysis process for the discharge of salty sewage into
the wastewater were conducted, developed the electrodialysis process design plan of the purified water
combined workshop.
Key words: ultrafiltration water production; standard discharge effluent; electrodialysis; process
design scheme
作者简介：杨海燕 (1968－) ，女，新疆库尔勒人，高级工程师，本科，主要从事防腐及水处理研
究工作。
0 引言
本石化公司净化水联合车间污水处理系统划分
为含盐污水系统、含油污水系统和清净废水系统，
总设计规模1800m3 • h-1，其中含盐污水600m3 • h-1，含
油污水600m3 • h-1，清净废水600m3 • h-1。
超滤-反渗透双膜工艺用于公司清净废水系统，
反渗透因为高压运行导致能耗较高，且反渗透工艺
膜污染问题严重、水回收率较低，仅在50%左右。
加之目前反渗透产水用作循环水补充水，对其水质
要求大为降低，可以考虑采用电渗析脱盐工艺代替
反渗透工艺，以降低能耗，提高产水率，节约运行
成本；含盐废水经提标处理后达标外排，排放量高
达900m3 • h-1，其水质干净，只是电导率较高，若能
降低其电导率到可回用至循环水的水平，则可以大
TOTAL CORROSION CONTROL
VOL.37 No.05 MAY. 2023 4
专 论
Monograph
技术
大节约新水用量，降低运行成本。为此，开展清净
废水系统超滤产水和含盐污水提标外排水的电渗析
实验，考察电渗析工艺对超滤产水的脱盐效果，并
根据试验结果，制定电渗析工艺设计方案。
1 清净废水系统超滤产水电渗析实验
测量不同进水流量（浓水固定100L • h-1，淡
水100、200、300、400、500L • h-1）及不同电压
（40V、45V、50V、55V、60V）下产水的电导率，
探索电渗析脱盐率与电压、进水流量之间的关系，
测量数据如表1所示。
综合脱盐率、水回收率、吨水能耗、设备处理
效率、浓水电导率等指标，选择60V操作电压、淡水
流量300L • h-1、浓水流量100L • h-1作为运行条件，连
续运行10h，从图1可以看出，由于超滤产水水质较
好，电渗析运行过程中没有明显的膜污染，因而脱
表1 不同操作条件下水质测量与耗能
序号
电压
（V）
电流
（A）
淡水流量
（L • h-1）
浓水流量
（L • h-1）
淡水电导率
（μS • cm-1）
浓水电导率
（μS • cm-1）
脱盐率
（%）
吨水能耗
（KW • h）
1
60
0.98 500 100 721 4127 45.09 0.098
2 0.91 400 100 642 3810 51.10 0.109
3 0.75 300 100 527 3662 59.86 0.113
4 0.52 200 100 386 3395 70.60 0.104
5 0.37 100 100 177 2900 86.52 0.111
6
55
0.83 500 100 820 3159 37.55 0.076
7 0.76 400 100 711 3648 45.85 0.084
8 0.61 300 100 590 3456 55.06 0.084
9 0.50 200 100 426 3335 67.56 0.092
10 0.22 100 100 201 3085 84.69 0.061
11
50
0.71 500 100 862 3136 34.35 0.059
12 0.62 400 100 753 3594 42.65 0.062
13 0.51 300 100 640 3552 51.26 0.064
14 0.47 200 100 460 3311 64.97 0.078
15 0.20 100 100 236 2795 82.03 0.050
16
45
0.73 500 100 910 2892 30.69 0.055
17 0.59 400 100 809 3519 38.39 0.053
18 0.50 300 100 655 3158 50.11 0.056
19 0.45 200 100 485 3073 63.06 0.068
20 0.28 100 100 353 2872 73.12 0.063
21
40
0.53 500 100 923 2934 29.70 0.035
22 0.50 400 100 822 3270 37.40 0.040
23 0.47 300 100 716 3256 45.47 0.047
24 0.40 200 100 644 3155 50.95 0.053
25 0.25 100 100 442 2947 66.34 0.050
全面腐蚀控制
第37卷第05期 2023年05月5
专 论
Monograph
技术
盐率效果没有明显波动。
表2 不同操作条件下COD值变化情况
操作条件
COD
（mg • L-1）
原水21.65
60V，淡水500L • h-1，浓水100L • h-1；淡水19.48
60V，淡水500L • h-1，浓水100L • h-1；浓水56.28
60V，淡水400L • h-1，浓水100L • h-1；淡水8.66
60V，淡水300L • h-1，浓水100L • h-1；淡水15.15
60V，淡水200L • h-1，浓水100 L • h-1；淡水12.99
60V，淡水200L • h-1，浓水100L • h-1；浓水62.77
50V，淡水200L • h-1，浓水100L • h-1；淡水12.99
测量了不同运行条件下，COD值的变化情况，
如表2所示。可以看出，与中水电渗析过程类似，超
滤产水经过电渗析处理后，其淡水COD下降，浓水
COD上升。
调研电渗析与反渗透技术的建设投资运行成
本，主要包括电力消耗、化学药品消耗与固定资产
折旧费。
（1）化学品消耗方面，电渗析0.13元 • 吨-1，反
渗透0.4元 • 吨-1；
（2）电力消耗方面，电渗析0.50元 • 吨-1，反渗
透2.3元 • 吨-1；
（3）固定资产折旧费方面，电渗析0.98元 •
吨-1，反渗透1.01元 • 吨-1。
可见，电渗析技术在电力消耗方面远低于高压
运行的反渗透技术，因而运行成本更低。
2 含盐污水提标外排水电渗析实验
测量不同进水流量（浓水固定100 L • h-1，淡
水100、200、300、400、500L • h-1）及不同电压
（40V、45V、50V、55V、60V）下产水的电导率，
探索电渗析脱盐率与电压、进水流量之间的关系，
测量数据如表3所示。可以看出，电渗析工艺对提标
外排水具有明显的脱盐效果，综合考虑脱盐率、水
回收率、吨水能耗、设备处理效率、浓水电导率等
指标，选择60V操作电压、淡水流量400L • h-1、浓水
流量100L • h-1作为最优条件。在此运行条件下，原水
经过一次电渗析处理后，电导率从3418μs • cm-1降
至1574μs • cm-1，脱盐率达53.95%；产水经过二次
电渗析处理后，电导率降至745μs • cm-1，脱盐率达
52.67%；二级串联电渗析总的脱盐率为78.20%，总
的水回收率为64.0%。
同时， 还测量了60V操作电压、淡水流量
400L • h-1、浓水流量100L • h-1运行条件下，COD值的
变化情况，原水经过一次电渗析处理后，淡水COD
从原水的30.30mg • L-1降至12.99mg • L-1，浓水COD升
至216.45mg • L-1；淡水经过二次电渗析处理后，COD
进一步降至2.16mg • L-1，二次电渗析浓水的COD为
71.43 mg • L-1。
从表3可以看出，60V操作电压、淡水流量
100L • h-1、浓水流量100L • h-1运行条件下，电导率降
至537μs • cm-1，脱盐率高达84.29%。此运行条件
下，浓水COD升至216.45 mg • L-1。
3 电渗析工艺设计方案
针对中水水质控制及脱盐单元的运行问题，开
展清净废水系统超滤产水、含盐污水提标外排水的
0 2 4 6 8 10
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
􂭥􁈬􂦷 (μs/cm)
􄘀􃹼􁰦􄰤􀀃􀀋􁈿􁰦􀀌
􂎃􂉤􂭥􁈬􂦷
􀧏􂉤􂭥􁈬􂦷
􂐑􂉤􂭥􁈬􂦷
图1 超滤产水电渗析工艺电导率
随运行时间变化关系图
TOTAL CORROSION CONTROL
VOL.37 No.05 MAY. 2023 6
专 论
Monograph
技术
电渗析试验，并根据试验结果，制定了电渗析工艺
设计方案，建议在净化水联合车间的污水处理系统
建立配套规模的电渗析工艺单元装置。
3.1 清净废水电渗析处理工艺
3.1.1 设计处理规模
本项目主要用于处理清净废水（超滤单元出
水），处理规模如下：
（1）处理规模:600m3 • h-1；
（2）最大水量:600m3 • h-1；
（3）实际运行水量:400m3 • h-1具体设计参数还
需借助专业公司根据生产实际情况进行规划设计。
3.1.2 设计进水水质
表4 进水水质指标
序号项目单位指标范围
1 电导率μS • cm-1 800～2000
2 COD mg • L-1 10～40
表3 不同操作条件下水质测量与耗能
序号
电压
（V）
电流
（A）
淡水流量
（L • h-1）
浓水流量
（L • h-1）
淡水电导率
（μS • cm-1）
浓水电导率
（μS • cm-1）
脱盐率
（%）
吨水能耗
（KW • h）
1
60
2.71 500 100 1731 8585 49.36 0.271
2 2.45 400 100 1574 8169 53.95 0.294
3 1.78 300 100 1202 7570 64.83 0.267
4 1.26 200 100 893 7068 73.87 0.252
5 1.13 100 100 537 5693 84.29 0.339
6
55
2.51 500 100 1779 7934 47.95 0.230
7 2.21 400 100 1620 7666 52.60 0.243
8 2.02 300 100 1265 7357 62.99 0.278
9 1.56 200 100 884 7067 74.14 0.286
10 0.95 100 100 542 6252 84.14 0.261
11
50
2.44 500 100 1887 7767 44.79 0.203
12 2.20 400 100 1565 7889 54.21 0.220
13 2.00 300 100 1286 7626 62.38 0.250
14 1.76 200 100 928 7084 72.85 0.293
15 1.01 100 100 604 6202 82.33 0.253
16
45
2.18 500 100 1967 7758 42.45 0.164
17 2.00 400 100 1705 7412 50.12 0.180
18 1.81 300 100 1446 7107 57.69 0.204
19 1.50 200 100 1031 6818 69.84 0.225
20 0.91 100 100 736 6430 78.47 0.205
21
40
1.99 500 100 2170 6837 36.51 0.133
22 1.81 400 100 1858 6649 45.64 0.145
23 1.58 300 100 1561 6581 54.33 0.158
24 1.49 200 100 1151 6431 66.33 0.199
25 0.98 100 100 797 6218 76.68 0.196
全面腐蚀控制
第37卷第05期 2023年05月7
专 论
Monograph
技术
3.1.3 设计出水水质指标
表5 出水水质指标
序号项目单位出水指标
1 电导率μS • cm-1 ≤500
2 COD mg • L-1 ≤10
注：其他水质指标达到循环水补水的水质要求。
3.1.4 工艺流程描述
如图2所示，超滤产水储罐通过自吸污水泵提升
至原水箱，再通过水泵分三股水进入电渗析单元，
通过调节电渗析操作电压、进水流量等参数，使污
水达到稳定的回收率，最后又分三股水排出电渗析
单元，其中极水循环回到原水箱，脱盐水外送至循
环水，浓水回流至含盐污水纯氧曝气池前端经处理
合格后外排。
3.1.5 具体工艺参数
（1）电渗析器：可用800×1600mm离子交换
膜。以常规的异相离子交换膜为膜材料，300对离子
交换膜，采用二级两段方式，组装为电渗析膜堆。
钛网电极，PP隔板大水流通道防止污染物沉积。单
台处理量为40m3 • h-1，功率为5kW，产出脱盐净化
水是32～35m3 • h-1，浓水为5～8m3 • h-1,15台，并联
排列，清净废水处理量达到600m3 • h-1。整体上水回
收率达到75%左右，脱盐水的电导率小于500μS •
cm-1，达到循环水使用的水质要求，外排进入循环水
池；浓水的电导率小于3000～3500μS • cm-1，COD小
于60mg • L-1，浓水符合外排的污水水质要求；
（2）管道：PVC管道，根据实际工程设计
配备；
（3）主要设备配置：
①厂房：40×10m；
②电源：380V工业用电；
③功率：电渗析为5kW×15=75kW。三台水
泵，扬程为20m。水泵总功率为20kW×3= 60kW。
总功率为135kW；
（4）电渗析操作参数：
① 操作电压60V；
② 淡水流量300L • h-1；
③ 浓水流量100L • h-1；
④ 采用自动频繁（2小时每次）倒电极操作，
防止污垢（主要考虑硅酸盐垢）的生成，提高电渗
析设备运行稳定性。
3.2 提标外排污水电渗析处理工艺
3.2.1 设计处理规模
本项目主要用于处理清净废水（提标外排污
水），处理规模如下：
（1）处理规模：1000m3 • h-1；
（2）最大水量：1000m3 • h-1；
（3）实际运行水量：900m3 • h-1。
具体设计参数还需借助专业公司根据生产实际
情况进行规划设计。
UF 􀓗􂉤􀛘􃖀
􀧏􂉤􃇡
􂉤􂌥
􂭥􂑇􁷀
􁶱􂉤
􃝡􂴀􂉤
􂎃􂉤
􀽆􄘱􃠣
􁗚􂧟􂉤􄖖􄰤
􀴎􂍱􃠣
􀩛􂴀􃌫􀡇􃓟􂉗􁴍􂉄􂊐
􁗚􂧟
􂉤􂌥
图2 超滤产水电渗析工艺参考流程图
TOTAL CORROSION CONTROL
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专 论
Monograph
技术
表6 清净废水回用循环水设备配置表
设备名称规格数量材质其他说明
增压水泵扬程20m 2台，一用一备碳钢
电渗析器
800×1600mm离子交换
膜。300对离子交换膜，采
用二级两段方式，组装为
电渗析膜堆。
15台
以常规的异相离子交
换膜为膜材料，钛网
电极，PP隔板，碳钢
紧固件。
操作电压100伏。
水回收率大于
80%，脱盐率大于
80%。
电控系统
380伏电源输入，
可调直流电输出
15台直流电100伏输出
清洗药剂箱容积20方2个PE 酸箱和碱箱
化学药剂盐酸，氢氧化钠工业级
管道PVC管道若干PVC
3.2.2 设计进水水质
表7 进水水质指标
序号项目单位指标范围
1 电导率μS • cm-1 3000～3500
2 COD mg • L-1 10～30
3.2.3 设计出水水质指
表8 出水水质指标
序号项目单位出水指标
1 电导率μS • cm-1 ≤700
2 COD mg • L-1 ≤10
3.2.4 工艺流程描述
如图3所示，提标外排监护池污水通过自吸污
水泵提升，分三股水进入一级电渗析单元，通过调
节电渗析操作电压、进水流量等参数，使污水达到
稳定的回收率，然后又分三股水排出一级电渗析单
元，其中一级极水循环回到原水箱，一级脱盐水进
入二级电渗析单元，最后分三股水排出二级电渗析
单元，其中二级极水循环回到原水箱，二级脱盐水
达到循环水使用的水质要求，外送至循环水，一
级、二级浓水均回流至含盐污水纯氧曝气池前端经
处理合格后外排。
3.2.5 具体工艺参数
（1）电渗析器：可用800×1600mm离子交换
膜。以常规的异相离子交换膜为膜材料，300对离
子交换膜，采用二级两段方式，组装为电渗析膜
堆。钛网电极，PP隔板大水流通道防止污染物沉
积。单台处理量为40m3 • h-1，功率为10kW，产出脱
盐净化水是20～25m3 • h-1，浓水为15～10m3 • h-1。50
台，25台并联排列，分两级，清净废水处理量达到
600m3 • h-1。两级电渗析整体污水回收率达到64%左
右，二级脱盐水的电导率小于700μS • cm-1，达到
循环水使用的水质要求，外排进入循环水池；浓水
图3 提标外排污水电渗析工艺参考流程图
􁗚􂧟
􁶱􂉤
􁨀􁸷􀽆􁧂 􂎃􂉤
􂴁􁣔􂊐 􀧏􂉤􃇡
􄗷􂔔􀲘
􂉤􂌥 􂉤􂌥 􃝡􂴀􂉤
􀐰􃓗􂭥􂑇􁷀
􁶱􂉤 􁗚􂧟
􀽆􄘱􃠣 􃝡􂴀􂉤
􁗚􂧟􂉤􄖖􄰤
􂎃􂉤 􀐰􃓗
􃝡􂴀􂉤􃖀
􀴎􂍱􃠣 􀒼􃓗􂭥􂔶􁷀 􂉤􂌥
􀩛􂴀􃌫􀡇􃓟􂉗􁴍􂉄􂊐
全面腐蚀控制
第37卷第05期 2023年05月9
专 论
Monograph
技术
的电导率大于8000μS • cm-1，COD大于200mg • L-1，
需重新评估该股污水是去碱渣生化处理装置还是直
接回流至含盐污水纯氧曝气池前端经处理合格后
外排；
（2）袋式过滤器：25台。考虑到中水的悬
浮物较多，每台一级电渗析器配置一台处理量为
40m3 • h-1的5μm袋式过滤器，净化水质后，进入电渗
析设备；
（3）管道：PVC管道，根据实际工程设计
配备；
（4）主要设备配置及电渗析操作参数：
①厂房：40×10m；
②电源：380V工业用电；
③功率：电渗析为10kW×50=500kW。三台水
泵，扬程为20m。水泵总功率为20kW×3=60kW。总
功率为560kW；
④操作电压60V；
⑤淡水流量400L • h-1；
⑥浓水流量100L • h-1；
⑦采用自动频繁（2小时每次）倒电极操作，防
止污垢（主要考虑硅酸盐垢）的生成，提高电渗析
设备运行稳定性。
4 结语
（1）超滤产水不经过反渗透工艺，直接采用电
渗析工艺脱盐，控制水回收率为75%的情况下，不
仅可将电导率降至可回用到循环水的水平（控制在
500μS • cm-1以下），还能进一步降低COD，且吨水
能耗仅为0.113KW·h，可见电渗析技术较反渗透膜的
运行成本更低；
（2） 因含盐废水经提标处理后达标外排，其
水质较好，只是电导率较高，通过串二级电渗析处
理后，淡水电导率可降至745μS • cm-1，COD进一步
降至2.16 mg • L-1，总的水回收率高达64.0%，其淡水
水质达到回用循环水标准；
（3）通过开展超滤产水、提标外排污水的电渗
析试验及效果分析，并根据公司实际情况，制定了
净化水联合车间电渗析工艺的设计方案。
表9 提标外排污水回用循环水设备配置表
设备名称规格数量材质其他说明
袋式过滤器过滤精度5um 15台PP面，不锈钢PP面过滤袋可更换
增压水泵扬程20m 6台碳钢/
电渗析器
800×1600mm离子
交换膜。300对离子
交换膜，采用二级
两段方式，组装为
电渗析膜堆。
50台
以常规的异相离子
交换膜为膜材料，
钛网电极，PP隔
板，碳钢紧固件。
操作电压100伏。二
级电渗析，串联操
作，水回收率大于
60%，脱盐率大于
80%。
电控系统
380伏电源输入，可
调直流电输出。
50台直流电100伏输出/
清洗药剂箱容积20方6个PE 酸箱和碱箱
化学药剂盐酸，氢氧化钠/ / 工业级
管道PVC管道若干PVC /

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