电吸附除盐水技术的创新特点及其实际效果

梅艺

(南京钢铁有限公司高线厂,江苏南京 210035)

电吸附除盐水技术的创新特点及其实际效果

梅艺

(南京钢铁有限公司高线厂,江苏南京 210035)

随着工业的快速发展，用水量急剧上升，造成了水资源的短缺。污水回用是解决淡水资源短缺的主要途径之一。电吸附技术（EST）是一种环境友好的除盐技术，其能耗相对于双膜法较小、成本低，在除盐过程中无需酸碱再生，不会产生二次污染，有着广阔的应用前景。

电吸附技术；除盐水；实际效果

1 工业冷却水和污水处理的节水减排现状

水资源在一定程度上已经成为制约一些企业发展的资源因素，迫使人们探索节约用水、减少污水外排的方法，污水回用技术在不断地创新、发展，成为工业企业节水减排的重点。提高工业用水重复利用率是节约工业新水用量、减少工业污水排放的有效措施；进一步提高外排污水处理后的水质加以回用，同样可以节约大量新水，大幅度减少污水外排。

目前，工业循环冷却水用量平均占工业用水总量的80%；循环冷却用水的补充水取水量占工业取水总量的30%～40%。提高工业循环冷却水的利用率，减少新水的补水量和排污量将是工业循环水处理的必然选择。当前我国大多数企业循环水的浓缩倍数为 2～3，且一些直流式用水系统依然存在；而国外先进水平常常在5～8。但是循环水经高倍浓缩后，会产生一系列物理和化学变化，水中各种离子浓度增加，导致成垢因素和腐蚀因素加剧，对循环水系统的稳定运行造成隐患。水的含盐量的增加制约了浓缩倍数的提高。除盐技术是钢铁企业废水能否回用的关键,已成为钢铁企业实现废水零排放的瓶颈。

另一方面，污水治理已得到各方的关注重视，近年来污水处理技术得到了极大的发展，但污水回用技术受污水含盐量的制约，遇到技术瓶颈。“十二五”规划中要求城市污水回用率达到50%～65%，目前却仍＜20%，问题就在于许多经处理的回用污水的含盐量高，不能满足用户对水质的要求，无处适用。污水回用中的除盐技术已成为当代水处理领域面临的一个重要课题。

2 水的除盐方法概述

水的除盐分为局部除盐和完全除盐（深度除盐）。 只除去水中一部分盐类的为局部除盐,除盐后使水中盐质量浓度为 1～5 mg/L的为完全除盐。当前污水回用常用的除盐技术主要有：离子交换、电渗析、超滤、纳滤、反渗透等。电吸附技术（EST）将电化学理论与吸附分离技术相结合，可用于水的除盐、去硬、淡化及饮用水深度处理，以及重金属废水处理等。EST在处理效率、适应性、能耗、运行维护以及环境友好等方面有着独特的优势，是一种全新的水处理概念，有广泛的应用和发展前景。

3 EST技术的原理

EST技术的原理：EST是利用带电电极表面吸附水中离子及带电粒子，使水中溶解的盐类和其他带电物质在电极表面富集浓缩而实现水的净化和盐的去除。其除盐原理为：原水在阴、阳电极组成的空间流动时，受电场力的作用，水中带电粒子（离子、胶体微粒、有机物和细菌等）将分别向带相反电荷的电极迁移，被电极吸附并储存在双电层内，实现带电粒子（杂质）与水的分离，除盐水从另一端流出。当电极失电或瞬间反接时，富集在电极上的带电粒子在水流或电场力的作用下，从电极脱落被冲走，电极获得再生。

4 电吸附与反渗透、电渗析技术比较

电吸附与反渗透、电渗析比较结果见表1。

表1 电吸附与反渗透、电渗析比较结果表

5 EST技术的创新特点

5.1 节能节水、环境友好、运行成本低，水利用率高

首先，EST能耗低,与蒸馏法、反渗透法等相比，电吸附是有区别地将水中离子提取分离出来，而不是把水分子从待处理的原水中分离出来，无需高温或高压，因此所耗的能量相对较低。水的利用率可以达到75%以上,浓水少。经过特殊工艺组合,可达到85%以上。由于电吸附脱盐装置采用特殊的惰性材料为电极,可抗油类污染。

5.2 无二次污染

EST系统不添加任何药剂,系统本身不产生新的排放物。浓水可直接达标排放,无需进一步处理。

5.3 设备可靠、运行稳定，抗结垢

由于电吸附装置采用通道式结构（宽度为毫米级），不同于膜类元件，不易堵塞，对颗粒状污染物要求较低，因此对原水预处理的要求不高。 采用碳类电极材料，使用寿命长。由于阴、阳离子所处场所不同,不会互相结合产生垢体。由于电吸附脱盐装置采用通道式结构,因此不易堵塞。对前处理要求相对较低,电吸附除盐设备具有很强的耐冲击性。

5.4 适应性强，操作及维护简便

电吸附技术利用电场力作用将阴、阳离子迁移到不同区域，不易互相结合产生结垢；惰性电极材料的抗污染性能较强，少量油类、铁、锰、余氯、有机物、pH等对系统没有什么影响，对各类水质具有良好的适应性。由于EST系统不采用膜类元件,因此对原水的水质要求不高。在停机期间也无需对核心部件作特别保养。系统采用计算机控制,自动化程度高,对操作者的技术要求较低。

5.5 运行成本低

该技术属于常压操作,能耗比较低,其主要的能量消耗在于使离子发生迁移。核心部件使用寿命长,避免了因更换核心部件而带来的运行成本的提高。这与其他除盐技术相比可以大大地节约能源。其根本原因在于EST技术净化/淡化水的原理是有区别性地将水中作为溶质的离子提取分离出来,而不是把作为溶剂的水分子从待处理的原水中分离出来。

6 电吸附技术对回用水中各种污染因子的去除效果

6.1 电导率

水的电导率与其所含的无机离子的总量一定的关系，如水中的无机酸、碱、盐等。当它们的浓度较低时，电导率随浓度的增大而增大，因此常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。电吸附技术对电导率的去除效果为：原水平均电导率为854μS/cm，产水平均电导率为181μS/cm，平均去除率为78.3%。

6.2 氯化物

当原水中氯化物含量变化较大的情况下，电吸附产水的氯离子浓度一直很稳定，可见电吸附除盐技术对氯离子有较好的去除效果。在原水氯化物平均浓度为134.5 mg/L时，产水平均值11.6 mg/L，平均去除率达到了90.6%。这是由于阴离子一般不会形成水和离子，其离子半径相对较小，有利于吸附行为的发生，所以氯离子的去除率要高于阳离子甚至是其它阴离子。

6.3 总硬度

电吸附技术对总硬度的去除效果比较稳定，在原水平均浓度为127.9 mg/L时，产水平均值52.5 mg/L，平均去除率为59.1%。

6.4 COD

电吸附技术对该种原水中的COD也有一定的去除效果。在原水的COD为28.6 mg/L的情况下，电吸附产水的COD平均浓度为10.9 mg/L。去除率为53.1%。

6.5 氨氮

电吸附技术对氨氮的去除效果较低，在原水为0.2294 mg/L的情况下，产水的平均含量为0.1581 mg/L，去除率为44.17%，当然这可能是原水中氨氮的含量本来就比较低的缘故。

6.6 硝酸盐氮

电吸附技术对硝酸盐氮的去除效果非常好，大大高于对氨氮的去除效果，究其原因是电吸附技术对以离子态形式存在的物质去除效果较好，而对于以分子尤其是以有机物形式存在的物质去除效果相对较差。在原水硝酸盐氮含量为5.73 mg/L的情况下，产水的平均浓度为0.42 mg/L，去除率达到了92.65%。

6.7 总磷

电吸附技术对总磷的去除效果与氨氮差不多，在原水为0.5649 mg/L的情况下，产水为0.3149 mg/L，平均去除率为42.41%。

6.8 吨水电耗与产水率

电吸附技术其吨水电耗为0.57 kWh，电价按0.7元/kWh计，其吨水运行成本为0.39元；系统产水率为76%。

7 结语

综上所述，电吸附技术完全能够满足处理回用水水质的需求，尤其对离子类物质的去除效果较好，在保证产水水质的情况下，系统的运行成本也比较低，所以，EST在污水回用领域具有很广的应用前景，对贯彻我国节水减排基本国策，具有十分重要的意义。

[1]查全性.电极过程动力学导论（第3版）[M].北京:科学出版社，2002.

[2]孙晓慰.电吸附水处理技术及设备[J].工业水处理,2002,22(8): 1—3.

The Innovative Characteristics and Actual Perform ance of Electrosorption Water Desalination Technology

MEI Yi

(The High-speed Wire Rod Mill of Nanjing Steel,Nanjing,Jiangsu 210035,China)

Rapidly increasing water consumption with fast industrial development has caused shortage of water resources,so waste water recovery has become one of the major ways to solve the problem of water shortage.Electrosorption technology (EST)is an environment-friendly desalination process with less energy consumption and lower cost compared with double-membrane method.The EST desalination process requires no acid and alkali regeneration and produces no secondary pollution,bearing bright application prospects.

EST;desalinated water;practical effect

TQ085

B

1006-6764（2014）03-0059-03

2013-11-04

梅艺（1975-），男，大学本科学历，工程师，现从事给排水技术管理工作。