梅藝

(南京鋼鐵有限公司高線廠,江蘇南京 210035)

電吸附除鹽水技術的創(chuàng)新特點及其實際效果

梅藝

(南京鋼鐵有限公司高線廠,江蘇南京 210035)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，用水量急劇上升，造成了水資源的短缺。污水回用是解決淡水資源短缺的主要途徑之一。電吸附技術（EST）是一種環(huán)境友好的除鹽技術，其能耗相對于雙膜法較小、成本低，在除鹽過程中無需酸堿再生，不會產生二次污染，有著廣闊的應用前景。

電吸附技術；除鹽水；實際效果

1 工業(yè)冷卻水和污水處理的節(jié)水減排現狀

水資源在一定程度上已經成為制約一些企業(yè)發(fā)展的資源因素，迫使人們探索節(jié)約用水、減少污水外排的方法，污水回用技術在不斷地創(chuàng)新、發(fā)展，成為工業(yè)企業(yè)節(jié)水減排的重點。提高工業(yè)用水重復利用率是節(jié)約工業(yè)新水用量、減少工業(yè)污水排放的有效措施；進一步提高外排污水處理后的水質加以回用，同樣可以節(jié)約大量新水，大幅度減少污水外排。

目前，工業(yè)循環(huán)冷卻水用量平均占工業(yè)用水總量的80%；循環(huán)冷卻用水的補充水取水量占工業(yè)取水總量的30%～40%。提高工業(yè)循環(huán)冷卻水的利用率，減少新水的補水量和排污量將是工業(yè)循環(huán)水處理的必然選擇。當前我國大多數企業(yè)循環(huán)水的濃縮倍數為 2～3，且一些直流式用水系統(tǒng)依然存在；而國外先進水平常常在5～8。但是循環(huán)水經高倍濃縮后，會產生一系列物理和化學變化，水中各種離子濃度增加，導致成垢因素和腐蝕因素加劇，對循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成隱患。水的含鹽量的增加制約了濃縮倍數的提高。除鹽技術是鋼鐵企業(yè)廢水能否回用的關鍵,已成為鋼鐵企業(yè)實現廢水零排放的瓶頸。

另一方面，污水治理已得到各方的關注重視，近年來污水處理技術得到了極大的發(fā)展，但污水回用技術受污水含鹽量的制約，遇到技術瓶頸?！笆濉币?guī)劃中要求城市污水回用率達到50%～65%，目前卻仍＜20%，問題就在于許多經處理的回用污水的含鹽量高，不能滿足用戶對水質的要求，無處適用。污水回用中的除鹽技術已成為當代水處理領域面臨的一個重要課題。

2 水的除鹽方法概述

水的除鹽分為局部除鹽和完全除鹽（深度除鹽）。 只除去水中一部分鹽類的為局部除鹽,除鹽后使水中鹽質量濃度為 1～5 mg/L的為完全除鹽。當前污水回用常用的除鹽技術主要有：離子交換、電滲析、超濾、納濾、反滲透等。電吸附技術（EST）將電化學理論與吸附分離技術相結合，可用于水的除鹽、去硬、淡化及飲用水深度處理，以及重金屬廢水處理等。EST在處理效率、適應性、能耗、運行維護以及環(huán)境友好等方面有著獨特的優(yōu)勢，是一種全新的水處理概念，有廣泛的應用和發(fā)展前景。

3 EST技術的原理

EST技術的原理：EST是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子，使水中溶解的鹽類和其他帶電物質在電極表面富集濃縮而實現水的凈化和鹽的去除。其除鹽原理為：原水在陰、陽電極組成的空間流動時，受電場力的作用，水中帶電粒子（離子、膠體微粒、有機物和細菌等）將分別向帶相反電荷的電極遷移，被電極吸附并儲存在雙電層內，實現帶電粒子（雜質）與水的分離，除鹽水從另一端流出。當電極失電或瞬間反接時，富集在電極上的帶電粒子在水流或電場力的作用下，從電極脫落被沖走，電極獲得再生。

4 電吸附與反滲透、電滲析技術比較

電吸附與反滲透、電滲析比較結果見表1。

表1 電吸附與反滲透、電滲析比較結果表

5 EST技術的創(chuàng)新特點

5.1 節(jié)能節(jié)水、環(huán)境友好、運行成本低，水利用率高

首先，EST能耗低,與蒸餾法、反滲透法等相比，電吸附是有區(qū)別地將水中離子提取分離出來，而不是把水分子從待處理的原水中分離出來，無需高溫或高壓，因此所耗的能量相對較低。水的利用率可以達到75%以上,濃水少。經過特殊工藝組合,可達到85%以上。由于電吸附脫鹽裝置采用特殊的惰性材料為電極,可抗油類污染。

5.2 無二次污染

EST系統(tǒng)不添加任何藥劑,系統(tǒng)本身不產生新的排放物。濃水可直接達標排放,無需進一步處理。

5.3 設備可靠、運行穩(wěn)定，抗結垢

由于電吸附裝置采用通道式結構（寬度為毫米級），不同于膜類元件，不易堵塞，對顆粒狀污染物要求較低，因此對原水預處理的要求不高。 采用碳類電極材料，使用壽命長。由于陰、陽離子所處場所不同,不會互相結合產生垢體。由于電吸附脫鹽裝置采用通道式結構,因此不易堵塞。對前處理要求相對較低,電吸附除鹽設備具有很強的耐沖擊性。

5.4 適應性強，操作及維護簡便

電吸附技術利用電場力作用將陰、陽離子遷移到不同區(qū)域，不易互相結合產生結垢；惰性電極材料的抗污染性能較強，少量油類、鐵、錳、余氯、有機物、pH等對系統(tǒng)沒有什么影響，對各類水質具有良好的適應性。由于EST系統(tǒng)不采用膜類元件,因此對原水的水質要求不高。在停機期間也無需對核心部件作特別保養(yǎng)。系統(tǒng)采用計算機控制,自動化程度高,對操作者的技術要求較低。

5.5 運行成本低

該技術屬于常壓操作,能耗比較低,其主要的能量消耗在于使離子發(fā)生遷移。核心部件使用壽命長,避免了因更換核心部件而帶來的運行成本的提高。這與其他除鹽技術相比可以大大地節(jié)約能源。其根本原因在于EST技術凈化/淡化水的原理是有區(qū)別性地將水中作為溶質的離子提取分離出來,而不是把作為溶劑的水分子從待處理的原水中分離出來。

6 電吸附技術對回用水中各種污染因子的去除效果

6.1 電導率

水的電導率與其所含的無機離子的總量一定的關系，如水中的無機酸、堿、鹽等。當它們的濃度較低時，電導率隨濃度的增大而增大，因此常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量。電吸附技術對電導率的去除效果為：原水平均電導率為854μS/cm，產水平均電導率為181μS/cm，平均去除率為78.3%。

6.2 氯化物

當原水中氯化物含量變化較大的情況下，電吸附產水的氯離子濃度一直很穩(wěn)定，可見電吸附除鹽技術對氯離子有較好的去除效果。在原水氯化物平均濃度為134.5 mg/L時，產水平均值11.6 mg/L，平均去除率達到了90.6%。這是由于陰離子一般不會形成水和離子，其離子半徑相對較小，有利于吸附行為的發(fā)生，所以氯離子的去除率要高于陽離子甚至是其它陰離子。

6.3 總硬度

電吸附技術對總硬度的去除效果比較穩(wěn)定，在原水平均濃度為127.9 mg/L時，產水平均值52.5 mg/L，平均去除率為59.1%。

6.4 COD

電吸附技術對該種原水中的COD也有一定的去除效果。在原水的COD為28.6 mg/L的情況下，電吸附產水的COD平均濃度為10.9 mg/L。去除率為53.1%。

6.5 氨氮

電吸附技術對氨氮的去除效果較低，在原水為0.2294 mg/L的情況下，產水的平均含量為0.1581 mg/L，去除率為44.17%，當然這可能是原水中氨氮的含量本來就比較低的緣故。

6.6 硝酸鹽氮

電吸附技術對硝酸鹽氮的去除效果非常好，大大高于對氨氮的去除效果，究其原因是電吸附技術對以離子態(tài)形式存在的物質去除效果較好，而對于以分子尤其是以有機物形式存在的物質去除效果相對較差。在原水硝酸鹽氮含量為5.73 mg/L的情況下，產水的平均濃度為0.42 mg/L，去除率達到了92.65%。

6.7 總磷

電吸附技術對總磷的去除效果與氨氮差不多，在原水為0.5649 mg/L的情況下，產水為0.3149 mg/L，平均去除率為42.41%。

6.8 噸水電耗與產水率

電吸附技術其噸水電耗為0.57 kWh，電價按0.7元/kWh計，其噸水運行成本為0.39元；系統(tǒng)產水率為76%。

7 結語

綜上所述，電吸附技術完全能夠滿足處理回用水水質的需求，尤其對離子類物質的去除效果較好，在保證產水水質的情況下，系統(tǒng)的運行成本也比較低，所以，EST在污水回用領域具有很廣的應用前景，對貫徹我國節(jié)水減排基本國策，具有十分重要的意義。

[1]查全性.電極過程動力學導論（第3版）[M].北京:科學出版社，2002.

[2]孫曉慰.電吸附水處理技術及設備[J].工業(yè)水處理,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

梅藝（1975-），男，大學本科學歷，工程師，現從事給排水技術管理工作。