電吸附除鹽水技術(shù)的創(chuàng)新特點(diǎn)及其實(shí)際效果

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(shù)的創(chuàng)新特點(diǎn)及其實(shí)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(shù)（EST）是一種環(huán)境友好的除鹽技術(shù)，其能耗相對(duì)于雙膜法較小、成本低，在除鹽過(guò)程中無(wú)需酸堿再生，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，有著廣闊的應(yīng)用前景。

電吸附技術(shù)；除鹽水；實(shí)際效果

1 工業(yè)冷卻水和污水處理的節(jié)水減排現(xiàn)狀

水資源在一定程度上已經(jīng)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(shù)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(diǎn)。提高工業(yè)用水重復(fù)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(jìn)一步提高外排污水處理后的水質(zhì)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(bǔ)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(bǔ)水量和排污量將是工業(yè)循環(huán)水處理的必然選擇。當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)企業(yè)循環(huán)水的濃縮倍數(shù)為 2～3，且一些直流式用水系統(tǒng)依然存在；而國(guó)外先進(jìn)水平常常在5～8。但是循環(huán)水經(jīng)高倍濃縮后，會(huì)產(chǎn)生一系列物理和化學(xué)變化，水中各種離子濃度增加，導(dǎo)致成垢因素和腐蝕因素加劇，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成隱患。水的含鹽量的增加制約了濃縮倍數(shù)的提高。除鹽技術(shù)是鋼鐵企業(yè)廢水能否回用的關(guān)鍵,已成為鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)廢水零排放的瓶頸。

另一方面，污水治理已得到各方的關(guān)注重視，近年來(lái)污水處理技術(shù)得到了極大的發(fā)展，但污水回用技術(shù)受污水含鹽量的制約，遇到技術(shù)瓶頸?！笆濉币?guī)劃中要求城市污水回用率達(dá)到50%～65%，目前卻仍＜20%，問(wèn)題就在于許多經(jīng)處理的回用污水的含鹽量高，不能滿足用戶對(duì)水質(zhì)的要求，無(wú)處適用。污水回用中的除鹽技術(shù)已成為當(dāng)代水處理領(lǐng)域面臨的一個(gè)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(lèi)的為局部除鹽,除鹽后使水中鹽質(zhì)量濃度為 1～5 mg/L的為完全除鹽。當(dāng)前污水回用常用的除鹽技術(shù)主要有：離子交換、電滲析、超濾、納濾、反滲透等。電吸附技術(shù)（EST）將電化學(xué)理論與吸附分離技術(shù)相結(jié)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?gòu)U水處理等。EST在處理效率、適應(yīng)性、能耗、運(yùn)行維護(hù)以及環(huán)境友好等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是一種全新的水處理概念，有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。

3 EST技術(shù)的原理

EST技術(shù)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(lèi)和其他帶電物質(zhì)在電極表面富集濃縮而實(shí)現(xiàn)水的凈化和鹽的去除。其除鹽原理為：原水在陰、陽(yáng)電極組成的空間流動(dòng)時(shí)，受電場(chǎng)力的作用，水中帶電粒子（離子、膠體微粒、有機(jī)物和細(xì)菌等）將分別向帶相反電荷的電極遷移，被電極吸附并儲(chǔ)存在雙電層內(nèi)，實(shí)現(xiàn)帶電粒子（雜質(zhì)）與水的分離，除鹽水從另一端流出。當(dāng)電極失電或瞬間反接時(shí)，富集在電極上的帶電粒子在水流或電場(chǎng)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(shù)比較

電吸附與反滲透、電滲析比較結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 電吸附與反滲透、電滲析比較結(jié)果表

5 EST技術(shù)的創(chuàng)新特點(diǎn)

5.1 節(jié)能節(jié)水、環(huán)境友好、運(yùn)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(lái)，而不是把水分子從待處理的原水中分離出來(lái)，無(wú)需高溫或高壓，因此所耗的能量相對(duì)較低。水的利用率可以達(dá)到75%以上,濃水少。經(jīng)過(guò)特殊工藝組合,可達(dá)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(lèi)污染。

5.2 無(wú)二次污染

EST系統(tǒng)不添加任何藥劑,系統(tǒng)本身不產(chǎn)生新的排放物。濃水可直接達(dá)標(biāo)排放,無(wú)需進(jìn)一步處理。

5.3 設(shè)備可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，抗結(jié)垢

由于電吸附裝置采用通道式結(jié)構(gòu)（寬度為毫米級(jí)），不同于膜類(lèi)元件，不易堵塞，對(duì)顆粒狀污染物要求較低，因此對(duì)原水預(yù)處理的要求不高。 采用碳類(lèi)電極材料，使用壽命長(zhǎng)。由于陰、陽(yáng)離子所處場(chǎng)所不同,不會(huì)互相結(jié)合產(chǎn)生垢體。由于電吸附脫鹽裝置采用通道式結(jié)構(gòu),因此不易堵塞。對(duì)前處理要求相對(duì)較低,電吸附除鹽設(shè)備具有很強(qiáng)的耐沖擊性。

5.4 適應(yīng)性強(qiáng)，操作及維護(hù)簡(jiǎn)便

電吸附技術(shù)利用電場(chǎng)力作用將陰、陽(yáng)離子遷移到不同區(qū)域，不易互相結(jié)合產(chǎn)生結(jié)垢；惰性電極材料的抗污染性能較強(qiáng)，少量油類(lèi)、鐵、錳、余氯、有機(jī)物、pH等對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有什么影響，對(duì)各類(lèi)水質(zhì)具有良好的適應(yīng)性。由于EST系統(tǒng)不采用膜類(lèi)元件,因此對(duì)原水的水質(zhì)要求不高。在停機(jī)期間也無(wú)需對(duì)核心部件作特別保養(yǎng)。系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制,自動(dòng)化程度高,對(duì)操作者的技術(shù)要求較低。

5.5 運(yùn)行成本低

該技術(shù)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(zhǎng),避免了因更換核心部件而帶來(lái)的運(yùn)行成本的提高。這與其他除鹽技術(shù)相比可以大大地節(jié)約能源。其根本原因在于EST技術(shù)凈化/淡化水的原理是有區(qū)別性地將水中作為溶質(zhì)的離子提取分離出來(lái),而不是把作為溶劑的水分子從待處理的原水中分離出來(lái)。

6 電吸附技術(shù)對(duì)回用水中各種污染因子的去除效果

6.1 電導(dǎo)率

水的電導(dǎo)率與其所含的無(wú)機(jī)離子的總量一定的關(guān)系，如水中的無(wú)機(jī)酸、堿、鹽等。當(dāng)它們的濃度較低時(shí)，電導(dǎo)率隨濃度的增大而增大，因此常用于推測(cè)水中離子的總濃度或含鹽量。電吸附技術(shù)對(duì)電導(dǎo)率的去除效果為：原水平均電導(dǎo)率為854μS/cm，產(chǎn)水平均電導(dǎo)率為181μS/cm，平均去除率為78.3%。

6.2 氯化物

當(dāng)原水中氯化物含量變化較大的情況下，電吸附產(chǎn)水的氯離子濃度一直很穩(wěn)定，可見(jiàn)電吸附除鹽技術(shù)對(duì)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(shí)，產(chǎn)水平均值11.6 mg/L，平均去除率達(dá)到了90.6%。這是由于陰離子一般不會(huì)形成水和離子，其離子半徑相對(duì)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(yáng)離子甚至是其它陰離子。

6.3 總硬度

電吸附技術(shù)對(duì)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(shí)，產(chǎn)水平均值52.5 mg/L，平均去除率為59.1%。

6.4 COD

電吸附技術(shù)對(duì)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(chǎn)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(shù)對(duì)氨氮的去除效果較低，在原水為0.2294 mg/L的情況下，產(chǎn)水的平均含量為0.1581 mg/L，去除率為44.17%，當(dāng)然這可能是原水中氨氮的含量本來(lái)就比較低的緣故。

6.6 硝酸鹽氮

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

6.7 總磷

電吸附技術(shù)對(duì)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(chǎn)水為0.3149 mg/L，平均去除率為42.41%。

6.8 噸水電耗與產(chǎn)水率

電吸附技術(shù)其噸水電耗為0.57 kWh，電價(jià)按0.7元/kWh計(jì)，其噸水運(yùn)行成本為0.39元；系統(tǒng)產(chǎn)水率為76%。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電吸附技術(shù)完全能夠滿足處理回用水水質(zhì)的需求，尤其對(duì)離子類(lèi)物質(zhì)的去除效果較好，在保證產(chǎn)水水質(zhì)的情況下，系統(tǒng)的運(yùn)行成本也比較低，所以，EST在污水回用領(lǐng)域具有很廣的應(yīng)用前景，對(duì)貫徹我國(guó)節(jié)水減排基本國(guó)策，具有十分重要的意義。

[1]查全性.電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論（第3版）[M].北京:科學(xué)出版社，2002.

[2]孫曉慰.電吸附水處理技術(shù)及設(shè)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(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事給排水技術(shù)管理工作。